CN111440909B - 一种节水多层供水管高炉冷却壁结构及其应用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，包括炉壳、耐火材料内衬和冷却壁，冷却壁位于炉壳和耐火材料内衬之间，冷却壁内设有冷却水管，冷却水管为多层水管结构，多层水管为嵌套结构。冷却水管包括内层水管，内层水管2的通水量大于等于满足高炉冷却强度所需水量的30％。多层水管的端部呈阶梯状布置，各层水管端部之间的距离大于等于30mm，以满足快速切换水管的现场施工要求。冷却水管设计为多层水管结构，满足了高炉冷却壁每个供水点，始终能够多次安全供水的保障要求；实现了高炉冷却壁每个供水点，供水管破损后，能够多次切换备用水管保持较稳定供水冷却。本发明还公开了一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺。

Description

一种节水多层供水管高炉冷却壁结构及其应用工艺

技术领域

本发明属于高炉冶炼技术领域，具体涉及一种节水多层供水管高炉冷却壁结构及其应用工艺。

背景技术

高炉冷却壁是高炉本体的重要冷却设备；由于高炉本体的炉壳通常采用BB503厚20～100㎜热轧钢板制作而成，壳内砌耐火砖内衬。为了保护炉壳稳定，在炉壳与耐火材料内衬之间安装有冷却壁，通冷却水进行冷却，以保护炉壳的强度和刚度，实现生产运行中的炉体安全稳定。

大型高炉冷却壁数量众多，每座高炉冷却壁约千块安装在炉壳上对炉壳冷却保障炉壳温度正常维持在50℃以下，每块冷却壁通常均匀嵌入4～5根冷却水管。因此每座高炉本体冷却壁供水点多达4～5千个。

高炉冷却壁在正常生产过程中，不但承受高温，还承受炉料的磨损、熔渣的侵蚀和含尘煤气流的冲刷。经常在高炉中后期出现冷却壁供水管磨通漏水，大量冷却水漏入高炉会造成燃料消耗增加、冷却水消耗增加、高炉生产波动，产量降低消耗增加。若停止冷却壁供水，就会造成局部炉壳受热烧红变形、甚至烧穿，直接影响高炉的安全生产与长寿。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作安全简便、使用寿命长的节水多层供水管高炉冷却壁结构，本发明还提供一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，包括炉壳、耐火材料内衬和冷却壁，冷却壁位于炉壳和耐火材料内衬之间，冷却壁内设有冷却水管，冷却水管为多层水管结构，多层水管为嵌套结构。

进一步的，所述多层水管的端部呈阶梯状布置，各层水管端部之间的距离大于等于30mm。

进一步的，所述冷却水管包括内层水管，内层水管的通水量大于等于满足高炉冷却强度所需水量的30％。

进一步的，所述冷却水管还包括中层水管和外层水管，中层水管贯穿在外层水管中，内层水管贯穿在中层水管中。

进一步的，所述内层水管的长度大于中层水管的长度，中层水管的长度大于外层水管的长度。

进一步的，所述内层水管、中层水管和外层水管呈弯曲状嵌套在一起安装在冷却壁中，内层水管、中层水管和外层水管的两端部均露出冷却壁之外。

进一步的，在所述冷却水管的同一端，外层水管端部到中层水管端部的距离大于等于30mm，中层水管端部到内层水管端部的距离大于等于30mm。

基于上述一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，本发明还涉及一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺，所述应用工艺包括：

a)在冷却壁中预制冷却水管，冷却水管为多层冷却供水的无缝钢管；

b)内层水管通径的设计能够保证内层水管的通水量不小于满足高炉冷却强度所需水量的30％；

c)当外层水管漏水时，立即切换中层水管供水，同时在外层水管与中层水管之间注入高导热耐火材料；

d)当中层水管漏水时，立即切换内层水管供水，同时在中层水管与内层水管之间注入高导热耐火材料。

进一步的，在初期使用时，内层水管不供冷却水，外层水管和中层水管的通水量均大于等于满足高炉冷却强度所需水量，当中层水管漏水后再供冷却水。

进一步的，当切换内层水管、中层水管和外层水管供水时，尽可能将中层水管和外层水管向炉壳方向移动。

采用本发明技术方案的优点为：

1.本发明的节水多层供水管高炉冷却壁结构及其应用，满足了高炉冷却壁每个供水点，始终能够多次安全供水的保障要求，实现了高炉冷却壁每个供水点，供水管破损后，能够多次切换备用水管保持较稳定供水冷却。内层水管的设计和内层水管通水量的要求，满足了冷却壁后期的最低冷却强度要求，及安全可靠的冷却水供给保障；提升了漏水冷却壁的工程应用处理速度，及提高检修质量和零泄漏供水的保证。

2.多层水管的设计及多层水管的切换使用，保证了生产过程中及泄漏处置过程中，大幅减少冷却水泄漏到炉内的水量。在漏水的水管中注入高导热耐火材料，保证了陆续投入使用的中层、内层水管品质与外层水管相当可靠的使用寿命；实现高炉长寿不中修更换冷却壁的高质量发展要求的工程应用技术保障，为特大型高炉长寿提供了高质量发展的新的工程应用技术路径，为特大型高炉长寿及寿命超过15年的现阶段技术突破创造了可能。

3.多层水管的设计，大大减少漏水冷却壁冷却水的消耗，保障高炉燃料消耗及生产稳定，减少漏水的同时可以降低燃料消耗；预制的多层冷却供水的无缝钢管，寿命及可靠性大大优于后期穿入的金属软管，且杜绝了穿金属软管成功率不确定的各种因素影响。

4.结合高炉生产工艺的特点，多层供水管高炉冷却壁只应用在炉腹、炉腰、炉身下部的易破损部位，可将高炉寿命延长至20年。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明多层供水管高炉冷却壁结构的示意图。

上述图中的标记分别为：1、冷却水管；2、内层水管；3、中层水管；4、外层水管；5、冷却壁。

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，包括炉壳、耐火材料内衬和冷却壁5，冷却壁5位于炉壳和耐火材料内衬之间，冷却壁内设有冷却水管1，冷却水管1为多层水管结构，多层水管为嵌套结构。冷却水管1设计为多层水管结构，满足了高炉冷却壁每个供水点，始终能够多次安全供水的保障要求；实现了高炉冷却壁每个供水点，供水管破损后，能够多次切换备用水管保持较稳定供水冷却。

多层水管的端部呈阶梯状布置，各层水管端部之间的距离大于等于30mm，以满足快速切换水管的现场施工要求。

冷却水管1包括内层水管2，内层水管2的通水量大于等于满足高炉冷却强度所需水量的30％。由于大型高炉一代炉龄15年的设计寿命要求，冷却壁的使用寿命是重要的设计技术要求之一，通常每个供水点的冷却强度设计，按照最大的冷却供水量及流速进行设计，但是这样水柱中间的冷却水基本没有完成热交换作用，也就是说水柱中间的冷却水没有完全用来冷却。

根据现场应用实践，单个供水点的供水量只要能够保证不低于满足冷却强度所需水量的30％就能够满足安全生产的基本要求。在实际的应用中，当冷却水管的供水量为满足冷却强度所需的水量时，即冷却水管的供水量为正常设计的标准通水量，炉壳的温度在40°～50°之间满足生产要求。当冷却水管的供水量为满足冷却强度所需水量的30％时，即冷却水管的供水量为正常设计的标准通水量的30％，炉壳的温度在小于等于70°也满足生产要求，当炉壳的温度高于70°时，才会对冷却壁造成损伤。因此可以设计内层水管2的直径能够保障内层水管2的通水量大于等于满足高炉冷却强度所需水量的30％即可，由于外层水管和中层水管的通水量为满足冷却强度所需的水量，所以可以考虑在初期使用时，内层水管2不供冷却水，以降低冷却水泵的供水负荷，实现节能降耗，绿色发展要求。

优选的，冷却水管1还包括中层水管3和外层水管4，中层水管3贯穿在外层水管4中，内层水管2贯穿在中层水管3中。内层水管2的长度大于中层水管3的长度，中层水管3的长度大于外层水管的长度。内层水管2、中层水管3和外层水管4呈弯曲状嵌套在一起安装在冷却壁5中，内层水管2、中层水管3和外层水管4的两端部均露出冷却壁5之外。冷却水管1的端部呈阶梯状布置，在冷却水管1的同一端，外层水管4端部到中层水管3端部的距离大于等于30mm，中层水管3端部到内层水管2端部的距离大于等于30mm，以满足快速切换水管的现场施工要求。

本发明中的多层水管一同制造，一同安装，一同运行，同时为了保障内层水管的弯曲度完整，不影响通水，可以采用金属软管，或金属软管与无缝管(垂直段)组合管，或能够满足制造弯曲度要求的其他结构的保障冷却且具备一定耐磨性、组合结构金属管。

内层水管2、中层水管3和外层水管4三层水管均设有与之适配的密封环6，在中层水管3和外层水管4的端部(即露出冷却壁5之外的水管上)设有用于注入高导热耐火材料的阀门7，此阀门7也可设置在与中层水管3和外层水管4适配的密封环上，当密封环与对应的水管配合时，外部的水源则无法进入水管。在初期使用时，当内层水管2不供冷却水时，将与内层水管2适配的密封环装配在内层水管2上，冷却水无法进入内层水管2。当外层水管4漏水时，用与外层水管4适配的密封环装配在外层水管4上，冷却水无法进入外层水管4，外部水管与中层水管3连通，冷却水由中层水管3进入，并通过阀门向外层水管4中注入高导热耐火材料。当中层水管3漏水时，用与中层水管3适配的密封环装配在中层水管3上，冷却水无法进入中层水管3，外部水管与内层水管2连通，冷却水由内层水管2进入，并通过阀门向中层水管3中注入高导热耐火材料。

基于上述一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，本发明还公开了一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺，所述应用工艺包括：

a)在冷却壁5中预制冷却水管1，冷却水管1为多层冷却供水的无缝钢管；在初期使用时，内层水管2不供冷却水，将与内层水管2适配的密封环装配在内层水管2上，冷却水无法进入内层水管2，外层水管4和中层水管3的通水量均大于等于满足高炉冷却强度所需水量，当中层水管3漏水后再供冷却水；以降低冷却水泵的供水负荷，实现节能降耗，绿色发展要求。

b)内层水管2通径的设计能够保证内层水管2的通水量不小于满足高炉冷却强度所需水量的30％；

c)当外层水管4漏水时，立即切换中层水管3供水，同时在外层水管4与中层水管3之间注入高导热耐火材料；具体操作为：当外层水管4漏水时，用与外层水管4适配的密封环装配在外层水管4上，冷却水无法进入外层水管4，外部水管与中层水管3连通，冷却水由中层水管3进入，并通过阀门向外层水管4中注入高导热耐火材料；

d)当中层水管3漏水时，立即切换内层水管2供水，同时在中层水管3与内层水管2之间注入高导热耐火材料；具体操作为：当中层水管3漏水时，用与中层水管3适配的密封环装配在中层水管3上，冷却水无法进入中层水管3，外部水管与内层水管2连通，冷却水由内层水管2进入，并通过阀门向中层水管3中注入高导热耐火材料。

当水管漏水后，在漏水的水管中添加高导热耐火材料，可增加水管的耐磨性能更好的保护水管。

当切换内层水管2、中层水管3和外层水管4供水时，尽可能将中层水管3和外层水管4向炉壳方向移动，其目的保持炉壳冷却强度，满足设计保护炉壳强度及刚性要求；其次也提升了靠炉内方向有物料、气流磨损侧，填入更多的耐火材料，实现更好的保护水管增加耐磨性。

在制造厂预制内层冷却水管，大大降低了现场穿管的不确定因素造成的成功率、穿管质量的可靠性及使用寿命短等问题，尤其是金属软管是由0.5㎜左右壁厚的不锈钢管制成，满足耐磨要求的性能较弱。制造厂生产预制的中层水管与内层水管的内部间距要保持均匀分布以保障冷却水热交换的均匀性。预制的中层水管与内层水管在生产制造过程中，可以结合制造生产工艺的技术要求对材质及壁厚做适度调整，或采用金属软管与无缝管(垂直)组合管。

本发明的节水多层供水管高炉冷却壁结构及其应用，满足了高炉冷却壁每个供水点，始终能够多次安全供水的保障要求，实现了高炉冷却壁每个供水点，供水管破损后，能够多次切换备用水管保持较稳定供水冷却。内层水管的设计和内层水管通水量的要求，满足了冷却壁后期的最低冷却强度要求，及安全可靠的冷却水供给保障；提升了漏水冷却壁的工程应用处理速度，及提高检修质量和零泄漏供水的保证。

多层水管的设计及多层水管的切换使用，保证了生产过程中及泄漏处置过程中，大幅减少冷却水泄漏到炉内的水量。在漏水的水管中注入高导热耐火材料，保证了陆续投入使用的中层、内层水管品质与外层水管相当可靠的使用寿命；实现高炉长寿不中修更换冷却壁的高质量发展要求的工程应用技术保障，为特大型高炉长寿提供了高质量发展的新的工程应用技术路径，为特大型高炉长寿及寿命超过15年达到20年的现阶段技术突破创造了可能。

多层水管的设计，大大减少漏水冷却壁冷却水的消耗，保障高炉燃料消耗及生产稳定，减少漏水的同时可以降低燃料消耗；预制的多层冷却供水的无缝钢管，寿命及可靠性大大优于后期穿入的金属软管，且杜绝了穿金属软管成功率不确定的各种因素影响。

多层水管的设计，大大减少漏水冷却壁检修处理时间，实现一代炉役生产作业率99％以上的目标，为真正实现绿色高效制造提供保障。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，其特征在于：包括炉壳、耐火材料内衬和冷却壁(5)，冷却壁(5)位于炉壳和耐火材料内衬之间，冷却壁内设有冷却水管(1)，冷却水管(1)为多层水管结构，多层水管为嵌套结构；所述多层水管的端部呈阶梯状布置，各层水管端部之间的距离大于等于30mm；所述冷却水管(1)包括内层水管(2)，内层水管(2)的通水量大于等于满足高炉冷却强度所需水量的30％；所述冷却水管(1)还包括中层水管(3)和外层水管(4)，中层水管(3)贯穿在外层水管(4)中，内层水管(2)贯穿在中层水管(3)中；所述内层水管(2)的长度大于中层水管(3)的长度，中层水管(3)的长度大于外层水管的长度；所述内层水管(2)、中层水管(3)和外层水管(4)呈弯曲状嵌套在一起安装在冷却壁(5)中，内层水管(2)、中层水管(3)和外层水管(4)的两端部均露出冷却壁(5)之外。

2.如权利要求1所述的一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，其特征在于：在所述冷却水管(1)的同一端，外层水管(4)端部到中层水管(3)端部的距离大于等于30mm，中层水管(3)端部到内层水管(2)端部的距离大于等于30mm。

3.一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺，其特征在于：基于如权利要求1或2所述的一种节水多层供水管高炉冷却壁结构，所述应用工艺包括：

a)在冷却壁(5)中预制冷却水管(1)，冷却水管(1)为多层冷却供水的无缝钢管；

b)内层水管(2)通径的设计能够保证内层水管(2)的通水量不小于满足高炉冷却强度所需水量的30％；

c)当外层水管(4)漏水时，立即切换中层水管(3)供水，同时在外层水管(4)与中层水管(3)之间注入高导热耐火材料；

d)当中层水管(3)漏水时，立即切换内层水管(2)供水，同时在中层水管(3)与内层水管(2)之间注入高导热耐火材料。

4.如权利要求3所述的一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺，其特征在于：在初期使用时，内层水管(2)不供冷却水，外层水管(4)和中层水管(3)的通水量均大于等于满足高炉冷却强度所需水量，当中层水管(3)漏水后再供冷却水。

5.如权利要求4所述的一种节水多层供水管高炉冷却壁结构的应用工艺，其特征在于：当切换内层水管(2)、中层水管(3)和外层水管(4)供水时，尽可能将中层水管(3)和外层水管(4)向炉壳方向移动。

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