CN104152618A - 高炉软水冷却管路控制方法 - Google Patents

Abstract

高炉软水冷却管路控制方法，属于冶金领域，即从高炉风口区的冷却壁出水管处分流，通过小支管汇集到中部回水环管，再经干管退回炉顶回水总管；炉腰、炉腹区域铜冷却壁壁体温度降低至小于45℃时，开启中部回水流量调节阀，同时关小冷却壁出水总阀，使炉体第五段以上冷却壁水流速在1.0～2.6m/s，炉体第五段及以下冷却壁水流速在2.3-2.6m/s；炉缸区域侧壁碳砖温度大于400℃时，开启中部回水流量调节阀，同时开启冷却壁出水总阀系统总水量增大，炉缸1-5段区域冷却壁水速达到2.8m/s，炉身区域冷却壁水速达到2.5m/s，系统进水总管压力通过调整膨胀罐氮气压力进行补偿至0.8MPa。本发明能够在不影响炉缸冷却强度的情况下，降低炉腰以上部位冷却强度，避免炉衬黏结。

Description

高炉软水冷却管路控制方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及高炉软水冷却管路控制方法。

背景技术

现代高炉本体广泛采用全冷却壁薄壁炉衬结构，在炉腹、炉腰、炉身下部高热负荷区域，选用铜冷却壁，软水闭路循环冷却技术，实现无过热冷却，达到高炉一代炉役寿命15年无中修的目标。

但是铜冷却壁比传统的铸铁冷却壁导热系数高，壁体温度低，冷却强度大，在冷却制度与冶炼强度不相适宜，减、休风操作过程或原燃料质量波动等炉况波动时，极易造成高炉中部黏结，渣皮过厚，高炉接受风量的能力下降，下料不畅，频繁发生崩料、管道行程，造成炉温波动幅度增大，甚至炉况失常，在处理炉况过程中，脱落的渣皮又会间接影响高炉的热平衡、炉渣碱度，高炉操作难度增加，高炉各项经济技术指标难以提高。

炉况的波动导致炉腹、炉腰部位的渣皮频繁脱落、重建，又会伴随着炉体冷却壁壁体温度剧烈波动，造成冷却水系统热负荷波幅增大，进水温度失控，超出设计值，炉壳温度波动增大，造成炉体煤气泄漏，严重时造成冷却壁破损，炉壳变形、开裂，如此恶性循环，严重制约着高炉的稳定顺行，影响高炉本体的使用寿命。

解决该问题，最有效的方法是控制合理的冷却强度，与高炉冶炼强度相适宜，提高炉内操作技术水平，在炉腰、炉腹区域形成稳定的保护性渣皮，保持高炉长周期稳定顺行。

炉体冷却强度的控制，调整冷却水系统水量，控制冷却壁壁体内水的流速，即控制水与冷却壁水管表面的对流传热速率是最有效的方法之一。全冷却壁高炉软水闭路循环系统设计，冷却水管的连接从炉底第一段冷却壁进水到炉身最后一段冷却壁出水串联的形式，这种形式结构简单，设备投资少，运行费用低，但是对于冷却水量的调整存在困难，当炉身中部渣皮增厚，需要通过减小冷却水量，降低该部位冷却强度时，调整系统水量只能通过关小冷却壁出水总阀，减少系统总水量的方法，该操作同时也降低了炉缸区域的冷却强度，在炉役后期，炉缸砖衬侵蚀日趋严重，砖衬温度升高的情况下，势必会降低高炉炉缸区域的安全性（现代高炉设计炉缸区域冷却壁水速通常不小于2.3m/s），该类型高炉冷却水系统调节困难。

中国专利授权公告号 CN 203429188 U ;专利名称：两段式可调节水量的高炉软水冷却系统，存在以下不足：

1、水量调整只有蝶阀，水量精确调整困难。

2、为保证水量分配均匀，其管路设计复杂，基本流程为：分流水小支管—分流水集管—分流水环管—回水总管

3、只能解决增加炉缸冷却壁区域的水量来提高其冷却强度，不能解决因炉身铜冷却壁区域冷却强度过大时，在不影响炉缸区域水量的同时，减少该区域水量，降低冷却强度的问题。

发明内容

针对上述不足，本发明需要解决下述问题:

1、增加分流旁通微调阀，实现快速精确调整水量，同时在高炉不需要分流水量时，开启该阀门微量通水（5t/h），可以起到冬季管道防冻和保证管道内水质稳定作用。

2、冷却壁与分流环管的水分别退至回水总管，调整水量可以上、下部兼顾，炉缸区域需要增加水量时不影响炉身水量；炉身需要降低水量时又不影响炉缸区域水量。

为了解决上述技术问题，本发明设计了高炉软水冷却管路控制方法，它可以达到在不影响风口区以下炉缸区域冷却水量的情况下，对炉身上部冷却水量进行大幅度的调整，到炉役后期可以增加系统总水量，加强炉缸区域的冷却强度。

本发明在采用从下到上串联形式连接的软水闭路循环系统，达到在不影响风口区以下炉缸区域冷却水量的情况下，对炉身上部冷却水量进行大幅度的调整，到炉役后期可以增加系统总水量，加强炉缸区域的冷却强度。

本发明的技术方案：高炉软水冷却管路控制方法，即从高炉风口区冷却壁出水管处分流，通过小支管汇集到中部回水环管，再经干管退回炉顶回水总管（软水系统进、出水总管采用单进单出设计的高炉采取1根干管与炉顶回水总管连接的形式；软水系统进、出水总管采用双进双出设计的高炉采取2根干管与炉顶回水总管连接的形式）；

炉腰、炉腹区域铜冷却壁壁体温度降低至小于40℃时，开启中部调剂回水流量调节阀，同时关小冷却壁出水总阀，使炉体第五段以上冷却壁水流速在1.0~2.6m/s，炉体第五段及以下冷却壁水流速在2.3~2.6m/s。

炉缸区域侧壁碳砖温度大于400℃时，开启中部调剂回水流量调节阀，同时开启冷却壁出水总阀系统总水量增大，炉缸1~5段区域冷却壁水速达到2.8m/s，炉身区域冷却壁水速达到2.5 m/s，系统进水总管压力通过调整膨胀罐氮气压力进行补偿至0.8MPa。

本发明的有益效果：

1、该方法结构简单，占用场地小，设备投资少，便于安装，水量调整便捷、快速、均匀。

2、该方法操作简单，操作人员只需简单培训就可以独立完成调水作业。

3、当原燃料质量波动时，或在高炉长期慢风、长期休风、炉况难行、恢复炉况等特殊炉况时，在不影响炉缸冷却强度的情况下，降低炉腰以上部位冷却强度，避免炉衬黏结，加快高炉恢复进程。

4、可以增加系统总水量，加强炉缸区域的冷却强度，提高炉缸工作的安全性。

5、高炉冶炼强度与合理的冷却制度相适宜，是高炉顺行的基础，该方法是冷却系统参数调整的重要手段，有利于维持合理的渣皮厚度，减少炉体散热，减少焦碳消耗，为高炉长周期稳定创造基本条件，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明的高炉软水冷却管路连接示意图。

图中，1、炉壳，2、冷却壁，3、风口区第五段冷却壁出水联管，4、分流阀，5、小支管（其中有一段采用金属软管），6、分流小支管根部控制阀，7、排汽阀，8、分流总阀，9、电磁流量计，10、流量调节阀，11、分流根部控制阀，12、分流旁通微调阀，13、回水分流环管，14、1#软水回水总管，15、2#软水回水总管，16、排污阀，17、冷却壁回水小支管，18、冷却壁回水小支管根部控制阀，19、冷却壁回水环管，20、1#冷却壁回水总阀，21、2#冷却壁回水总阀，22、1#软水进水总管，23、2#软水进水总管，24、1#冷却壁进水总阀，25、2#冷却壁进水总阀，26、冷却壁进水环管，27、冷却壁进水小支管根部控制阀，28、冷却壁进水小支管，29、冷却壁外部连接管。

具体实施方式

太钢3#高炉大修改造工程，即1800m³高炉，由首钢设计院设计，高炉本体冷却采用全冷却壁薄壁炉衬结构，冷却水管路连接方法是从炉底1段到炉喉16段串连的形式，每段有40块冷却壁组成，每块冷却壁设置4个立管冷却通道，通道内水速2.5m/s，风口区为第五段冷却壁，在炉腹、炉腰、炉身下部（6~9段共四段铜冷却壁）采用了铜冷却壁技术。

图1所示，高炉软水冷却管路控制方法是：高炉软水冷却管路包括软水冷却管路和软水分流管路。

软水冷却管路的连接：

1#软水进水总管22通过1#冷却壁进水总阀24连接冷却壁进水环管26；2#软水进水总管23通过2#冷却壁进水总阀25连接冷却壁进水环管26；冷却壁进水环管26与冷却壁进水小支管根部控制阀27连接；根部控制阀27通过冷却壁进水小支管28连接第一段冷却壁进水管；第一段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第二段冷却壁进水管，第二段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第三段冷却壁进水管，（图1中29为第四段冷却壁出水管与第五段冷却壁进水管冷却壁外部连接管，其余省略）以此类推，直到第十五段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第十六段冷却壁进水管；

第十六段冷却壁出水管连接冷却壁出水小支管17；冷却壁出水小支管17连接冷却壁回水小支管根部控制阀18；冷却壁回水小支管根部控制阀18连接冷却壁回水环管19；冷却壁回水环管19分别连接1#冷却壁回水总阀20、2#冷却壁回水总阀21；1#冷却壁回水总阀20连接1#软水1#软水回水总管14；2#冷却壁回水总阀21连接2#软水回水总管15。

软水分流管路包括沿高炉冷却壁圆周方向均布的160个分流支路，

所述分流支路由分流阀4、小支管5、小支管根部控制阀6组成，第五段冷却壁出水联管3连接分流阀4；分流阀4连接小支管5；小支管5连接分流小支管根部控制阀6；小支管5和分流小支管根部控制阀6之间设置排气阀7。

分流小支管根部控制阀6连接回水分流环管13；回水分流环管13连接分流总阀8；分流总阀8连接电磁流量计9；电磁流量计9连接流量调节阀10（流量调节阀设置分流旁通微调阀12）；流量调节阀10连接分流根部控制阀11；分流根部控制阀11分别连接1#软水回水总管14和2#软水回水总管15。

从高炉风口区第五段冷却壁出水联管3安装分流阀4分流（围绕高炉一周的冷却壁出水联管共设置160个分流阀），使炉身上部分流后水流速1.0~2.6m/s，分流水头选用通径DN32管道。

分流阀4的出水通过小支管5、分流小支管根部控制阀6通入分流环管13；小支管5与分流小支管根部控制阀6之间安装有排汽阀7；

分流环管13通过分流总阀8、电磁流量计9、流量调节阀10（包括分流旁通微调阀 12）、分流根部控制阀11分别与1#软水回水总管14和2#软水回水总管15连接；

通过160个DN32小支管根部控制阀6汇集到DN300的中部回水环管13，由于该部位具有现场空间环境狭小，水头数量多的特点，分流阀4与分流小支管根部控制阀6之间设置长度是4000mm的金属软管，以便于现场施工，小支管其余管路采用无φ42×4的缝钢管制作，管道长度相等，弯头数量相同，做到阻力损失相等，保证各小支管水量均匀。

中部回水分流环管13安装2根DN250管道，分别与炉顶DN700回水总管14和15连接，分流环管13与回水总管14、15之间设置流量计10、分流旁通阀12、电磁流量计9，分流根部控制阀11。

当炉身中部冷却强度过大时，通过开启DN250的中部回水流量调节阀10、通径为DN50的分流旁通微调阀12，同时关小冷却壁出水总阀20、21，在不影响炉缸冷却壁水量的条件下，减少炉体第五段以上冷却壁的通水量，使炉体冷却壁水速在1.0~2.6m/s范围内可调。在高炉不需要分流水量时，开启分流旁通微调阀12微量通水（5t/h），可以起到冬季管道防冻和保证管道内水质稳定作用。

由于从第五段冷却壁出水管处分流，通过DN32小支管分流的形式进入软水系统回水总管，系统总的阻力损失降低，系统水量增大，在炉役后期，配合调整冷却壁出水总阀门控制炉缸区域的冷却水量，水速在2.0~2.8m/s范围内任意调整。

系统水量变化引起的系统压力变化，可以通过调整膨胀罐氮气压力补偿。

需要注意的是，该方法的应用要有严格的管理制度，与炉内操作要保持一致，严格监控冷却壁壁体温度和炉体热负荷的变化趋势，采取相应的防范措施，防止调整过度，对冷却设备造成伤害。

本发明可以在不影响炉缸1~5段冷却壁区域水量的情况下，方便快捷的对风口区以上冷却壁的水量进行调整，适应高炉不同操作参数时的合理冷却强度，维持合理的渣皮厚度，减少炉体散热，减少焦炭消耗，高炉长周期稳定顺行，取得了良好的效果，太钢3#高炉从开炉至今（2014年6月），炉龄已经接近7年，炉体冷却壁完好，炉壳温度小于100℃，无过热、裂纹、变形、煤气大量泄漏现象，经济效益显著。

上述具体实施方式是软水系统进、出水总管采用双进双出设计高炉的管路连接方法。

如果软水系统进、出水总管采用单进单出设计的高炉可以采取1根分流干管与炉顶回水总管连接。

Claims (2)

1.高炉软水冷却管路控制方法，即从高炉风口区的冷却壁出水管处分流，通过小支管汇集到中部回水分流环管，再经2根或1根干管退回炉顶回水总管；

炉腰、炉腹区域铜冷却壁壁体温度降低至小于45℃时，开启中部回水流量调节阀，同时关小冷却壁出水总阀，使炉体第五段以上冷却壁水流速在1.0~2.6m/s，炉体第五段及以下冷却壁水流速在2.3~2.6m/s；

炉缸区域侧壁碳砖温度大于400℃时，开启中部回水流量调节阀，同时开启冷却壁出水总阀系统总水量增大，炉缸1-5段区域冷却壁水速达到2.8m/s，炉身区域冷却壁水速达到2.5 m/s，系统进水总管压力通过调整膨胀罐氮气压力进行补偿至0.8MPa。

2.根据权利要求1所述的高炉软水冷却管路控制方法，其特征是高炉软水冷却管路的连接是：1#软水进水总管22通过1#冷却壁进水总阀连接冷却壁进水环管；2#软水进水总管通过2#冷却壁进水总阀连接冷却壁进水环管；冷却壁进水环管与冷却壁进水小支管根部控制阀连接；根部控制阀通过冷却壁进水小支管连接第一段冷却壁进水管；第一段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第二段冷却壁进水管，第二段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第三段冷却壁进水管，以此类推，直到第十五段冷却壁出水管通过冷却壁外部连接管连接第十六段冷却壁进水管；

第十六段冷却壁出水管连接冷却壁出水小支管；冷却壁出水小支管连接冷却壁回水小支管根部控制阀；冷却壁回水小支管根部控制阀连接冷却壁回水环管；冷却壁回水环管分别连接1#冷却壁回水总阀、2#冷却壁回水总阀；1#冷却壁回水总阀连接1#软水1#软水回水总管；2#冷却壁回水总阀连接2#软水回水总管；

软水分流管路包括沿高炉冷却壁圆周方向均布的160个分流支路，

所述分流支路由分流阀、小支管、小支管根部控制阀组成，第五段冷却壁出水联管连接分流阀；分流阀连接小支管；小支管连接分流小支管根部控制阀；小支管和分流小支管根部控制阀之间设置排气阀；

分流小支管根部控制阀连接回水分流环管；回水分流环管连接分流总阀；分流总阀连接电磁流量计；电磁流量计连接流量调节阀；流量调节阀设置分流旁通微调阀；流量调节阀连接分流根部控制阀；分流根部控制阀分别连接1#软水回水总管和2#软水回水总管。