高炉软水密闭循环冷却新技术.doc

内部资料注意保存高炉软水密闭循环冷却新技术2003年4月1日高炉软水密闭循环冷却新技术第一节：概述延长高炉炉体寿命是当前国内炼铁工艺亟待解决的重要课题之一根据冶金部部分统计资料我国 30座高炉平均一代寿命为8年左右，一代炉龄产铁量为3855吨/m3代；而日本高炉一代寿命为12年以上，一代炉龄产铁量为8000吨/m3代以上国外高炉一般无中修，而我国一代炉龄却要进行中修1~3次炉身砖衬寿命不过4~5年，最短只有2~3年，频繁地进行中修是高炉生产中面临的一大难题如何延长高炉炉体寿命（特别是炉身寿命）呢？主要应从四个方面进行综合治理其一是炉体采用优质耐衬砖材（如高密度碳砖、硅线石砖、氮化硅结合的炭化硅砖及浸磷酸砖等）；其二是采用先进结构形式（如高韧性铁素体基的球墨铸铁冷却壁或铜冷却壁、铜冷却板）；其三是采用高效节能的软（纯）水密闭循环冷却新技术；其四是提高和改进高炉操作技术以及强化高炉技术管理等治理措施其中特别是高炉软（纯）水密闭循环冷却新技术，已愈来愈受到国内炼铁界的极大关注 采用软（纯）水密闭循环冷却新技术，有着十分明显的优越性，主要是：1． 冷却介质软纯水水质好，不结垢，传热效率高，提高了冷却效果，大大延长了冷却元器件的使用寿命，使高炉炉体长寿。

2． 冷却介质使用消耗量大幅度降低，水循环率达99.9%以上节约用水效果非常显著3． 节约能源效果显著，能充分利用循环水泵吸入侧的的回水背压能，降低电耗幅度很大4． 密闭冷却系统充入一定压力的氮气，有效地防止外界大气中氧气进入冷却系统，不但提高了冷却水的欠热度，改善了冷却效果，而且极大地降低冷却系统中的金属元器件的腐蚀速度，明显地延长了元器件的使用寿命5． 冷却系统无废水排放，从而消除了环境污染，保持了生态环境由此可见，采用该项技术对高炉炉体长寿有非常重要的意义目前，国内外许多大中型高炉都先后采用该项冷却新技术，已经取得明显的经济和社会效益国外高炉如（德）迪林根厂4# 高炉（2056 m3）从1974年至1984年9年半，累计产铁900万吨，冷却壁保持完好其它如（德）施韦尔根1# 高炉(4870 m3)、（比）希德马尔A和B高炉（2114 m3和1906 m3）、（英）雷德尔1#高炉（4160 m3)、（法）敦克尔克4#高炉（4497 m3)以及日本部分高炉均广泛应用软水密闭冷却循环新技术国内高炉如太钢3#和4#高炉（1053 m3和1450 m3）鞍钢7# 、10#和11#高炉（2580 m3）、唐钢1#和2#高炉（1260 m3和2500 m3）、宣钢8# 高炉（1260 m3）、邯钢6#高炉（1260 m3）、首钢4#、2#高炉、宝钢3#高炉、昆钢6#高炉，以及武钢4#和5#高炉等都在推广应用。

总之，高炉采用软（纯）水密闭循环冷却新技术，是当前国内外长寿高炉技术进步的一项重要内容这一先进新技术在国内的推广应用，必将对我国高炉进一步提高生产技术水平，延长高炉寿命，开创一条新的重要途径第二节：武钢高炉软水冷却工艺设计武钢3200M3高炉冷却壁软水密闭循环冷却新技术，是我公司引进卢森堡大公国PW公司的高炉炉体冷却技术具有最广泛的技术先进性和高超的冷却效果其工艺流程结构新颖、构思合理、运行功能可靠、系统保安设计完备、自动化控制程度高等特点，从根本上保证了高炉炉体各部分冷却工艺的技术要求，为高炉炉体长寿奠定了可靠的基础，达到了九十年代初的世界先进技术水平Ⅰ、高炉炉体冷却工艺设计的基本特点武钢高炉冷却壁、炉底及风口—热风阀等软水密闭循环冷却系统，其冷却工艺流程设计中所采用的新技术的基本特点是：1）、炉体采用高性能铁素体基的球墨铸铁材质冷却壁，具有耐热疲劳性能好、延伸率高、抗拉强度高的基本优点（具体数据见表1），其使用性能明显优于低铬铸铁和灰铸铁表1、3200m3高炉冷却壁材质和性能表牌号材质 （%）机械性能CSIMNPS抗拉强度N/MM2延伸率%QT400-20球墨铸铁3.2~3.81.5~2.5＜0.3＜0.07＜0.02＞400≥202）、为了解决炉体热负荷较高部位的冷却要求以及炉衬的支撑问题，在炉腰和炉身中下部区域的冷却壁，增设了勾头管冷却。

根据热负荷分布的不同，在炉腰和炉身下部采用了双排勾头冷却水管，而炉身中部为单排勾头冷却水管此外，考虑到武钢高炉炉腹冷却壁容易烧坏的特点，增设双层（即增加一排蛇形管）冷却壁最近武钢高炉的炉腰和炉身下部区域，又引进设计了纯铜扁圆冷却水管的薄形镶砖冷却壁（见图1），其冷却性能较球墨铸铁冷却壁更为上部活动点固定点滑动点下部活动点图2 冷却壁安装工艺图优越，这对改善炉体高热负荷区域的冷却效果和消除冷却壁的破损，将起到决定性的作用，再加上联合软水密闭循环冷却新技术的开发应用，为我国高炉炉体冷却工艺的技术进步开辟了新的途径3）、在热负荷较高部位冷却壁的长度均在1.37~~2.0M之间，从而减少了冷却壁因受热产生的弯曲变形，延长了冷却壁的使用寿命4）、在高炉风口以上的6~~17段镶砖冷却壁的镶砖槽，采用横向贯通筋结构，其横贯筋间凹槽呈里大外小燕尾槽，角部为R10的圆角过渡，肋高75MM，并在炉腰和炉身下部区段镶铸导热性高的氮化硅结合的碳化硅质砖衬这种结构消除了热应力对凹槽根部的破坏作用，提高了冷却壁热稳定性能5）、在高炉炉体冷却的高度上，改变了传统的设计模式，从炉底至炉喉钢砖以下，首次采用全冷却壁结构。

炉缸部位1~~4段为光面冷却壁，其它5~~17段均为镶砖式冷却壁风口带5段为加厚异型冷却壁，而最高一层第17段采用了特殊槽状（即“ ”）异型冷却壁，这对消除钢砖下接头部位的砖衬极易损坏的弊病，以及改善炉喉布料有着重要的作用6）、在冷却壁的安装工艺上，从风口以上取消了沿用已久的螺栓固定方式，借用冷却壁套管，实施固定点、滑动点和活动点相接合的特殊新工艺（见图2所示），可以有效的承受炉体受热产生的纵向和横向变形，消除了传统固定方式中壁体受热产生的弯曲变形，以及炉壳与冷却壁变形不相适应所产生的冷却水管被剪断的弊病其次，冷却水管表面涂以防渗碳涂料，解决了长期以来冷却水管渗碳难题此外，冷却壁的进出水管从套管内自由地从炉壳开口孔引出，通过补偿器与炉壳弹性连接，不但保持了炉壳开口孔处的气密性，而且具有冷却水管位移所必需地弹性要求7）、武钢高炉冷却壁系统的冷却分路设计中，在充分保证冷却壁确定的工艺冷却参数的基础上，同时还具有冷却水水温差和热负荷及常规检测数据处理、冷却壁破损仪器和人工检漏、诸冷却分路汇流点阻损同步调配、管路布置走向利于排气，防止气塞、安全运行辅助设施等设计功能8）、炉底采用了武钢高炉传统的薄炉底设计。

为了加强炉底砖衬的冷却效果，采用了大流量均衡密布冷却水管的强化冷却设计确保炉底水冷管内冷却水流速高于规定要求，以消除水管内壁产生气泡的可能性；同时在各个水冷管两端的连接点处设置了伸缩膨胀器，消除了冷却水管膨胀收缩导致的变形破坏作用为了减少冷却水量的消耗和动力能耗，在保证冷却效果的前提下，采用了12组蛇形冷却分路和必要的检漏设施，使炉底冷却工艺设计更趋完善9）、高炉风口——热风阀等软闭冷却系统，是博采西欧各国高炉风口等系统的优点而设计成功的该项新技术在国内尚属首次工业性应用它的工艺设计的最大的特点是：将分散在高炉系统各个部位工艺技术要求和水力学性能不同的冷却，在充分考虑各种冷却器自身性能和水力能量相互利用的基础上，经过巧妙的优化组合，汇集一个相互依存、互不干扰、多个不同冷却分路的完整密闭循环冷却系统加上事故水塔支援系统和高效、多功能的自动控制技术，构成了有机的、安全的、功能齐全的先进工艺流程设计考虑到各种冷却器破损检漏技术要求，该冷却系统又增设了连续检测设施和人工检查辅助设计，从而使冷却工艺更加合理和趋于完善10）、在高炉软闭冷却系统的工艺设计中，除对冷却器和冷却管路的排气功能统筹考虑外，还设置了专用脱气罐和膨胀罐装置，不但使局部冷却器因过热产生的气体容易溢出，而且冷却介质所携带的气体最终会在脱气罐中被释放出来，通过两罐间连同管及自动阀门排入大气。

同时膨胀罐实施充氮压力控制，能使冷却介质保持一定的欠热度，提高了系统中冷却水的沸点，从而消除了冷却介质产生“两相流”的不利局面而且膨胀罐充填氮气，使冷却系统保持了一定的N2压力，还可有效地防止外界空气进入冷却系统地管路中，从而明显降低冷却介质的氧气含量，减弱对冷却设备和管道的氧化腐蚀作用，有效地延长软闭冷却系统管路的使用寿命11）、为了进一步改善冷却系统的冷却效果和延长冷却设备的寿命，在软闭冷却系统中还设置了加药辅助设施，以便在冷却系统的循环冷却水中加入和保持一定浓度地缓蚀剂，使冷却设备和管路地腐蚀降低至最低水平即≤0.003ｍｍ/ａ以内12）、为了确保软闭冷却系统地正常运行和故障情况下地安全运行，本系统还设计了52种运行自动控制功能其主要特点是：将冷却系统中的各种主要设备，包括水泵和自动阀门等组成一个有机的自动控制网络，通过PLC（S5—115U）实施全系统的自动功能转换，极大地提高了系统的自动化水平13）、为了提高软闭冷却系统中冷却器的冷却效果，设计中采用了高水压、大流量和高水速的冷却参数，这将明显地提高冷却器的使用寿命在软闭冷却系统的冷却水设计压力上，也根据工艺要求之不同采用了不同的设计压力，在冷却壁和风口—热风阀等两个子系统，采用了冷却水压力高于相应部位的炉内压力，而炉底子系统的冷却水压力却低于炉内压力的设计原则。

这样，不但可保证冷却系统的正常运行，而且有利于延长高炉炉底砖衬的使用寿命和保证高炉安全生产第三节 武钢高炉软水冷却系统工艺流程及运行功能武钢高炉软水密闭循环冷却系统的工艺流程，主要包括供水泵组、供回水干管和主管、冷却器冷却分路、脱气罐和膨胀罐、水/水热交换器和各种控制阀门及元器件、PC—S5—115U自动控制系统、以及共同的补水、二次水辅助子系统所组成按工艺流程的组成特点，可分为“单系统并联”和“联合系统并串联”两种方式（见图3和图4），前者由冷却壁、风口—热风阀等、炉底三个单独子系统组成，后者将高炉各个区部工艺技术要求和水力学性能不同的冷却器和元件，在充分考虑各种冷却器性能、冷却分路阻损、水力能量相互利用、控制功能协调等特殊要求，经过巧妙的优化组合，汇集成一个工艺设计新颖、冷却效能高、节能效果好、自动控制功能齐全、供水安全可靠、冷却分路相互依存、互不干扰完整的联合串联冷却系统见图4）高炉软闭冷却系统的基本组成设备及工艺性能如下：（一） 循环泵组：高炉软闭冷却系统的泵组均采用“3台电泵+1台柴油机泵”的基本设计模式在正常情况下，各水泵组的工作方式为“2台”电动泵运行+“1台”电动泵和“1台”柴油机泵备用。

考虑到供电安全，各台电泵采用了不同电网供电，同时各台水泵实施连锁控制，并有“自动”和“手动”两种切换方式在自动切换时，由各台水泵压力侧的流量开关与PLC控制系统共同完成水泵间自动切换，以确保软闭冷却系统的安全供水单独并联的各个子系统泵组的性能见表2和表3，而联合并串联系统的各个泵组性能见表4表2 -1 五高炉软闭冷却系统泵组主要性能泵组分类型 号性 能电泵柴油泵Q，m3/hH，m水柱N，r/minN，kVA冷却壁泵组24SA—107BOmega350-3302208（2208）37730（1500）249（317）风口—热风阀等泵组14SA—101。