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高炉炼铁中炉体的具体要求有哪些你知道吗?

来源:北京信兆科技有限公司 浏览次数: 日期:2016年12月16日 08:49

高炉炼铁中炉体的具体要求有哪些你知道吗?

炉体系统设备主要包括冷却元件、风口装置、送风装置、炉喉十字测温装置、炉喉洒水装置、料面监测装置、煤气取样器、炉身静压力计、炉喉钢砖等。

1、冷却元件,主要有冷却壁、冷却板、冷却水箱3种形式,其中冷却水箱已逐步淘汰。

高炉依据炉腹及其以上区域冷却元件的不同分为3个流派:纯冷却壁高炉、冷却板高炉、板壁结合高炉。三者的出发点及其结构有着明显的区别。冷却壁强调的是对高炉炉壳进行全面保护,其结构形式非常适合流行的薄内衬结构。而冷却板所强调的是对内衬的支撑及冷却以及本身的更换,对炉壳的保护是点的保护,且炉壳上开孔多而大,降低了炉壳强度,易导致应力集中,引起炉壳变形开裂。另外,冷却板的结构形式决定了其内衬必然是厚内衬结构形式。冷却板结构形式由于其自身存在诸多缺点,目前高炉新建或大修中已很少采用。板壁结合形式与冷却板形式相比,虽然其冷却强度、冷却均匀性有很大提高,

但同样存在着冷却板的诸多缺点,目前也仅在个别高炉采用。当然,对于新建或大修高炉而言,若球团矿运用比例较高,边缘气流发展较严重,也可考虑采用冷却板或板壁结合形式。与冷却板、板壁结合的形式相比,冷却壁具有冷却均匀、制造简单、成本低、炉壳开孔少、操作炉型与设计炉型始终保持一致的优点,虽然存在损坏后不易更换、对砖衬的支承作用稍差等不足之处,但随着冷却壁的材质及结构形式的不断改进,其不足之处已得到很大程度的弥补。当前,高炉本体两大最主要的技术是软水密闭循环冷却技术和砖壁合一薄内衬技术,而与这两大技术联系最为紧密、结构最为匹配的是冷却壁结构。因此,在目前大中型高炉的新建或大修中,绝大多数高炉选择全冷却壁结构形式。

目前,冷却元件的材质主要有灰铸铁、低铬灰铸铁、球墨铸铁、铜及钢。由于灰铸铁及低铬灰铸铁其延展性能差,在高温及温度变化频繁的状态下,极易损坏,不能满足大中型高炉的长寿要求。球墨铸铁与灰铸铁和低铬灰铸铁相比,具有较好的延展性能,目前在高炉中用得最为广泛。但是,球墨铸铁的导热性能比灰铸铁和低铬灰铸铁差,因此要求适当提高冷却强度。由于球墨铸铁相对较贵,从经济角度考虑,在热流强度相对不高的炉缸和炉身上部区域采用低铬灰铸铁是可以的。铜同时具有很高的导热性能和很好的延展性能,是冷却壁最为理想的材质,虽然价格昂贵,制造工艺复杂,不能大量推广,但从进一步提高高炉寿命出发,最好在炉腹等工况最为复杂的区域采用铜冷却元件。铸钢冷却元件既具有灰铸铁、低铬铸铁和球墨铸铁的价格优势,又具有铜冷却壁高导热和高延展率的特点,是很有发展前途的冷却元件。铸钢冷却板已在冷却板形式高炉中得到较为广泛的应用,但由于铸钢冷却壁制造难度大,目前应用极少,国内外已有部分厂家及单位在做这方面的工作,如果一旦攻克制造难关,会在大中型高炉冷却元件中占有重要地位。

1)冷却板的主要结构形式,冷却板的结构形式比较简单,为一扁平的长条形空腔结构。根据空腔中隔板数量的不同,一般分2通道、4通道、6通道、8通道等多种通道。外部水头一般为1进1出或2进2出。现代高炉冷却板与炉壳一般采用法兰连接。

2)铸铁冷却壁的主要结构形式,铸铁冷却壁的结构形式多种多样。按外形分有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。光面冷却壁热面不设燕尾槽,一般应用在炉缸部位。镶砖冷却壁在热面设置有燕尾槽,用来镶砖或捣料。镶砖冷却壁又分为热镶和冷镶两种:所谓热镶,就是把耐火砖先固定,然后浇铸成型的冷却壁;所谓冷镶,是指冷却壁浇铸完后再砲筑耐火砖。镶砖冷却壁又分带凸台和不带凸台两种,一般应用在炉腹、炉腰及炉身中下部。另外,还有一种形状较为特殊的倒扣式冷却壁,主要用在炉身最上部,也分光面和镶砖两种。按冷却介质分有工业水铸铁冷却壁和软水冷却壁,主要表现在冷却水管的布置上有明显区别,工业水冷却的冷却壁其冷却主水管一般为蛇形,1进1出;而软水冷却的冷却壁冷却水管一般为4进4出,并列布置。另外,还有许多其他形式的冷却壁。

3)铜冷却壁的主要形式,按其制造加工工艺分以下3种。

第一种为PW专利技术铜冷却壁,最大特点是采用连铸机连铸成型,冷却通道呈长圆形,在相同冷却通道面积的情况下,换热面积最大,冷却效率最高,对应于相同的炉壳面积,冷却壁重量最轻。此外,冷却壁在热面加工成一系列燕尾槽,既便于镶嵌内衬或喷涂不定形材料,同时也加大了换热面积,有利于结渣和挂渣。缺点是由于冷却壁采用连铸成型,因此易产生裂纹,成品率相对较低,且冷却壁的制造工艺涉及专利技术,因此引进成本较高。

第二种为原荷兰霍戈文公司研制的铜冷却壁,采用铸造成型,其最大特点是冷却水管 采用了特殊的合金铜管,这种特殊的合金铜管在铸造后能保证其表面与冷却壁基体完全熔 合,铜管截面可根据用户要求做成长圆形、椭圆形及圆形等多种形状,但一般为长圆形。 合金铜管虽然其导热性能不如纯铜管,但仍大于20W/ (m_K),因此仍可满足对高炉的 冷却要求。这种冷却壁制造工艺简单,成品率高,质量可靠,但合金铜管国内目前还不能 生产,因此这种冷却壁仍需引进,价格较高。至于采用普通铜管的铸造冷却壁,国内个别 厂家制造进行攻关。还有个别厂家采用普通钢管代替铜管,但由于不能发挥铜的髙导热性 能,推广的意义不大。

第三种铜冷却壁是较早就已经开始使用的一种钻孔铜冷却壁,其主要特点是冷却通道 采用钻孔加工成型,早期一般采用铸造铜板,材质质量难以保证,现在一般采用乳制铜 板,加上焊接技术和加工技术地不断进步,质量已相当可靠。这种冷却壁热面一般设有燕 尾槽,便于支撑内衬和扩大换热面积。其早先通道为圆形,因此冷却壁较厚,质量较重, 现在国内个别厂家已掌握了扁孔钻孔及焊接技术,完全可以在国内生产,价格也较国外产 品便宜,因此在国内得到了广泛的使用,是今后国内髙炉铜冷却壁运用的主要形式。

以上3种铜冷却壁的冷却通道均采用4进4出,竖直排列方式,由于铜冷却壁具有极 高的抗热负荷冲击能力,因此不需要采用双层冷却方式。

4)钢冷却壁,分焊接、钻孔、铸造3种形式。焊接钢冷却壁实际上是采用厚钢板焊 接而成的冷却水箱,由于焊缝多、应力大,存在安全隐患,所以实际很少采用。钻孔钢冷 却壁一般采用轧制厚钢坯进行钻孔,因为钻孔难度大、成本高,所以没有得到推广。铸造 钢冷却壁最大的难点是难以掌握钢管与冷却壁母体的熔合程度,熔合过度,钢管会变形或 烧穿。熔合不足,钢管和母体形成间隙,影响传热,所以,钢冷却壁在国内很少采用。近 年来,已有个别厂家在制造技术上有所突破,相信今后铸钢冷却壁的使用会逐步多起来。

2、风口装置,主要包括风口小套、中套、大套、大套法兰、中套顶杆及大套顶杆。

1) 风口小套,分空腔式和贯流式两种,材质均为铸铜或纯铜板。空腔式风口结构简 单,但冷却效果较差,寿命较短,目前一般只在小髙炉上使用。贯流式风口内环为空腔, 外环为旋流形式,冷却水先进入内层空腔进行平流冷却,再进入外环进行螺旋环形冷却, 贯流式风口冷却效果好,寿命长,是我国大中型高炉普遍采用的风口形式。

2) 风口中套,分空腔式和旋流式两种,材质为铸铜或铜板。空腔式主要用于小髙炉, 大中型高炉普遍采用旋流式中套。

3) 风口大套分铸铁和铸钢两种,铸铁大套一般设有水冷,铸钢大套有水冷和非水冷 两种形式,非水冷大套一般用于软水冷却高炉中。

3、送风设置,主要有两种形式:一种是传统的三球面式;另一种是烟斗式(又称卡 丹式)。

1)三球面式送风装置,主要包括喇叭管、鹅颈管、短管、弯头、窥视孔、直吹管、 拉紧装置、压紧装置等。其主要特点是短管与弯头、弯头与直吹管间采用球面连接。其优 点是结构轻巧、更换风口及直吹管方便;缺点是对施工及炉壳膨胀产生的偏差调节范围 小。由于采用硬质合金球面连接,容易漏风,寿命短,不适应高压和高风温鼓风。因此, 这种方式目前仅在部分中小型髙炉使用。有的髙炉在鹅颈管和短管间增加一节万向波纹补 偿器,改善了对偏差的适应能力,但仍然存在漏风的缺点。

2)烟斗式送风装置,主要包括喇叭管、万向波纹补偿器、弯头、窥视孔、直吹管、 拉紧装置、压紧装置等。其主要特点是在喇叭管与弯头间设置一个万向波纹补偿器,万向 波纹补偿器由两个万向波纹补偿节组成,中间用短管连接,其与喇叭管和弯头之间采用法 兰连接形式。因此,此种形式的送风装置对各种位置偏差适应性好,密封可靠,适合高压 高风温鼓风。目前。新建大中型高炉均采用烟斗式送风装置。

4、炉喉十字测温装置,其主要作用是在炉喉圆切面沿“十”方位进行温度测量,用 于判断高炉内的冶炼情况。测温装置的测温杆一般为等截面或变截面的条形结构,每根测 温杆根据炉容大小一般设5〜7点,4套测温装置呈“十”字布置,故称十字测温。十字 测温根据结构和形式的不同,又有水冷和无水冷两种。另外,个别厂家只使用两套测温装 置,称“一”字测温,其作用与十字测温相同那就是手持测温仪

5、炉喉洒水装置,主要由喷嘴、水管、氮气管、控制阀门等组成。其主要作用是当 炉顶煤气温度超过350°C时,控制阀门打开向炉内喷水,强行降低炉顶煤气温度,保护炉 顶设备,当煤气温度降至300°C以下时,停止喷水,同时打开氮气阀门进行吹扫,防止喷 头堵塞,一般设定15min后,自动关闭氮气阀门。

6、料面监测装置,主要包括普通摄像仪、红外摄像仪、雷达料面仪等。其主要工作 原理是利用自然光线、红外光线、雷达波等在显示器上形成直观的炉内料面图像或图形, 用于判断炉内的工作情况。

7、煤气取样器,分传统机械式煤气取样器和煤气取样自动分析仪两种:

1) 传统机械式煤气取样器,主要由取样装置和驱动装置组成,取样装置由电动马达 牵引钢丝绳驱动。传统机械式煤气取样器一般为人工半自动操作,只负责取样,不负责分 析,分析需人工送分析室进行。

2) 煤气取样自动分析仪,由取样和分析两部分组成。取样部分与传统机械式煤气取 样器基本类似,分析部分主要包括自动分析设备和计算机控制系统。取样部分取出的煤 气,通过软管输送至分析设备。煤气取样自动分析仪具有手动操作、半自动操作和全自动 操作3种模式。

另外,煤气取样自动分析仪还有其他形式,但在国内应用较少。

8、炉身静压力计,其作用是测量风口以上不同标高段炉内的压力,通过对测得的压 力进行分析来判断炉内炉料的透气性,从而对高炉生产进行合理调整。其工作原理是在风 口以上一般设置3〜4层测量层,每层设置4个测量点,每点插入一根带一定倾角的氮气 管,形成一个氮气管组,在每根氮气管上均设有灵敏的流量测量装置和压力调节装置。测 量时,通过氮气管往炉内通气,同时调节氮气压力,当流量为零时,氮气的压力即为测量 点炉内的压力。整个装置由计算机控制,自动在线检测。

9、炉喉钢砖,安装在炉喉部位,用来抵御高炉布料的撞击和冲刷。炉喉钢砖一般为铸钢,最常见的为条形空腔结构,分水冷和无水冷两种。随着高炉内衬逐步减薄,不少高 炉的钢砖还采用了单层板式条形结构。先进的钢砖一般采用吊挂形式,以适应热膨胀的要求。

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