CN102212632A - 风冷高炉风口及风冷高炉风口供风系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用寿命相对较长的风冷高炉风口，同时，依据该风冷高炉风口特点，还提出了一种风冷高炉风口供风系统。依据本发明在冷气通道中引入环形的底压力腔，也就是类似于在直吹管上设一个轴环的结构，环绕在直吹管的周向，能够将冷气源送入的冷气分散在底压力腔，使冷气输送通道在周向上的气体压力分布尽可能的均匀，能够相对均匀的对风口进行冷却，减轻冷却不均匀，防止局部过早的失效，从而相比于既有的风冷高炉风口，使用寿命大大延长。

Description

风冷高炉风口及风冷高炉风口供风系统

技术领域

本发明是因应冶金企业对高炉风口耐高温、节能、环保等要求而提出风冷高炉风口，同时本发明还提出了一种使用这类风冷高炉风口的风冷高炉风口系统。

背景技术

高炉风口应用领域：高炉风口是应用于高炉炼铁进风系统最后环节的一个重要设备,它安装于炉腹与炉底之间的炉墙中，部分前段伸入炉内，直接受到液态渣铁的热冲蚀和掉落热料，以及运动粉煤的严重磨损，容易失效，更换风口导致高炉休风，降低了高炉炼铁产量，因此，高炉风口改进的主要路线在于提高高炉风口的使用寿命，降低风口的使用成本，并保证使用和操作的连续性。

高炉风口是炼铁厂高炉上的关键工艺件，由高炉风口吹入的高温热风和喷入的粉煤，以及各个料层之间的焦炭氧化燃烧生成CO，在高温上升中还原出原来以氧化物形态存在的铁。

高炉风口的使用环境极端恶劣，不但要承受约1500度以上的高温的辐射，还要承受高温铁流的冲刷和炉料、炉渣的磨损，因此根据不同的高炉工况和不同的使用要求、经济要求，设计了多种结构和表面处理的高炉风口。

高炉风口的结构有：空腔水冷风口、双腔旋流风口、贯流式风口、双进双出风口、偏心式风口。虽然高炉风口种类繁多，但它们都是水冷式高炉风口。因高炉风口是通过水冷却保持风口本体运行于低温状态，保持强度和刚度，所以铜的纯度至关重要，对材质要求非常高。

同时水冷高炉风口主要采用双筒式结构，即内圆筒为进入高炉的高温空气通道，外筒与内筒之间的通道通冷却水，以冷却壁面，一般采用导热性能好的铜材料制作风口，外表面还要再进行其它处理。但是这样的结构及对策必然还会造成如下问题：1、冷却水带走高炉内部很多热量，也带走流过风口内筒高温空气的部分热量，降低了热能的利用效率，不利于节能，不符合当今的能源政策；2、为保证进风口维持在较低的温度，需要大量的冷却水，虽然采用循环技术，但是同样存在水的损耗，加剧了水资源短缺这一世纪问题。同时使用大量水也必然造成水的污染；3、使用高性能材料必然带来高的成本，给用户带来经济上的负担。

中国CN1609236A号专利公布公开了一种风冷高炉风口，该风口由通热风的内筒和套接于内筒外侧、通冷风的外筒组成，内筒壁、外筒壁和进风口头部密布有若干射流孔，暴露的射流孔非常容易为铁渣等杂质所堵塞。为了防止风口过快失效，通常需要大量冷却风进行冷却，它势必大大消弱从风口中心筒喷入高炉风的用量，严重影响高温空气和其中粉煤喷入高炉的深度，影响高炉正常运行。

为此，中国CN101698893A号专利公布所公开的高效风冷高炉风口构建所说冷气输送通道的内壁设有所说的主喷孔和射流孔，从主喷孔流入的冷空气沿所述间隙流动用于对主燃气管降温，而射流孔主要用来对主喷口喷入间隙的气体进行扰流，形成紊流，可以起到更好的冷却效果。另一方面，这种结构还使得所说的射流孔不直接暴露于外面，防止铁渣等对射流孔的堵塞。不过该申请所公开的上述结构中冷气输送通道的供气部分为冷气进口，所形成压力必然不均匀，导致风口冷却不均匀，可能会造成局部过热，从而会造成局部失效而导致整个风口的失效。

发明内容

有鉴于此，本发明为了克服现有风冷高炉风口使用寿命相对较短的缺陷，提供了一种使用寿命相对较长的风冷高炉风口，同时，依据该风冷高炉风口特点，还提出了一种风冷高炉风口供风系统。

依据本发明，其一个方面是提供一种风冷高炉风口，另一个方面则是提供一种应用该风冷高炉风口的风冷高炉风口供风系统，引入底部压力腔，提供冷却风口的风源，因此依据本发明的一个方面：

一种风冷高炉风口，包括：

直吹管，用于输送高温气体；

气冷壳体，套装在所述直吹管头部，构建对所述直吹管头部冷却的冷气输送通道；

其特别指出在于，

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔，所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔。

依据本发明，上述风冷高炉风口，所述冷气输送通道的一种结构为该冷气输送通道包括内侧的前行通道、次内侧的连通该前行通道前端的回流通道和最外侧的连通该回流通道后端的用于向前喷射气流的导流通道。

上述风冷高炉风口，所述回流通道包括内侧的与所述前行通道连通的回流腔和通过均布在构建该回流腔的外壁上的喷流孔连通的外层回流通道，该外层回流通道连通所述导流通道。

上述风冷高炉风口，所述回流通道为前小后大的锥形结构，且所述回流腔为与该回流通道形状相似的结构。

上述风冷高炉风口，所述回流通道和所述导流通道在方位上位于所述前行通道前部外侧，相应地，所述前行通道包括作为前行通道后部的环形的中部压力腔和作为前行通道后部的横断面面积小于中部压力腔横断面面积的导流道。

上述风冷高炉风口，所述气冷壳体包括：

内壳，与所述直吹管的头部外柱面紧配合；

中间壳体，与所述内壳间形成有构成所述前行通道的间隙，且中间壳体前部形成有所述回流腔；以及

外壳，由匹配所用高炉的耐高温材料制成，并与所述中间壳体配合形成所述导流道，内部设有周向均布的导流通道。

依据本发明，所述冷气输送通道的另一种形式为所述气冷壳体包括与直吹管套装紧配合的内壁和与该内壁同轴配合的外壁，内壁与外壁之间形成所述冷气输送通道，且冷气输送通道被周向均布的轴向延伸肋片分隔成向前的一组子冷气输送通道。

依据本发明另一个方面的一种风冷高炉风口供风系统，包括：

风冷高炉风口，且该风冷高炉风口包括用于输送高温气体的直吹管，以及套装在所述直吹管头部用以构建对所述直吹管头部冷却的冷气输送通道的气冷壳体；

热风通道，与所述直吹管连接，提供高温气体；

旁路，从所述热风通道接出，并在该旁路上设有冷却器，进而连通所述冷气输送通道，以提供冷却气体；

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔，所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔。

上述风冷高炉风口供风系统，还包括紧邻所述风冷高炉风口的套装在所述直吹管上的套管，该套管后端设有环形的连接所述旁路末端的后压力腔，且该套管壁内形成有用于连通该后压力腔与所述底压力腔的冷气进道。

上述风冷高炉风口供风系统，所述风冷高炉风口与所述直吹管配合的内孔后部形成有一球面台阶结构的内球面部，相应地，所述直吹管的相应位置设有与该内球面部配合的外球面部。

依据本发明，引入环形的底压力腔，也就是类似于在直吹管上设一个轴环的结构，环绕在直吹管的周向，能够将冷气源送入的冷气分散在底压力腔，使冷气输送通道在周向上的气体压力分布尽可能的均匀，能够相对均匀的对风口进行冷却，减轻冷却不均匀，防止局部过早的失效，从而相比于既有的风冷高炉风口，使用寿命大大延长。

附图说明

下面结合说明书附图详述本发明的技术方案，使本领域的技术人员更好的理解和实现本发明，其中：

图1为一种依据本发明的风冷高炉风口的剖视结构示意图。

图2为依据本发明的另一种风冷高炉风口的剖视结构示意图。

图3为直吹管的横剖结构示意图。

图4为高温气体分配结构示意图，其中右端为套管结构。

图5为依据本发明的风冷高炉风口的一种结构示意图，省略热风通道与直吹管连接的部分。

图中：1、冷气进道，2、底压力腔，3、导流孔，4、中部压力腔，5、外壳，6、外层回流通道，7、中间壳体，8、导流通道，9、喷流孔，10、槽形喷流孔，11、环形凸台，12、内壳，13、导流板，14、直吹管，15、进流孔，16、内球面部，17、外壁，18、肋片，19、内壁，20、直吹管后部，21、直吹管中部，22、外球面部，23、前柱面部，24、热风通道，25、旁路，26、冷却器，27、后压力腔，28、套管。

具体实施方式

参照说明书附图5，图中，空心大箭头表示的是高温气体的走向，小箭头表示的是冷却气体的走向，当然，在冷却器26以前旁路25内也留有高温气体，这里只表示两个流通气体温度存在高低差异的通路，并不对高低温度作出严格限定。

依据本发明，那么参见说明书附图5所示的一种风冷高炉风口供风系统，包括：

风冷高炉风口，且该风冷高炉风口包括用于输送高温气体的直吹管14，以及套装在所述直吹管14头部用以构建对所述直吹管14头部冷却的冷气输送通道的气冷壳体；

热风通道24，与所述直吹管14连接，提供高温气体；

旁路25，从所述热风通道接出，并在该旁路上设有冷却器26，进而连通所述冷气输送通道，以提供冷却气体；

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔2，所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔2。

关于壳体，自然要匹配高炉的高温环境选用耐高温的材料制作，所说的耐高温材料优选具有较高结构强度和较高耐温性能的陶瓷材料，当然，也可以选用具有较高耐温性能的耐火材料或者金属陶瓷材料。所说的高温即炼铁时高炉中的高温环境下温度。

另外，关于直吹管14内流有的高温气体，和气冷壳体内流动有的冷却气体，高温和冷却或者说低温只是一个相对的概念，在此处并不是该方案的核心，两个概念相对存在。冷气也不能太冷，否则，将严重影响制作风口用陶瓷外壳，或者金属陶瓷的使用寿命，当然，这是设计冷却器26需要考虑的因素，冷气喷出时的温度应当如何，决定了降温的幅值。

虽然冷气取自热风通道24的旁路25，一定程度上讲似乎是增加了能耗，但如果单独配置冷气输送通道，实际成本反而更高，且温度调整也更困难。并且，高炉炼铁用空气量一定，额外增加气源会影响高炉正常运行，或需要更改现有运行设备。

直吹管14是核心部件，需要保证其使用的安全性和使用寿命，套装在直吹管上的气冷壳体则是保护性部件，保护直吹管处于相对安全的状态，一定程度上来说就是牺牲气冷壳体来保护直吹管。

关于方位，风冷高炉风口的喷口端为头部，或者说前部，那么相反的方向则为后部，或者说后方向，加以匹配的有底部。

参见说明书附图4，上述风冷高炉风口系统还包括紧邻所述风冷高炉风口的套装在所述直吹管14上的套管28，该套管后端设有环形的连接所述旁路25末端的后压力腔27，且该套管壁内形成有用于连通该后压力腔与所述底压力腔2的冷气进道1。如前所述，旁路是支路，流量有限，而风冷高炉风口的半径大于直吹管14的半径，显然也大于旁路的半径，旁路接入的部分相比于风口的横断面只是很小的一部分，想把冷气分散均匀是相对比较困难的。套管28的引入则同时引入了又一个压力腔，也就是后压力腔27，如附图4所示，那么对应的冷气通道的横截面也是环形的，更成了等效的一级压力腔，使冷却气体进入风口是出于一种压力相对均匀的状态，再配合后级的压力腔，可以更好的进行压力均匀化。

为了提高装配状态下的结构可靠性，所述风冷高炉风口与所述直吹管14配合的内孔后部形成有一球面台阶结构的内球面部16，相应地，所述直吹管的相应位置设有与该内球面部配合的外球面部22，球面接触不仅接触面积大，而且容易形成装配时的导向、预紧和密封。

关于上述风冷高炉风口系统所采用的风口，其基本结构是其包括：

直吹管14，用于输送高温气体；

气冷壳体，套装在所述直吹管14头部，构建对所述直吹管14头部冷却的冷气输送通道；

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔2，所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔2。

构建压力腔是本发明的核心，同时，再配合了风冷高炉风口系统其他部分设置的压力腔，可以提供效果更好的输运结构。

如说明书附图1或2，都存在底压力腔2，需要注意的是，冷气进道结构为两个套体间形成的环形通道，前面也已经提到，可以更好的均散气体，同时如说明书附图1或2，冷气进道1与底压力腔间设有均布进流孔15的隔板，通过进流孔进行连通，依据流体力学，可以形成更好的均散性能。

参考说明书附图1，小黑箭头表示的是冷却气体的流通方向，那么对应的，所述冷气输送通道包括内侧的前行通道、次内侧的连通该前行通道前端的回流通道和最外侧的连通该回流通道后端的用于向前喷射气流的导流通道8。这里的内侧外侧是在风口的径向来表示的，靠近中心轴的为内，反之为外。那么所形成的冷气输送通道有相对足够的长度，可以对风口形成很好的保护，大大提高了风口的使用寿命。

参见说明书附图1的右端，这一部分所处的环境最为恶劣，因此，所述回流通道包括内侧的与所述前行通道连通的回流腔和通过均布在构建该回流腔的外壁上的喷流孔9连通的外层回流通道6，该外层回流通道连通所述导流通道8。这类结构在中国CN101698893A号专利公布有涉及，只不过在该公布文献中表示喷射孔，其原理大体相似，但结构略有不同，依据本方案具有更好的冷却效果。

进一步地，所述回流通道为前小后大的锥形结构，且所述回流腔为与该回流通道形状相似的结构，属于几何上的相似结构，当然，相似也只能是基本相似，只是从锥度上去考虑相似性，同时，如附图1所示，风口前端或者说头部本身也是锥形结构。这种结构实际上造成

所述回流通道和所述导流通道在方位上位于所述前行通道前部外侧，相应地，所述前行通道包括作为前行通道后部的环形的中部压力腔4和作为前行通道后部的横断面面积小于中部压力腔横断面面积的导流道。进一步增加的压力腔，等效的提供了三个压力腔，可以更好的提供冷却质量。如附图1所示，中部压力腔与回流腔之间基于上述结构布局更趋于合理。

进一步地，所述气冷壳体包括：

内壳12，与所述直吹管14的头部外柱面紧配合；

中间壳体7，与所述内壳间形成有构成所述前行通道的间隙，且中间壳体前部形成有所述回流腔；以及

外壳5，由匹配所用高炉的耐高温材料制成，并与所述中间壳体配合形成所述导流道，内部设有周向均布的导流通道8。

多重壳体的结构，易于内部结构的加工和装配，易于构建相对应的通道结构。

如附图1右端所示，在风口的右端设有环形凸台11，直吹管14则位于环形凸台的内缘内，也就是说环形凸台构建了一个盆地结构，直吹管的喷口位于盆地结构内，受到周遭热空气的侵蚀比较低，可以更好的保护直吹管。

附图1中喷口位置均布的槽形喷流孔10，形成以直吹管轴为轴的环形阵列。可以更好的保护直吹管。

参见说明书附图2，则是另一种相对简化的风冷高炉风口，相应地，所述气冷壳体包括与直吹管14套装紧配合的内壁19和与该内壁同轴配合的外壁17，内壁与外壁之间形成所述冷气输送通道，且冷气输送通道被周向均布的轴向延伸肋片18分隔成向前的一组子冷气输送通道，结构相对简单，成本低，由于前级压力腔的存在，保证了喷射气流的均匀性。

另外，参见说明书附图2，内壁19与外壁17之间形成的间隙在轴向并没有为肋片18所完全占据，肋片延伸到前端，但后部把所说的间隙留有一个空间，记为等效压力腔，可以提供更好的冷却效果。

Claims (10)

1.一种风冷高炉风口，包括：

直吹管（14），用于输送高温气体；

气冷壳体，套装在所述直吹管（14）头部，构建对所述直吹管（14）头部冷却的冷气输送通道；

其特征在于，

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔（2），所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔（2）。

2.根据权利要求1所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述冷气输送通道包括内侧的前行通道、次内侧的连通该前行通道前端的回流通道和最外侧的连通该回流通道后端的用于向前喷射气流的导流通道（8）。

3.根据权利要求2所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述回流通道包括内侧的与所述前行通道连通的回流腔和通过均布在构建该回流腔的外壁上的喷流孔（9）连通的外层回流通道（6），该外层回流通道连通所述导流通道（8）。

4.根据权利要求3所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述回流通道为前小后大的锥形结构，且所述回流腔为与该回流通道形状相似的结构。

5.根据权利要求4所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述回流通道和所述导流通道在方位上位于所述前行通道前部外侧，相应地，所述前行通道包括作为前行通道后部的环形的中部压力腔（4）和作为前行通道后部的横断面面积小于中部压力腔横断面面积的导流道。

6.根据权利要求5所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述气冷壳体包括：

内壳（12），与所述直吹管（14）的头部外柱面紧配合；

中间壳体（7），与所述内壳间形成有构成所述前行通道的间隙，且中间壳体前部形成有所述回流腔；以及

外壳（5），由匹配所用高炉的耐高温材料制成，并与所述中间壳体配合形成所述导流道，内部设有周向均布的导流通道（8）。

7.根据权利要求1所述的所述的风冷高炉风口，其特征在于，所述气冷壳体包括与直吹管（14）套装紧配合的内壁（19）和与该内壁同轴配合的外壁（17），内壁与外壁之间形成所述冷气输送通道，且冷气输送通道被周向均布的轴向延伸肋片（18）分隔成向前的一组子冷气输送通道。

8.一种风冷高炉风口供风系统，包括：

风冷高炉风口，且该风冷高炉风口包括用于输送高温气体的直吹管（14），以及套装在所述直吹管（14）头部用以构建对所述直吹管（14）头部冷却的冷气输送通道的气冷壳体；

热风通道（24），与所述直吹管（14）连接，提供高温气体；

旁路（25），从所述热风通道接出，并在该旁路上设有冷却器（26），进而连通所述冷气输送通道，以提供冷却气体；

其特征在于：

所述气冷壳体的后端设有连接冷却气源的环形的底部压力腔（2），所述冷气输送通道的后端连通该底部压力腔（2）。

9.根据权利要求8所述的风冷高炉风口供风系统，其特征在于，还包括紧邻所述风冷高炉风口的套装在所述直吹管（14）上的套管（28），该套管后端设有环形的连接所述旁路（25）末端的后压力腔（27），且该套管壁内形成有用于连通该后压力腔与所述底压力腔（2）的冷气进道（1）。

10.根据权利要求8或9所述的风冷高炉风口供风系统，其特征在于，所述风冷高炉风口与所述直吹管（14）配合的内孔后部形成有一球面台阶结构的内球面部（16），相应地，所述直吹管的相应位置设有与该内球面部配合的外球面部（22）。

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