CN101748224B - 高炉解剖时分区冷却高炉的方法 - Google Patents

Abstract

高炉解剖时分区冷却高炉的方法，属炼铁技术领域。包括分区冷却基准线的标定；在基准线上钻冷却介质注入口；估算高炉停炉后单位时间产生的热量及冷却高炉时所需的冷却水流量；分区冷却；分区冷却结束。与背景技术相比，本方法结合高炉冶炼工艺和高炉解剖工作的需要，制定了用于高炉解剖时特殊的冷却高炉的方法，能够真实地保真高炉冶炼过程中的信息，有利于了解高炉冶炼过程中炉料的分布状态，炉料粒度的变化，炉料的还原过程，炉渣和铁水分布状态，化学元素的分布状态等问题。

Description

高炉解剖时分区冷却高炉的方法

技术领域

本发明涉及一种高炉解剖时分区冷却高炉的方法，属炼铁技术领域。

背景技术

高炉冶炼生铁是冶金工业重要环节，涉及到高温的固相、液相、气相，发生各种复杂的化学反应和物理变化，但在实际冶炼过程中难以对高炉内部进行观察和研究，也难以进行实验室研究。通过停炉和破坏性拆炉的方法对高炉进行解剖是研究高炉的有效手段。国内对于高炉解剖的研究工作较少，尤其是对大型高炉解剖的研究尚在起步阶段。高炉解剖研究需要耗费巨大的人力、物力、财力，对于某一特定的高炉，其解剖研究不具有重复性，因此，需要制定一套全面、可靠的研究方法指导高炉解剖工作。

高炉在解剖前需要进行合理的冷却，以最大限度的保真高炉冶炼过程中的现象。对于高炉炉身中上部，大量的高温炉料仍处于固态，需要进行缓慢冷却以保留炉料粒径分布、炉料还原过程等信息，避免快速冷却后发生的“水淬”现象，即高温的固体炉料在急冷后，炉料内部产生热应力，将导致其粉碎，易溶于水的化学元素可能随着冷却水流失，因此，急冷可能破坏炉身上部炉料的粒度分布、元素分布等信息；对于高炉炉身下部、炉腰、炉腹及炉缸炉底，存在着大量的液态炉渣、液态铁水及渣铁水间混杂的焦炭，需要被迅速冷凝固化，以真实地保留炉料原始形貌，渣铁分布情况，化学成分分布，元素偏析等信息。

国外在高炉解剖前冷却高炉的手段主要有两种。第一种是炉顶打水凉炉方法，即从高炉炉顶不间断地注入常温工业用水，这种研究方法的优点是简便易行，但是急剧的冷却将造成炉身上部的炉料发生水淬，改变了原始的炉料粒度分布情况，另外，诸多易溶于水的元素或化合物将不可避免地融入冷却水，随着冷却水向炉身下部转移，改变了炉料原始的元素分布规律。因而，利用炉顶打水的方法冷却高炉可能误导科研工作者进行高炉解剖及其后续的科研工作。第二种是从高炉炉顶注入液氮，这种方法的优点是冷却快速，但是需要耗费巨大的人力物力，且存在一定的安全隐患，国内外对此的研究还不完善。因此当前这两种冷却高炉的方法均存在不足之处。

在高炉解剖前合理的冷却高炉方式是：(1)缓慢冷却高炉炉身中上部的炉料，以最大限度的避免急冷后造成的破碎，保真炉料原始的粒度分布、化学元素分布和炉料还原过程等信息。(2)快速冷却高炉炉身下部、炉腰、炉腹及炉缸炉底，以保真液态炉渣、液态铁水在冶炼过程中的原始形貌和化学成分分布等信息。

其难点在于：(1)如何实现高炉从上至下分区冷却；(2)如何避开传统的从炉顶开始冷却的不足，找到新的合理的冷却入口；(3)如何确定冷却高炉的冷却介质的流量。

公开号为CN1163941A、发明名称为“一种增设高炉炉底水冷却的方法”的专利申请文件公开了高炉正常生产情况下，利用短期休风的时间，在炉底耐火材料砌体(1)和混凝土炉基(3)之间的填料层(2)钻孔安装冷却水管(8)，通水冷却。钻孔时对钻头通水冷却并冷却钻孔，用排气灌浆方法把耐火泥浆充填钻孔与冷却水管间的缝隙后即可正常使用。

CN2846427公开了一种炼铁高炉专用分段水冷炉喉钢砖本体，是在炉壳内壁周圈设炉喉钢砖，炉喉钢砖分上下两层设置，上层钢砖、下层钢砖均设计成扇形钢砖和直形钢砖；安装时采用扇形、直形交叉排列的方式；下层钢砖内设有冷却水腔，出水管穿过炉壳与冷却水管道连通。通过分段结构、冷却方式以及铸造工艺的全面综合优化，不仅降低了炉喉钢砖的安装难度，而且延长了炉喉钢砖的使用寿命，节省了高炉维修时间，经济效益明显。

上述专利申请文件公开了高炉正常生产情况下对高炉某一部位进行结构改造或进行水冷却的方法，但在高炉解剖前对高炉进行合理的冷却却没有述及。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种在高炉解剖前冷却高炉的方法，使得高炉解剖工作及后续的科研工作能够全面地、真实地反映高炉在实际冶炼过程中的情况。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种高炉解剖时分区冷却高炉的方法，步骤如下：

(1)分区冷却基准线的标定：

根据高炉上测温探头的数据预测高炉炉料的温度分布，然后根据温度分布预测处于固态的炉料和处于熔融软化的炉料的分界线，并在高炉炉壳上标记，分界线以上一米左右的位置作为分区冷却高炉的基准线；

(2)在基准线上钻冷却介质注入口：

休风停炉，从炉顶放散残留在高炉内部的高压煤气，检测煤气残余量在适合作业后，在分区冷却高炉的基准线上钻孔，孔的直径大小为：100mm-200mm；深度以钻透高炉炉墙为准；孔的个数为：6-12个，这些孔经过加固整理后即为冷却介质注入口；

(3)估算高炉在停炉后单位时间产生的热量，为冷却水流量计算提供依据：

根据正常生产条件下利用下述公式计算焦炭的燃烧热：

Q_焦＝k′×V′×C_v

其中：Q_焦：单位时间焦炭燃烧放出的热量，MJ/h；k：高炉停炉后每小时每立方米燃烧的焦炭(可通过冶炼强度估算)，T/hm³；C_v：焦炭的热值，MJ/T；V：分区冷却高炉的基准线以下高炉的容积，m³；

(4)估算确定冷却水流量：

估算冷却水流量是为了针对不同容积、不同冶炼强度的高炉，为确定冷却介质注入口的直径大小、冷却水流速、冷却水压力提供理论依据，务必保证冷却水在注入高炉后不被大量气化；以2倍的Q_焦为基准确定冷却高炉的用水量，根据公式：

Q_v＝2×1000×Q_焦/ρ×C_p×Δt计算冷却水流量，

其中，Q_v：高炉冷却水流量，m³/h；ρ：冷却水密度，1000kg/m³；C_p：冷却水热容，4.2kJ/kg·℃；Δt：高炉冷却壁内冷却水水温差，计算时取50℃，这样可确保注入的冷却水不会大量气化；

(5)分区冷却：

将冷却水从冷却介质注入口注入到高炉内，冷却水的流速为：10-15m/s，冷却水的压力为：1.5至2.0MPa；

(6)分区冷却结束：

冷却水持续注入10至12小时后，打开一个风口，检测从风口流出的冷却水温度，当冷却水温度降到环境温度时，停止通水，分区冷却结束。

本发明方法的基本原理是：(1)让低温的冷却水先经过高炉炉身下部、炉腰、炉腹及炉缸炉底，实现该区域的快速冷却；(2)蒸发的高温水蒸气在上升过程中进一步冷却炉身上部的炉料，避免了低温冷却水直接接触炉身上部的固体炉料而使其发生“水淬”，实现对炉身上部的固体炉料缓慢冷却。

本发明的有益效果是，通过从固态炉料与熔融炉料的分界线部位施行注水冷却，可在高炉解剖时实现：(1)快速冷却高炉炉身下部、炉腰、炉腹及炉缸炉底，以保真液态炉渣、液态铁水在冶炼过程中的原始形貌和化学成分分布等信息；(2)缓慢冷却高炉炉身中上部的炉料，以最大限度地避免急冷后造成的破碎，保真炉料原始的粒度分布、化学元素分布和炉料还原过程等信息。最大限度的保真了高炉在实际冶炼过程中的信息，有利于高炉解剖及后续科研工作的进行。

附图说明

图1是本发明高炉解剖时分区冷却高炉的示意图；

其中：1、炉喉，2、炉身，3、炉腰，4、冷却介质注入口，5、炉腹，6、预测的软熔带，7、风口，8、炉缸炉底，9、分区冷却的基准线。

图2是本发明高炉解剖时分区冷却高炉方法的方框示意图；其中10-15为该方法中的各个步骤。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种高炉解剖时分区冷却高炉的方法，如图1-2所示，步骤如下：

(10)分区冷却基准线的标定：

根据高炉上测温探头的数据预测高炉炉料的温度分布，然后根据温度分布预测处于固态的炉料和处于熔融软化的炉料的分界线，并在高炉炉壳上标记，分界线以上一米左右的位置作为分区冷却高炉的基准线；

(11)在基准线上钻冷却介质注入口：

休风停炉，从炉顶放散残留在高炉内部的高压煤气，检测煤气残余量在适合作业后，在分区冷却高炉的基准线上钻孔，孔的直径大小为200mm；深度以钻透高炉炉墙为准；孔的个数为8个，这些孔经过加固整理后即为冷却介质注入口；

(12)估算高炉在停炉后短时间内单位时间产生的热量，为冷却水流量计算提供依据：

根根据正常生产条件下计算焦炭的燃烧热Q_焦＝k′×V′×C_v，其中，Q_焦：单位时间焦炭燃烧放出的热量，MJ/h；k：高炉停炉后短时间内每小时每立方米燃烧的焦炭(可通过冶炼强度估算)，近似取值0.035t/(m³·h)；C_v：焦炭的热值，3×10⁷kJ/kg。V：分区冷却高炉的基准线以下高炉的容积，近似取值65m³，计算得到Q_焦约为70000MJ/h，

(13)估算确定冷却水流量：估算冷却水流量是为了针对不同容积、不同冶炼强度的高炉，为确定冷却介质注入口的直径大小、冷却水流速、冷却水压力提供理论依据，务必保证冷却水在注入后不被大量气化。

以2倍的Q焦为基准确定冷却高炉的用水量，保证冷却水在注入高炉后不会大量蒸发气化。根据公式Q_v＝2×1000×Q_焦/ρ×C_p×Δt计算冷却水流量，其中，Q_v：高炉冷却水流量，近似计算为700m³/h；ρ：冷却水密度，1000kg/m³；C_p：冷却水热容，4.2kJ/kg·℃；Δt：高炉冷却壁内冷却水水温差，计算时取50℃，以此保证注入的冷却水不会大量气化；

(14)分区冷却：

将冷却水从冷却介质注入口注入到高炉内，冷却水的流速为10m/s，冷却水的压力为：1.5MPa；

(15)分区冷却结束：

冷却水持续注入11小时后，打开一个风口，检测从风口流出的冷却水温度，当冷却水温度降到环境温度时，停止通水，分区冷却结束。

实施例2：

同实施例1相同，只是冷却介质注入口的直径大小为150mm；深度以钻透高炉炉墙为准；个数为11个；冷却介质注入口的水速为12m/s，冷却水的压力为：1.8MPa。

实施例3：

同实施例1相同，只是冷却介质注入口的直径大小为120mm；深度以钻透高炉炉墙为准；个数为10个；冷却介质注入口的水速为15m/s，冷却水的压力为：2MPa。

本发明上述实施例用于100立方米高炉在解剖时的分区冷却。

Claims (1)

1.一种高炉解剖时分区冷却高炉的方法，步骤如下：

(1)分区冷却基准线的标定：

根据高炉上测温探头的数据预测高炉炉料的温度分布，然后根据温度分布预测处于固态的炉料和处于熔融软化的炉料的分界线，并在高炉炉壳上标记，分界线以上一米的位置作为分区冷却高炉的基准线；

(2)在基准线上钻冷却介质注入口：

休风停炉，从炉顶放散残留在高炉内部的高压煤气，检测煤气残余量在适合作业后，在分区冷却高炉的基准线上钻孔，孔的直径大小为：100mm-200mm；深度以钻透高炉炉墙为准；孔的个数为：6-12个，这些孔经过加固整理后即为冷却介质注入口；

(3)估算高炉在停炉后单位时间产生的热量，为冷却水流量计算提供依据：

根据正常生产条件下利用下述公式计算焦炭的燃烧热：

Q_焦＝k′×V′×C_v

其中：Q_焦：单位时间焦炭燃烧放出的热量，MJ/h；k′：高炉停炉后每小时每立方米燃烧的焦炭，通过冶炼强度估算，t/hm³；C_v：焦炭的热值，MJ/t；V′：分区冷却高炉的基准线以下高炉的容积，m³；

(4)估算确定冷却水流量：

估算冷却水流量是为了针对不同容积、不同冶炼强度的高炉，为确定冷却介质注入口的直径大小、冷却水流速、冷却水压力提供理论依据，务必保证冷却水在注入高炉后不被大量气化；以2倍的Q_焦为基准确定冷却高炉的用水量，根据公式：Q_v＝2×1000×Q_焦/ρ×C_p×Δt计算冷却水流量，

其中，Q_v：高炉冷却水流量，m³/h；ρ：冷却水密度，1000kg/m³；C_p：冷却水热容，4.2kJ/kg·℃；Δt：高炉冷却壁内冷却水水温差，计算时取50℃，这样可确保注入的冷却水不会大量气化；

(5)分区冷却：

将冷却水从冷却介质注入口注入到高炉内，冷却水的流速为：10-15m/s，冷却水的压力为：1.5至2.0MPa；

(6)分区冷却结束：

冷却水持续注入10至12小时后，打开一个风口，检测从风口流出的冷却水温度，当冷却水温度降到环境温度时，停止通水，分区冷却结束。 

Images