高炉冷却的基础知识文档格式.docx
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1.采用软水密闭循环冷却系统最佳。
因为：
（l）软水密闭循环系统的冷却可靠性好。
冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。
不结垢，可以长寿。
（2）水量消耗少。
软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。
水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的1‰补水量，故水量消耗是极少的。
（3）动力消耗低。
闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内N2压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。
（4）管路腐蚀小。
因为它是闭路，空气进不去。
因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。
汽化冷却分为两种循环方式：
自然循环和强制循环。
（l）汽化冷却的优点：
①冷却介质为软水，可防止结垢。
②自然循环需要动力，在停电情况下仍能继续运行。
（2）汽化冷却的缺点：
①冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。
②汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。
水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。
铸铁在760
℃时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。
3.工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。
工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。
4.喷水冷却，结构轻便简单易行。
我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。
目前国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。
五.冷却水质
（一）一般概念：
1.高炉冷却对水质的要求为：
不含有机械杂质、悬浮物不超过200毫克／升，暂时硬度不超过10°
（德国度）。
2.水的硬度：
天然水中含有钙、镁、盐类等水垢生成物的含量。
一般重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等，构成了水中的硬度。
①暂时硬度：
就是指水中含有重碳酸盐的含量。
②永久硬度：
就是指除去重碳酸盐的其它盐类。
③总硬度：
就是指暂时硬度与永久硬度之和。
湖水硬度小一些，地下水硬度高一些，一般用暂时硬度衡量水的硬度。
3.水的硬度单位：
德国度（°
H）简称度。
即在10000份水中含有1份氧化钙或氧化镁为一度。
也就是1升水中含有10毫克的氧化钙或氧化镁为一度。
4.
水的硬度分类：
硬度
0～4°
4～8°
8～16°
16～30°
＞30°
性质
很软水
软水
中等硬水
硬水
很硬水
对水系统要求新水暂时硬度≯15°
H，循环水≯8°
H。
5.软化水：
就是人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用Na离子交换器置备软水。
软水的作用：
①不存在O2腐蚀，②不结垢。
（二）
冷却水管结垢的原因及危害
1.冷却水管结垢的原因，主要是由于碳酸盐的沉积。
在冷却设备的通道壁上容易结垢，尤其在冷却水硬度高、强化冶炼的高炉上尤为突出。
2.其危害是导致传热效率降低，造成冷却设备过热直至烧环。
因此对于冷却器的水管结了水垢，如果要保持水量不变，则要求水压成倍的增长才行。
3.水垢对传热的影响（99年5月钢铁—程树森）
基准条件：
v=1.5m/s，水管与冷却壁间的间隙0.15mm,水垢厚度为0，冷却壁高度为1400mm。
（钢铁1994.29
（1）:
52）
（1）水垢厚度为1mm时，其冷却壁热面最高温度增加152℃；
水垢厚度为3mm时，其冷却壁热面最高温度增加237℃；
水垢厚度为5mm时，其冷却壁热面最高温度增加446℃。
（2）水速1.0m/s时，其冷却壁热面最高温度增加＋6℃；
水速2.0m/s时，其冷却壁热面最高温度增加-8℃；
水速2.5m/s时，其冷却壁热面最高温度增加-13℃。
（3）如有3mm水垢，压力为1MPa时，管壁温度会由280℃升至580
℃。
（4）水垢导热系数（循环冷却水的稳定与处理—李仲先著）
碳酸盐水垢
坚硬
0.5～5.0
kcal/mh.℃
松软
0.2～1.0
水垢导热系数取0.58W/（m.K）
污垢热阻
水垢导热系数
允许垢厚
允许垢附着量
m2K/W
W/（m.K）
（mm）
mg/dm2）
0.000172
0.58
0.10
13
1.163
0.20
26
0.00043
0.25
33
0.50
66
0.00086
65
1.0
130
（三）水质的控制：
1．软水水质控制指标：
总硬度
0.01
mg-N/L
总碱度
13.0
mg/L
浊
度＜
10.0
氯
根Cl-
100
总
磷
1～3
铁
PH
值
＞
9.0
SiO2
1000
ppm
改为600ppm
电导率0.6
mΩ－１
／cm
（电导值1
）
水质参考标准（赵润恩著—炼铁工艺设计原理92.3）：
纯水
溶解固体
mg/L
5～10
2～3
硬
度
mmol/L
＜0.035
碱
4～20
0.04～0.1
＜600
0.02～0.08
＜70
0.02～0.1
电导率
S／m
＜0.05
10-3
～15-3
电阻率
m.Ω
＜20
700～1000
（mmol—毫毫升）
（软水72～143ppm→1.427～2.853
N-mg/L）
3.炉缸工业循环水冷却系统的水质稳定
工业循环水系统的水质管理十分重要，要根据水质和水处理药剂的性能制定一个合理的水质控制指标，严格管理。
这些处理包括：
PH值的调整，适当的排污以控制好循环水的浓缩倍数，限制水中杂质的含量和悬浮物等。
在水中加入缓蚀剂、螯合剂、阻垢分散剂及杀菌剂等水稳药剂达到防腐、阻垢、杀菌的效能，可以大大减缓腐蚀、污垢和微生物造成的危害。
可以达到：
碳钢腐蚀率＜5～10mg/（dm）2.d
微生物在水中产生的粘泥＜6ml/m3水，水中的细菌数＜50万个/ml水；
阻垢率为80～90％，80℃的水温下不发生显著结垢。
4.循环工业水稳药剂阻垢的原理：
（1）循环水中溶解氧的含量高，是由于在循环中水温升高从而降低了氧在水中的溶解度，达到了过饱和。
溶解氧的去极化作用使金属铁易被腐蚀。
（2）循环水中含有空气中的各类污染物质，如SO2、H2S、NO2、NH3等有害气体及固体微粒，吸收了大量的酸性物质使水质发生极大变化。
（3）循环水中二氧化碳的脱除现象，由于水在30℃以上，循环水中的CO2含量大部分被脱除，因此水中钙镁的重碳酸盐几乎全部变为碳酸盐，更容易结成水垢。
（4）循环水中的溶解固体的浓缩现象。
补充水中有许多能溶解于水的固体物质，如钙、镁、钾、钠、铁和锰等的碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物和硫化物等，使浓缩倍数增加，导致水的腐蚀性和结垢作用增强，影响水的性质。
（5）循环水中微生物会产生粘性物质，粘附泥沙在水箱管壁形成降低换热效率的粘泥。
微生物还引起腐蚀造成水质变差。
首钢二高炉2001年12月大修前的工业水系统使用大水池的水循环供水，其水质条件较差，腐蚀、结垢相当严重。
大水池水质如下：
PH值
8.3
320.3
（以CaCO3计）
钙硬度
275.2
ppm
573.4
SS（悬浮物）10
氯化物
86.9
经过水质处理后水质明显变好，2001年6月水质化学分析如下：
8.22
5.19
mmol/L
硬度
Ca２＋
（以Ca
２＋
计）
64.07
Mg２＋
（以Mg２＋
34.90
氯离子CL－
75.90
5.敞开式工业净循环水的水质标准：
当冷却构件热负荷≤209，350kj/m2.h（50000kcal/m2.h）。
冷却结构工况要求污垢热阻值＜0.955×
104m2.h.℃/kj.a
腐蚀率＜0.125/a时，悬浮物＜20mg/L。
由于高炉采用工业循环水处理，可节约大量工业水耗用量，同时也可改善水质条件。
因此，必须按照药剂品种及配方，日常需投加水稳药剂。
六.冷却制度
（一）合理的冷却制度：
高炉各部位的用水量与其热负荷相适应；
每个冷却器内的水速、水量和水质相适应；
维持足够的水压和合理的进出水温差。
（二）进出水温差：
进出水温差中，进水温度与大气温度和回水冷却状况有关，一般情况下应小于35℃。
而出水温度与水质有关，一般情况下，工业循环水的稳定温度不超过50～60℃，即反复加热时水中碳酸盐沉淀的温度。
2.水的沸点，即水在标准大气压下，加热温升到100℃沸腾的温度。
传热的方式有三种：
传导、对流、幅射。
传热速率大小与水速的关系：
因为局部地区热流强度极大，水的流速不够，不能带出相应的热量，结果产生管壁上的局部沸腾（分泡状沸腾和膜状沸腾两种），造成汽泡和积垢而导致烧坏。
高炉炉缸二、三段冷却壁通高压水的目的是为了造成高流速，增大传热速率。
（三）概念：
1.临界水速：
即不产生局部沸腾的最低流速。
2.热流强度：
就是指单位时间内某一部位或某一冷却装置所承受的热量（千卡／米2
?
时）
3.热负荷；
就是局部或全部冷却装置单位时间所承受的热量。
4.热流密度：
就是指冷却介质从每平方米冷却面积所带出的热量。
第二节
高炉冷却结构与特点
一.现代高炉结构的冷却作用
防止高温区工作的部件断裂或材质过早地被磨损（炉身冷却壁、风口装置、炉壳）。
可促使在冷却器前端壁上形成渣皮，从而防止冷却器被磨损，确保炉型的稳定和炉况顺行。
促使热流在炉衬内得到分布，消除热应力并使炉衬远离炉内高温区。
高炉长寿的意义及措施
一代高炉寿命的长短，直接反映高炉技术装备水平和经济效益。
假如一代高炉寿命由五年延长到十年，则等于用同等设备的费用生产双倍的产值，其经济效益是显而易见的。
国外有的高炉寿命达10年以上，且无中修，每立方米高炉一代炉役中产铁近万吨。
措施：
1.提高炉衬材质，严格管理筑炉质量。
2.改进冷却设备和冷却制度。
3.实现控制热流、控制操作炉型的优化操作制度。
4.推行护炉、补炉技术。
采用热喷涂、灌浆、炉墙造衬等方法或炉料中加入补炉原料进行补炉、护炉。
三.高炉本体
高炉本体包括炉基、炉壳、炉衬、冷却设备和高炉框架支柱。
炉壳（高炉炉皮）的作用是承受负荷、强固炉体、密封炉墙。
高炉内型分为六部分：
有炉底、炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。
高炉炉基的结构形式有两种：
①封闭式炉缸。
②敞开式炉缸。
5.
高炉炉底冷却有两种方式：
①风冷炉底：
其中心温度控制在≯280℃。
②水冷炉底：
水冷炉底的优点是能提高冷却效率和降低管理费用。
6.
合理的炉身冷却高度为炉身有效高度的1/2～1/3。
7．高炉各部水压的确定原则为：
一般高于热风压力0.1MPa，炉身也要比该处静压力高0.05MPa。
对于冷却水管结垢的冷却器，如要保持水量不变，则要求水压有成倍的增加才行。
足够的水压，是防止冷却装置内渗入煤气时，把冷却水排出冷却装置之外，引起冷却器的大量烧坏。
尤其在高压强化操作的高炉风口等重要部位，水压必须高于风压。
四.冷却壁
（一）材质特性：
1.普通灰铸铁CH15－32，其熔点为1250～1225℃，正常工作条件下，允许最高温度为400℃。
500℃时强度降低。
灰铸铁是脆性金属材料，缺乏弹性、塑性与韧性。
抗拉强度不高，但抗压强度较大，耐腐蚀、造价低。
2.球墨铸铁QT
400-18，其熔化温度为1250～1225℃。
球墨铸铁比灰铸铁抗拉强度大，延伸率和韧性好，但布氏硬度略低。
3.铜冷却壁的材质一般采用无氧铜板轧制后钻孔和铸铜两种。
（1）轧制后无氧铜板的成分
主要成分：
Cu+Ag≥99.95％
杂质总和：
≤0.05％，
其中：
P
≤0.003％;
O2≤0.003％;
（2）物理性能
热导率：
λ≥384w/（m.k）
电导率：
ｇ≥100％IACS
线膨胀率：
α≤17×
10-6
／℃
（3）机械性能
抗拉强度：
σb＞200
N/mm2
延伸率：
δs＞30％
硬度：
HB
＞40
（二）冷却壁的形式及特点
已采用过的冷却壁有：
光面冷却壁、镶砖冷却壁、镶砖凸台冷却壁、铜冷却壁和板式水箱及冷却柱等。
1.光面冷却壁导热性好，冷却均匀。
配以导热性好的碳素炉衬，用于炉缸部位。
由于导热性好，冷却效率高，能敏锐地反映铁水溶渣对炉缸墙衬的冲刷、渗入和化学侵蚀等破坏作用的程度，使炉缸达到安全。
2.镶砖冷却壁冷却均匀，炉墙光滑，下料阻力小，耐冲刷，炉壳完整，故强度与密封性较好。
一般用于炉腹以上。
其中，炉身用镶砖凸台冷却壁，便于挂住渣皮和支撑炉衬，削弱煤气运动对冷却壁的冲刷。
3.板式水箱冷却强度大而深入，可支撑耐火砖衬，可更换。
且外层水管损坏时，里层水管仍可工作，重量较轻。
4.铜冷却壁导热性能好。
5.冷却柱主要用于炉体冷却壁损坏后严重侵蚀，炉壳钢板易发红、开裂的部位。
其材质有钢管焊接的与铜锻压成形的两种，结构有空腔与环流的。
在炉壳坏水箱的部位钻孔，将冷却柱插入并固定在炉壳钢板上连接通水冷却，热面附以喷涂料造衬。
其间距在400～500mm左右冷却效果最好。
（三）冷却壁的冷却结构特点
1.单排管冷却壁，联管有单进单出、双联、双进双出。
2.双排管冷却壁，联管有单进单出、前排双联、后排双联和前排单联后排双联、凸台单联。
3.在软水密闭循环冷却系统中，常从下至上串联便于排气。
也有横向连接的，但不便于排气。
4.在工业水开路循环系统中，常以供水的供水环管、多足水包和排水斗、排水环管与冷却壁形成冷却循环。
5.在软水密闭循环冷却系统中，常以供水环管、上下冷却壁之间支管连接、回水环管形成冷却循环系统。
也有以类似多足水包的上、下联箱和上下冷却壁之间支管连接形成的循环冷却系统。
前者布置较为容易，后者更便于根据炉体各方位热流强度的具体分布，进行水量控制达到合理的冷却制度。
（四）铜冷却壁的使用情况
1.严格控制冷却壁的温度和炉身温度。
据国外资料，球墨铸铁冷却壁温度一般控制在100～150℃左右，铜冷却壁温度控制在50～80℃。
而武钢1#炉球墨铸铁冷却壁则控制在90～130℃，铜冷却壁温度控制在45～60℃，能形成稳定的渣皮保护层，并不容易脱落。
即使渣皮脱落，铜冷却壁可在5～20分钟内形成新的渣皮，而铸铁冷却壁则需约4小时才能重建渣皮。
其冷却壁水管Φ65×
6mm，水速＞1.6m/s。
进水温度对冷却壁的温度影响较大，进水温度每降低1℃，冷却壁的温度可降到20～30℃。
2000年1月～2002年3月在首钢二高炉炉腰安装了一块铜冷却壁进行生产实践
（1）
安装位置在炉腰第七段16#，冷却水管编号为前排73#、74#、75#、76#、77#。
软水供水压力0.86MPa回水压力0.35MPa，供水温度50.5℃，回水平均温度52.7℃。
（2）
含铜量≥99.7％，Ｐ≤0.10％，抗拉强度≥180MPa，延伸率≥35％，导热系数λ≥230W/m.k
（3）
铜冷却壁前端砌筑牌号ZGN-42的高密度粘土砖507mm厚。
（4）
在铜冷却壁中下部安装两点测温点，标高16.47m和标高16.531m。
（5）
铜冷却壁尺寸：
①.
铜冷却壁壁体采用轧制铜板，其含铜量≮99.9％，密度≮9.8g/cm3。
②.
高1.97m，宽0.992m，厚145mm。
③.
燕尾槽65×
55mm
④.
管中心间距0.21m，管中心距边0.76m
⑤.
冷却壁的水通道Φ40mm，每块5根。
⑥.
冷却壁电偶第一点距冷却壁下沿554.5mm，插入铜壁115mm，在铜筋中心。
第二点距冷却壁下沿616mm，插入铜壁65mm，与燕尾槽的碳化硅捣料相距25mm，与第一点相距50mm。
3.铜冷却壁传热性能较好：
热流密度：
在热端煤气温度1600℃时为288kw／m2（247635Kcal/m2）;
铜冷却壁热端温度≯240℃；
铜冷却壁热端有10mm渣皮时，铜冷却壁热端最高温度＜100℃左右；
当炉内煤气温度从1000℃变化到1600℃时，铜冷却壁热面温度基本维持在100℃左右。
铜冷却壁热端无渣皮时，铜冷却壁热端最高温度不超过250℃左右；
当炉内煤气温度不超过1300℃时，铜冷却壁热面温度小于200℃
。
2002年首钢2＃炉在炉腹、炉腰和炉身下部安装3段铜冷却壁共120块。
轧制后无氧铜板冷却壁的性能：
（1）.主要成分：
（2）.物理性能：
①热导率：
②电导率：
③线膨胀率：
10－６
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