高炉主要设备的结构与维修.docx

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高炉主要设备的结构与维修

高炉主要设备的结构和维修

摘要：

一直以来，高炉的维修保养工作一向是高炉使用寿命和效益的关键因素。

而随着工业技术的发展，高炉冶炼的水平也有很大的提高，但我国的炼铁高炉还多为2000m3级以下的高炉，这些高炉往往冶炼强度大，原料供给和操作不稳定，冷却壁工作环境很恶劣，这不仅没能充分利用高炉的经济效益还加重了企业的负担。

随着我国近几年高炉冶炼也像大型化正规化发张，了解高炉的主体结构和保养维修工作也显得非常重要。

本文先从概念出发，了解高炉主体结构和高炉炉衬耐火材料的组成，又深入探讨了冷却设备的损坏对高炉的影响及风口装置的结构。

又从装料设备炉前设备，泥炮的故障分析出发，了解高炉炼铁所能存在的问题。

最后，本文还阐述了热风炉设备及除尘装置。

鉴于高炉种类品种复杂，本文只对高炉结构和常见设备进行具体分析，对比后总结出自己的观点。

关键词:

　高炉主体冷却壁液压泥炮

一．高炉主体概括和高炉寿命探讨

1.1高炉本体

1一炉底耐火材料：

2一炉壳；

3一炉内砖衬生产后的侵蚀线；

4一炉喉钢砖，

5一炉顶封盖；

6一炉体砖衬；

7一带凸台镶砖冷却壁；

8一镶砖冷却壁；

9一炉底碳砖；

10一炉底水冷管；

11一光面冷却壁

密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。

它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护。

高炉炉体各部位的水温差容许范围

部位

炉容，m3

255

620

＞1000

炉身上部

炉身下部

炉腰

炉腹

风口带

炉缸

风渣口大套

风渣口二套

10～14

10～14

8～12

10～14

4～6

＜4

3～5

3～5

10～14

10～14

8～12

8～12

3～5

＜4

3～5

3～5

10～15

8～12

7～12

7～10

3～5

＜4

5～6

7～8

高炉寿命的影响因素：

1、高炉原始设计。

2、施工质量。

3、高炉精料水平。

4、高炉操作。

5、适当的高炉炉体维护技术。

1.2耐火材料

高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬，其作用是形成高炉工作空间。

炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。

炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。

高炉炉衬由陶瓷制材料（包括粘土质和高铝质）和碳质材质组成（炭砖、炭捣体、石墨砖等）

对高炉炉衬的基本要求如下：

①各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。

②炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。

1.3冷却设备

由于高炉各部位热负荷不同，采用的冷却设备也不同。

现代高炉冷却有：

外部冷却、内部冷却及风口、渣口冷却。

内部冷却又分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及炉底冷却。

下面就内部冷却设备中的冷却壁的更新换代及损坏原因进行进一步的探讨。

1.3.1高炉冷却的作用

高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分，对炉体寿命可起到关键的作用，要使高炉的使用寿命延长，那么冷却设备起到了如下作用：

1）保护炉壳

在正常生产时，高炉炉壳只能在低于80摄氏度的温度下长期工作，炉内传出的高温热量由冷却设备带走85％以上，只有约15％的热量通过炉壳散失。

2）冷却和支承耐火材料

炉内耐火材料的表面工作温度高达1500摄氏度左右，如果没有冷却设备，在很短的时间内耐火材料就会被侵蚀或磨损。

通过冷却设备的冷却可提高耐火材料的抗侵蚀和抗磨损能力。

冷却设备还可对高炉内衬起支承作用，增加砌体的稳定性。

3）维持合理的操作炉型

使耐火材料的侵蚀内型接近操作炉型，对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。

当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。

4）板壁结合的冷却结构

冷却板的冷却原理是通过分散的冷却元件（冷却板）伸进炉内的长度（一般700—800mm）来冷却周围的耐火材料，并通过耐火材料的热传导作用来冷却炉壳。

从而起到延长耐火材料使用寿命和保护炉壳的作用。

冷却壁的冷却原理是通过冷却壁形成一个密闭的围绕高炉炉壳内部的冷却结构、实现对耐火材料的冷却和对炉壳的直接冷却。

从而起到延长耐火材料使用寿命和保护炉壳的作用。

因此，为了缓解炉身下部耐火材料的损坏和对炉壳的保护，在国内外一些高炉的炉身部位采用了冷却板和冷却壁交错布置的结构形式，起到了加强耐火材料的冷却和支托作用，又使炉壳得到了全面的保护。

日本川崎制铁厂的千叶6号高炉（4500m3）和水岛4号高炉（4826m3），在炉身部位采用冷却板和冷却壁交错布置的冷却结构，见下图：

在高炉炉身部位使用板壁结合冷却结构形式，是一种新型的冷却结构形式。

它既实现了冷却壁对整个炉壳的覆盖冷却作用，又实现了冷却板对炉衬的深度方向的冷却，并对冷却壁上下层接缝冷却的薄弱部位起到了保护作用，因而有良好的适应性。

1.3.2高炉冷却方式及冷却介质

①高炉冷却方式的选择

目前，内外高炉冷却方式的选择不外乎三种:

第一,敞开式工业水循环冷却;第二,汽化冷却;第三,软水密闭循环冷却。

工业水冷却由于耗水、耗电多,而且水质未进行过处理,容易在冷却系统结垢,造成系统冷却不良,冷却器烧坏;优点是冷却系统投资少操作简单,目前国内高炉设计比较忌讳采用工业水冷却方式。

汽化冷却靠软水的汽化潜热工作,可节约大量的软水,并且不存在冷却系统结垢问题,如果高炉生产顺利,炉温稳定,汽化冷却就可以在自然循环下工作,从而节约用电,在自然循环下还不会因停机停电造成冷却系统缺水现象;汽化冷却的缺点是冷却系统温度高,难以适应高负荷的热力波动,容易出现冷却系统阀门管道破裂、腐蚀,另外,系统一旦漏水、漏汽,不容易控制,查漏难,检修时间长。

软水密闭循环冷却是目前国内普遍采用的冷却方式由于其系统温度低又不容易结垢,系统冷却水仅仅机械损失,可节约大量用水,查漏检修又比汽化冷却容易。

但从一代高炉整体效益来看:

若一代炉子寿命延长,高炉不搞中修,所带来的直接间接效益又是相当可观的。

②高炉用的冷却介质

高炉本体冷却系统是否正常工作，是决定一代高炉寿命的关键因素。

从高炉冷却方式的选择、冷却设备的设计安装、检漏技术的发展应用、高炉生产的操作维护详细论述了目前高炉应采用的冷却新技术，为延长高炉寿命提供了必要的依据。

现今我国高炉生产常用的冷却介质是水、风、汽水等混合物

。

1）水冷、风冷和汽化冷却

水、空气和汽水混合物，即水冷、风冷和汽化冷却。

对冷却介质的要求是：

有较大的热容量及导热能力，来源广，容易获得，价格低廉，喷水冷却结构轻便行，我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。

国外在大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖外喷水冷的，效果也不错。

2）冷却壁

冷却壁是高炉冷却系统重要的冷却设备，它主要用在高炉炉身、炉腰、炉腹、炉缸等部位，它的使用效果、寿命长短直接关系到高炉的正常生产及下一代寿命。

所以，各国普遍注重冷却壁材质的选择、结构的改进等工作，目的都是为了延长冷却壁的使用寿命。

冷却壁是包在炉衬外面，用螺栓固定在炉壳上的壁形冷却器。

它用HT15-33灰铸铁铸入20号钢的冷拔无缝钢管，钢管外径为34-44.5mm、壁厚4.5-6mm，做成中心间距为100-200mm的蛇形管，一般铸铁保护层厚度为25-30mm，所以光面冷却壁的厚度通常为80-110mm。

水管的引出部分必须铸入保护套管，并和炉壳焊接，以防开库后冷却壁上胀把水管切断。

3）镶砖冷却壁

它与光板冷却壁比较，耐磨、耐冲刷，易于生产渣皮。

一般镶砖的面积约为50％左右，厚度150-230mm，过薄易于脱落，过厚导致铸铁筋与铸铁板之间铸造应力太大而开裂，且热流一旦波动时会烧坏铁筋。

镶砖冷却壁的热工方面，铸造筋的表面温度是一个重要参数，一般以不大于500℃为宜，热流越大，镶砖越厚，镶砖面节越大，导致铸铁筋温度升高而烧坏。

故一般镶砖冷却壁多于炉腹、炉腰、炉身下部。

日本对冷却壁的研究开发经历了第一代、第二代、第三代、第四代过程。

这种改进对冷却壁的冷却的较大炉子起了促进作用。

新日铁从原始的冷却壁至第二代是增强角冷却和强制水冷替代汽冷。

新日铁冷却壁第二代做了如下改进：

（1）冷却壁内的水管弯曲半径尽量缩小；

（2）使用铁素体球墨铸铁代替高铬铸铁；

（3）镶砖材质由黏土砖改为高铝砖；

（4）将支撑砌体的T形部位用单独系统的水管冷却，经过实际应用后，冷却壁4个角部损坏有所改善，但是上、下段冷却壁间损坏仍较多。

第三代冷却壁的主要特点是：

添加了一个段的耐火材料支撑台和一个螺旋管底座，用来防止前管故障。

同时增加了角部水管，增加了背部蛇形管，铸在冷却壁内的耐火材料改为SiC质。

第四代把斜肋条延长，用耐火材料就地浇铸。

4）冷却水箱

冷却水箱也叫冷却板，是埋设在高炉衬砖之内的冷却器，材质上以铸铁居多，铸钢的、钢板焊的也有，以前则多用青铜铸成内部水路以铸入水管的较多，也有空腔的、隔板的等。

在外形上有扁平卧式的，也有支梁式的（实际是楔形冷却水箱）。

有的高炉在炉墙从薄和炉腰之间，或在炉腰和炉身之间，紧密的布置一层不可更换的冷却片。

相互的间隙只有20－40mm，以保护炉缸支柱上的炉腰支圈。

支梁式冷却水箱可以起到更好的支撑砖衬的作用，而且冷却水箱本身就有与炉壳固定的法兰圈，所以密封性好。

缺点是冷却强度不大，故多用于炉身上部。

综上所述，冷却壁与冷却水箱相比，冷却壁的有点是，冷却均匀炉墙光滑。

下料阻力小，炉壳完整，故强度与密封性好。

而冷却水箱的优点是，冷却强度大而且深入，可以支撑耐火砖衬，可更换，且外层水管损坏时水管尚可工作，重量较轻。

5）高炉风口、渣口

风口装置是用来把从热风炉出来的热风经热风总管、热风围管，在经过它送入高炉内的装置。

一般风口装置由鹅颈管、弯管、直吹管、风口套组成。

对它的要求是：

密封好，不漏风，耐高温，隔热且热量损失少，耐用、拆卸简单方便易于机械化。

由于风口的工作环境恶劣，不仅成后高温热负荷作用，而且要经受2200℃左右的铁侵蚀，特别是当高炉状况不顺、悬、崩料多发生时，风口极易受损害。

大部分都是前端下沿、上沿或侧面。

大部分是熔损造成的，当然也有破损或磨损造成的。

1.3.3高炉的几种冷却系统

目前高炉所用的冷却系统主要有：

工业水直流供水冷却系统，过滤水开路净循环冷却系统，软水汽化冷却系统，软水密闭循环冷却系统。

目前应用最广的是软水密闭循环冷却系统。

下图为软水密闭循环冷却系统原理图：

1一冷却设备；2一膨胀罐；3一空气冷却器；

4一循环泵；5一补水；6--加药；7一充氮

它是一个完全密闭的系统，用软水作为冷却介质。

软水由循环泵送往冷却设备，冷却设备排出的冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经空气冷却器散发于大气中，然后再经循环泵送往冷却设备，由此循环不已。

膨胀罐为一圆柱形密闭容器，其中充以氮气，用以提高冷却介质压力，提高饱和蒸汽的温度，进而提高饱和蒸汽与冷却设备内冷却水实际温度之差，即提高冷却水的欠冷度。

膨胀罐具有补偿由于温度的变化和水的泄漏而引起的系统冷却水体积的变化，稳定冷却系统的运转，并且通过罐内水位的变化，判断系统泄漏情况和合理补充软水的作用。

空气冷却设备由风机和散热器组成，用来散发热量，降低冷却水温度。

软水密闭循环系统的特点

1）工作稳定可靠

由于冷却系统内具有一定的压力，所以冷却介质具有较大的欠冷度。

例如，当系统压力为0．15MPa时，水的沸点为127℃，系统中回水最高温度是膨胀罐内温度，一般控制不大于65℃，此时欠冷度为62℃，通常欠冷度等于或小于50℃时，即不会产生蒸汽和汽塞现象。

2）冷却效果好，高炉寿命长

它使用的冷却介质是软（纯）水，是经过化学处理即除去水中硬度和部分盐类的水。

这就从根本上解决了在冷却水管或冷却设备内壁结垢的问题，保证有效冷却并能延长冷却设