CN105219915A - 一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，包括炉壳、水气混合室、进气管和进水管，至少三根喷管等间距按圆周方向分布在转炉炉壳上部，喷管上分布着长形喷嘴，每根喷管连接至两根水气混合体输送管道；所述进气管和进水管分别连通至水气混合室进行水气混合，所述水气混合室连通至每根水气混合体输送管道。本发明冷却方式为连续性冷却，不会对炉壳产生交变循环热应力，喷射到炉壳的气雾吸热后蒸发，不会在炉壳表面产生较大的温度梯度，从而大大改善了炉壳的工作环境，使炉壳的寿命得到极大的延伸，而且耗水量为循环水冷却的50％，极大的节约了水资源。

Description

一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置

技术领域

本发明涉及一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置。

背景技术

钢铁是人类不可替代的原材料，是国家生存和发展的物质保障，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。其中，在炼钢过程中，转炉炉壳会存在由于温度高于炉壳金属的蠕变温度而发生蠕变变形，从而影响转炉寿命，降低炼钢质量，甚至影响安全生产过程。

引起炉壳温度过高而发生蠕变变形的主要原因有：1.炉衬使用导热系数比较大的镁碳砖，使得炼钢过程中炉壳温度大大升高；2.出钢出渣时，受到钢水罐和渣罐反射回来的大量的辐射热及高温烟气的冲刷等带来的附加热；3.托圈和炉壳挡板的屏蔽作用导致其难以散热。在炉壳整个结构中，炉壳上段受热影响最大，需要采取措施进行冷却，以延长炉壳的使用寿命。

目前用于炉壳上段冷却的方式主要有循环水冷却，间断汽雾冷却。

循环水冷却是冷却水通过与炉壳成一体的水管，以传导和对流的形式使冷却水的温度升高从而冷却炉壳，如中国专利申请号200910025105.1介绍了一种“转炉炉帽水冷装置”，这中冷却装置的水要在较高压力下，在炉壳内循环后从耳轴回到冷却系统，冷却水管内的水温不能过高(一般控制在60℃左右)，太高可能因局部过热产生蒸汽，使密闭冷却管泄漏或爆炸，致使大量冷却水外流产生安全隐患。炉壳冷却部分各点温度不均，产生热应力，缩短炉衬寿命，故循环水冷存在着冷却效率差，冷却强度差，炉壳冷却不均匀，而且需要大量循环水和大面积热水冷却装置，运行成本高等问题。

间断汽雾冷却装置是在炉壳冷却的部位设置精密的雾化喷嘴，通过压缩空气将水雾化，将汽雾喷射到炉壳表面，使雾化的汽雾与炉壳充分接触，使之全部气化吸热，从而达到降低炉壳温度，使炉壳温度控制在一定范围之内的目的。炉壳上设有温度传感器，控制喷嘴开闭，在炉壳和托圈上设置热电偶来监控它们的温度，并由温度信息和转炉倾动角度来控制冷却系统的运行。英国Davy公司和英钢联开发的Hi-Vap冷却系统就是利用这样的原理。据报道，实施Hi-Vap系统改造后，可大大降低炉壳的温度，所以间断汽雾冷却装置具有冷却效率高、冷却强度大的特点。但这种冷却方式控制系统复杂，造价高，热电偶及信号传输系统故障多，安装、维护困难。同时由于间断汽雾冷却装置的冷却形式为间歇冷却，使得炉壳温度反复变化，交变的温度场产生交变应力导致炉壳、炉衬产生疲劳破坏，不利于炉壳的长时间使用，且有因漏水而发生爆炸的安全隐患。

由于转炉炼钢过程的复杂性和环境的恶劣性使得目前在转炉冷却中绝大部分采用循环水冷的形式，间断汽雾冷却虽然理论上精密，但实际运用过程中往往因传感器失效而导致过度冷却或者不冷却，甚至发生事故，而且传感器在安装过程中复杂，工作量大，所以间断汽雾冷却方式并不被许多钢厂采用。

发明内容

为了克服现有的循环水冷却以及间断汽雾冷却的缺点，本发明提供了一种新型冷却装置，该装置不仅运行成本低，耗能少，而且冷却效率高，安全可靠，安装、维护简便，同时，由于本装置冷却方式为连续性冷却，不会对炉壳产生交变循环热应力，喷射到炉壳的气雾吸热后蒸发，不会在炉壳表面产生较大的温度梯度，从而大大改善了炉壳的工作环境，使炉壳的寿命得到极大的延伸，而且耗水量为循环水冷却的50％，极大的节约了水资源。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，包括炉壳2、水气混合室19、进气管18和进水管11，至少三根喷管等间距按圆周方向分布在转炉炉壳2上部，喷管上分布着长形喷嘴20，每根喷管连接两根水气混合体输送管6，所述进气管18和进水管11分别连通至水气混合室19进行水气混合，所述水气混合室19连通至每根水气混合体输送管道6。

进一步地，所述长形喷嘴20开口成锥形，长形喷嘴20的开口方向与转炉炉壳2面成α角，α角在30°—75°之间。

进一步地，所述水气混合体输送管道6连接到水气混合室19的一端通过固定端9固定，所述炉壳2上设有长耳轴7，所述长耳轴7中心设有长耳轴孔8，所述长耳轴孔8端部设有活动端10，所述水气混合体输送管道6通过活动端连接至喷管。

进一步地，所述活动端10与固定端9通过软管连接。

进一步地，所述进气管18上设有气阀，所述进水管11上依次设有过滤器13、计量泵14、压力阀15、阀门16和单向阀17最终连接至水气混合室19。

进一步地，所述喷管至少包括分别处于炉壳上部外壁的上层、中层和下层的第一喷管1、第二喷管3和第三喷管4，所述第一喷管1上的长形喷嘴20开口向下，所述第二喷管3、第三喷管4上的长形喷嘴20开口交替向上和向下。

进一步地，所述进气管18末端处于水气混合室19内部为密封端面，该密封端面设有若干均匀布置的出水孔22。

本发明的有益效果为：与传统的循环水冷比较，水经过雾化后能够完全吸热气化，冷却效率高，所需的水资源少，且气体带动下水能够很容易的被输送到喷管，所需的能耗低，经计算，本冷却系统供水量仅为循环水冷却的4.6％，耗水量为循环水冷却的50％，动力需求仅为循环水冷的10.3％，同时，由于克服了循环水冷水管内的水温度不能高于60℃的缺点，喷管与炉壳的温度梯度较小，不会产生过大的热应力，同时本冷却装置冷却均匀，使得炉壳寿命大大提高；与间断汽雾冷却装置相比较，本装置不需要安装精密的传感器和热电偶等电子元件，安装维护简单，方便，成本低，同时本装置采用开环控制，减少了间断汽雾冷却闭环控制因电子元件失效而带来的事故，在转炉冷却上更加安全、可靠，同时冷却过程连续进行，避免了循环热应力对转炉炉壳的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的炉体管道分布主视图；

图2是本发明的炉体管道分布左视图；

图3是图2中A-A面示意图；

图4是图2中B-B面示意图；

图5是图4中C-C面示意图；

图6是喷嘴安装的示意图；

图7是铣刀铣喷嘴的示意图；

图8是喷嘴的开口示意图；

图9是水气混合体输送管道分布图；

图10是水气混合室的结构示意图；

图11是水气混合体输送管道和喷管的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～2所示一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，包括炉壳2、水气混合室19、进气管18和进水管11，至少三根喷管等间距按圆周方向分布在转炉炉壳2上部，喷管上分布着长形喷嘴20，每根喷管连接两根水气混合体输送管6；所述进气管18和进水管11分别连通至水气混合室19进行水气混合，所述水气混合室19连通至每根水气混合体输送管道6,所述长形喷嘴20开口成锥形，长形喷嘴20的开口方向与转炉炉壳2面成α角，α角在30°—75°之间。

第一喷管1、第二喷管3和第三喷管4等间距按圆周方向分布在转炉炉壳2上段，喷管上分布着长形喷嘴20，喷嘴20数目及位置根据转炉炉壳温度分布情况确定。多根根水气混合体输送管道穿过长耳轴7上的耳轴孔8、托圈5后沿炉壳母线向上布置，然后每根喷管两端与两根水气混合体输送管道6连接。喷管通过焊接的形式固定在炉壳2上，其相互之间连接关系左视图如图2所示。喷管材质为无缝钢管，直径尺寸为φ27x3.5mm(以100吨转炉上段为参考设计的),水气混合体输送管道6材质及尺寸和喷管一样。水气混合体输送管道6转向处和与喷管连接处通过带螺纹的弯管连接。各管道的尺寸也可通过转炉实际吨位安装调试时确定。当水气混合体从水气混合室流出后通过水气混合体输送管道6流动到第一喷管1、第二喷管3和第三喷管4后经喷嘴20与转炉炉壳2成一α角喷出，从而实现对炉壳2的冷却，水气混合体流向如图1，图2中箭头走向所示。当装置安装调试完好后，实际操作时，根据炉衬厚度(确定冷却强度的主要参数)和环境温度设置多种冷却强度基准控制模式，在各基准控制模式下又根据冶炼状况(吹炼、摇炉、出钢、出渣、溅渣、待料)要求设置各控制模式的不同的控制参数，将强度基准模式和控制参数转化为泵的转速控制水的流量来实现冷却强度的控制。确定基准控制模式后,在原操作台上操作转炉运行的同时也操作冷却控制系统,对转炉进行实时且恰当的冷却。在冷却过程中，冷却连续进行，保证转炉炉壳2的温度梯度在允许的范围内，避免循环热应力对转炉炉壳的影响，通过调节计量泵14的流量来适应各种基准控制模式的冷却要求，从而保证转炉炉壳2温度在始终保持在蠕变温度以下。

图3-8中，在第一喷管1、第二喷管3和第三喷管4上根据转炉2炉壳表面温度情况开有一定数量的长形喷嘴20，喷管至少包括分别处于炉壳上部外壁的上层、中层和下层的第一喷管1、第二喷管3和第三喷管4，所述第一喷管1上的长形喷嘴20开口向下，所述第二喷管3、第三喷管4上的长形喷嘴20开口交替向上和向下。喷嘴20的密度根据转炉炉壳2的实际温度分布情况调试确定。喷嘴20的数目是以100吨的转炉为参考设计的，实际喷嘴20的数目应根据转炉的实际吨位和尺寸确定。喷嘴20的尺寸为长24mm，宽0.4mm。喷嘴20的加工方式是通过铣刀21周铣出来的，铣刀21的直径为φ40mm，厚度为0.4mm，铣喷嘴20时进刀量为4mm，使喷嘴20开口成锥形。喷嘴20的开口方向与转炉炉壳2成一α角，α角在30°—75°之间，具体角度由转炉炉壳2实际温度分布情况调试时确定，图中为喷嘴处于不同位置的示意图。

如图9～11所示水气混合体输送管道6连接到水气混合室19的一端通过固定端9固定，所述炉壳2上设有长耳轴7，所述长耳轴7中心设有长耳轴孔8，所述长耳轴孔8端部设有活动端10，所述水气混合体输送管道6通过活动端连接至喷管，所述活动端10与固定端9通过软管连接，活动端水气混合体输送管道6可以和转炉一起转动，实现对转炉各个过程的冷却。所述进气管18上设有气阀，所述进水管11上依次设有过滤器13、计量泵14、压力阀15、阀门16和单向阀17最终连接至水气混合室19。计量泵14抽取水经过过滤器13过滤后通过阀门16、单向阀17后进入水气混合室19，同时将空气由空气压缩机压缩后经过过滤器、电磁阀后分成多个部分，每个部分通过阀门16输送至对应的水气混合室19。压缩空气气压在0.4—0.6MPa，进水模块进入的水水压在0.5—0.7MPa，气水压比为0.5—0.7，此压力设定均以100吨位的转炉为参考设计，实际的水压和气压根据转炉吨位和尺寸确定，通入的水在水气混合室19打碎后雾化成细小液滴后通过6根水气混合体输送管道6输送至喷管的喷嘴20处喷出，然后气化吸热而实现对转炉炉壳2的冷却

图10中进气管19直径尺寸为φ14x2mm，进气管18末端处于水气混合室19内部为密封端面，该密封端面设有若干均匀布置的出水孔22，出气孔22的圆柱孔直径为φ1.5mm，长4mm，圆锥孔大端孔直径为3.5mm，长1mm。进水管11直径尺寸为φ27x3.5mm。水气混合室19直径尺寸为φ34x4.5mm，长为80mm。水气混合室19的一边与1根进气管19和1根进水管11连接，其中水气混合室19与进水管(11)通过螺纹连接，与进气管(19)通过焊接的形式连接，另一边与1根水气混合体输送管道(6)通过螺纹连接。当进水管(11)进入的水与进气管(18)进入的气体在水气混合室充分雾化后，在气体的带动下，雾化的小液滴通过水气混合体输送管道(6)输送至喷管喷嘴(20)以一定的压力喷出。

本发明是一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，可以应用于转炉炼钢过程中的炉壳上段表面冷却降温，使炉壳上段的温度控制在蠕变温度以下，减少炉壳金属热应力，降低炉壳金属温度梯度，延长炉壳金属的寿命，冷却效率高，冷却强度大，成本低，安装维护简便，安全可靠。此外，本装置也可应用于类似转炉炼钢过程高温环境下需要冷却的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，包括炉壳(2)、水气混合室(19)、进气管(18)和进水管(11)，至少三根喷管等间距按圆周方向分布在转炉炉壳(2)上部，喷管上分布着长形喷嘴(20)，每根喷管连接至两根根水气混合体输送管道(6)；所述进气管(18)和进水管(11)分别连通至水气混合室(19)进行水气混合，所述水气混合室(19)连通至每根水气混合体输送管道(6)。

2.如权利要求1所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述长形喷嘴(20)开口成锥形，长形喷嘴(20)的开口方向与转炉炉壳(2)面成α角，α角在30°—75°之间。

3.如权利要求1所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述水气混合体输送管道(6)连接到水气混合室(19)的一端通过固定端(9)固定，所述炉壳(2)上设有长耳轴(7)，所述长耳轴(7)中心设有长耳轴孔(8)，所述长耳轴孔(8)端部设有活动端(10)，所述水气混合体输送管道(6)通过活动端连接至喷管。

4.如权利要求3所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述活动端(10)与固定端(9)通过软管连接。

5.如权利要求1所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述进气管(18)上设有气阀，所述进水管(11)上依次设有过滤器(13)、计量泵(14)、压力阀(15)、阀门(16)和单向阀(17)最终连接至水气混合室(19)。

6.如权利要求1所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述喷管至少包括分别处于炉壳上部外壁的上层、中层和下层的第一喷管(1)、第二喷管(3)和第三喷管(4)，所述第一喷管(1)上的长形喷嘴(20)开口向下，所述第二喷管(3)、第三喷管(4)上的长形喷嘴(20)开口交替向上和向下。

7.如权利要求1所述的一种连续可调式水气雾化转炉炉壳上段冷却装置，其特征在于，所述进气管(18)末端处于水气混合室(19)内部为密封端面，该密封端面设有若干均匀布置的出水孔(22)。