CN1225136A - 高炉侧壁的冷却壁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用于冷却放在高炉炉缸侧壁的碳耐火砖的冷却壁的结构,冷却壁放置在炉缸侧壁上的碳耐火砖和轧制钢板制成的炉壳之间。冷却壁体以这样一种方式形成,即,通过直接在钢板上钻孔形成冷却水通道,或将形成有槽的钢板与另一用作盖的钢板连接。在冷却壁体外侧设置冷却水进水口和冷却水排水口,这些开口与冷却水通道相连通。

Description

高炉侧壁的冷却壁及其制造方法

本发明涉及一种高炉炉壁的冷却结构。本发明尤其涉及一种炉缸侧壁的冷却结构，利用该结构能够急冷高炉炉壁上的高热负载部分，从而能够延长高炉炉壁的寿命。本发明还涉及一种用于这种冷却结构的冷却壁的制造方法。

高炉炉壁，特别是炉缸侧壁决定了高炉的寿命。因此，防止构成炉缸侧壁的碳耐火砖的损坏是一个非常重要的问题。安装在炉缸侧壁上的碳耐火砖的损坏原因是铁水引起的腐蚀和热应力引起的脆化。为了防止损坏碳耐火砖，最有效的方法是急冷高炉炉壁上的高热负载部分。

有两种冷却高炉炉缸侧壁的方法。一种方法是利用冷却壁中的循环水冷却炉缸侧壁，另一种方法是通过在高炉炉壳上洒水冷却炉缸侧壁。

按照这种情况，下面将说明装有一般冷却壁的炉缸侧壁的结构。

如图1所示，碳耐火砖4叠层地放置在高炉内侧。在碳耐火砖层4和炉壳1之间放置有冲压耐火材料3、冷却壁5和浇灌耐火材料2。耐火砖12叠层地放置在高炉的炉缸底部T，冷却管13也设置在炉缸底部T上。因此，通过冷却壁5冷却高炉的炉缸侧壁R，同时，通过冷却管13冷却炉缸底部T。标记号10是排放口。

作为传统的冷却壁5，主要使用的是图2A和2B所示的铸铁制造的冷却壁6。冷却壁6以这样一种方式构成，即以预定的间隔浇铸出具有冷却水通道15的壁管7。为了防止铸造过程中引起的碳化的发生且为了减少热冲击，壁管7包覆有用作绝热层的碘铜矿8。在壁管7中装有送入冷却水的进水管14a和排放冷却水的出水管14b。

当冷却水在壁管7中流动及炉壳1向外辐射热能时高炉炉缸侧壁得到冷却。然而，大量的不少于95％的要从侧壁除去的热能是由壁管7中流动的冷却水带走的。相应地，为了提高冷却炉缸侧壁的冷却能力，降低碳耐火砖4和冷却壁6中的冷却水之间的热阻是有效的措施。

为此，已经进行了提高碳耐火砖4和冲压耐火材料3之间的热导率系数(热阻的倒数)的改进。从而提高了冷却炉缸的冷却能力。

然而，包覆在由铸铁制成的在冷却壁6中的壁管7表面上的碘铜矿8的热阻非常高。因此，铸铁制成的冷却壁6的热阻的增加已成为一个需要解决的问题。

为了解决上述问题，日本未审查专利公开(kokai)6-158131公开了一种使冷却管直接与冲压耐火材料3或碳耐火砖4接触的制作技术。按照该方法，能够消除铸铁制成的冷却壁6的热阻。从而能够降低碳耐火砖4和冷却管中流动的冷却水之间的热阻。

然而上述冷却系统会遇到下列问题。上述冷却系统与常规冷却壁冷却系统不同之处在于铸铁制成的冷却壁6的表面是经过冲压耐火材料而接触到碳耐火砖4的表面。相应地，在上述冷却系统中，当高炉运行中碳耐火砖4膨胀时，由于碳耐火砖4和炉壳1的热膨胀系数不同，冷却管被压缩，致使冷却管或碳耐火砖4损坏，或者，在冷却管和碳耐火砖4之间产生缝隙，从而增加了热阻。因此，设备的可靠性降低。

换句话说，与高炉制成时相比，在高炉生产运行时，在碳耐火砖4和炉壳1之间会产生大于几十毫米的缝隙。在常规的冷却壁冷却系统中，冲压耐火材料3的收缩缓冲了热膨胀的这种差别。然而日本未审查专利公开(kokai)6-158131公开的发明没有考虑到这一点，仍然存在冷却管和碳耐火砖4的损坏问题和热阻增加的问题。

日本未审查专利公开(kokai)55-122810公开了一种如下描述的技术。冷却壁体由铜或铜合金板构成，热导率良好。通过钻孔在板的纵向形成多个孔，且末端开口是闭合的。此后，在板的背侧形成连通冷却水管的连通口。上述冷却壁冷却系统用于高炉的炉身部分。

当上述冷却壁应用于高炉的炉身时，在高炉中由高炉气引起的热负载波动直接施加在冷却壁上，由于冷却壁的冷却能力大并且包含在高炉气中的碳没有导致铜的碳化，因此冷却效率是高的。

然而，关于高炉的炉缸侧壁，预先假定碳耐火砖4必须放在高炉内侧。相应地，必须经过前侧耐火砖4和冲压耐火材料3才能冷却冷却壁。由于这些部分的热阻的原因，即使铜基金属的热导系数高，总热导系数也不那么高，即，相对于冷却能力的改进，成本增加得太多了。在上述专利公开的冷却壁的结构中，需要为沿构成冷却壁的板的纵向上的每个冷却水通道提供一冷却水进水口和一冷却水排放口。这样就增加了连接冷却水进水口和冷却水排放口的管连接件的数量。因此，在这种情况下安装冷却壁时，在炉壳1上形成的开口数大大地增加了。相应地，上述冷却壁的缺点还在于增加了炉壳的厚度和密封开口的气密性部件的数量。

本发明的一个目的是提供一种通过提高冷却高热负载部分的冷却能力来冷却高炉侧壁的经济可靠的结构。本发明的另一个目的是提供一种用作冷却高炉侧壁的结构的冷却壁的制造方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种冷却高炉炉缸侧壁的结构，其特征在于：机加工例如轧制钢板的钢板，从而在钢板上形成冷却水通道；在钢板上设置分别与所述冷却水通道连通的冷却水进水口和冷却水排水口；这样形成的冷却壁设置在高炉炉缸侧壁上的碳耐火砖和炉壳之间。

本发明还提供了一种冷却壁，其中通过在轧制钢板上钻孔形成冷却水通道。

本发明还提供了一种冷却壁，其特征在于：通过机加工在轧制钢板的至少一个表面上形成冷却水通道；该轧制钢板与另一块没有进行机加工的轧制钢板连接到一起。

本发明还提供了一种用于冷却高炉炉壁的冷却壁的生产方法，包括步骤：沿纵向在轧制钢板上钻孔以形成多个盲孔；用塞子闭合盲孔的端部；在轧制钢板纵向的两个端部从短边钻孔以在轧制钢板上形成盲孔，使该盲孔与纵向盲孔相交或穿过塞子；用塞子闭合盲孔的端部，从而在轧制钢板中形成多个C形冷却水通道。

本发明还提供了一种冷却高炉炉壁的冷却壁的生产方法，包括步骤：沿纵向从轧制钢板的两个端部钻多个通孔；用塞子闭合两端部；在靠近纵向冷却水通道端部闭合部分的位置形成互相连通纵向冷却水通道的连接通道，从而在轧制钢板中形成多个C形冷却水通道。

根据上述本发明的冷却壁的结构，能够提高冷却壁的冷却能力并降低热阻。进一步，利用简单的冷却壁冷却结构能延长高热负载部分的寿命。

图1是传统高炉炉缸侧壁的部分纵截面图。

图2A和2B是图1所示铸铁制成的冷却壁实施例的部分放大图，图2A是高炉炉壁的部分截面图，图2B是冷却管的放大截面图。

图3是放置有本发明的钢板制成的冷却壁的炉缸侧壁的部分纵截面图。

图4A-4D是表示本发明一个冷却壁的例子的视图，其中，图4A是正视图，图4B是沿图4A中线C-C的截面图，图4C是沿图4A中线B-B的截面图，图4D是沿图4C中线A-A的截面图。

图5A-5D是显示本发明冷却壁的另一个例子的视图，其中，图5A是正视图，图5B是沿图5A中线C-C的截面图，图5C是沿图5A中线B-B的截面图，图5D是沿图5C中线A-A的截面图。

图6是表示图4A-4D所示冷却壁结构的生产方法的一实施例的水平截面图。

图7A是图6所示冷却壁的平面图。

图7B是图6所示冷却壁的正视图。

图8是表示由倾斜炉壁构成的高炉炉缸侧壁的一部分的纵截面图。

图9A-9C显示了通过沿冷却壁的纵向钻孔在冷却壁中形成孔的方法，该冷却壁用于图8所示的炉壁。

图10是按照图9C说明的方法钻孔形成的冷却壁的正视图。

在图3显示了本发明的一个例子，其中，由带孔钢板构成的冷却壁16插在炉缸侧壁R中。

冷却壁16的构成如下。在钢板制成的冷却壁金属基板9上钻孔。这样形成的孔用作冷却水通道15。在冷却水通道15的两个端部设置有冷却水进水管14 a和冷却水排放管14 b。这些冷却水管14 a，14 b穿过炉壳1和浇灌耐火材料2与位于高炉外侧的供水装置连通。图4A-4D详细显示了冷却壁。图4A是钢板制成的冷却壁16的前视图。冷却壁金属基板9呈矩形。如图4D所示，冷却水通道由组合成C形的三节冷却水通道15构成。此后该冷却水通道称为水通道。进水管14a和排水管14b分别与水通道的两个端部分15-1,15-2连通。

形成上述C形水通道的一个原因是，单独制造每节水通道以使冷却壁中的水流均匀，另一个原因是炉壳上的开口数变小。

图5A-5D显示了本发明用钢板成的冷却壁的另一实施例。如图5B和5C所示，冷却壁16的构成如下。冷却壁金属基板9由两件构成。通过机加工在厚钢板9-1的表面上形成四个槽。这四个槽用作水通道15。薄钢板9-2覆盖在厚钢板上通过机加工形成有水通道15的表面上。经过环周焊接(图5D中参考标记M所示)，两块钢板在整个周边相互连接，并且两块钢板的中心部分用螺栓17紧固。

在薄钢板9-2相应于水通道15的两个端部15-1和15-2的位置钻孔，将进水口和出水口设置在钻孔的位置。进水管14a和排水管14b分别插进这些口中，并且这些水管与水通道15相通。

在这种类型的冷却壁中，可以任意地形成水通道。因此，与图4所示的壁相比，可减少进水口和出水口的数量。相应地，能进一步减少在炉壳上形成的开口的数量。

参照图6，下面将说明这种带孔型钢板冷却壁的生产方法。在本例中，冷却壁中有四组C形水通道。

首先，在冷却壁金属基板9的上部，沿纵向，从左短侧面S延伸形成两个盲孔15a,15a，从右短侧面S延伸形成两个盲孔15e,15e。然后，从冷却壁金属基板9的上长侧面L延伸到上述盲孔15e,15e的盲端部分形成盲孔15b。盲孔15b与盲孔15e,15e相互连通。接下来，以与上述相同的方式，从冷却壁金属基板9的上长侧面L延伸到上述盲孔15a,15a的盲端部分形成盲孔15c。盲孔15c与盲孔15a,15a相互连通。

然后，在水通道端部位置15-1,15-2的开口端部分用塞子18a,18a闭合盲孔15a,15a。为了将塞子18b插入盲孔15b，再将塞子18a,18a钻孔。此后，用塞子18b闭合与盲孔15e相连的盲孔15b的开口端部分。以相同的方式，用塞子18d闭合与盲孔15a相连的盲孔15c的开口端部分。在水通道端部位置15-1,15-2的开口端部分用塞子18c闭合盲孔15e,15e。

以上述的方式，在冷却壁金属基板9的上部形成两组C形水通道15,15。

以上述相同的方式，在冷却壁金属基板9的下部形成两组C形水通道15,15。

在这种连接关系中，用来闭合先形成的盲孔的塞子18a最好是楔形的，从而当钻盲孔15b时，不用将塞子18a除去。

高炉底部的水平截面是圆形的。因此，形成有上述C形水通道的轧制钢板必须按照炉壳内表面的曲率半径弯曲，以使冷却壁和炉壳的间隔能够保持恒定。

图7A和7B显示了具有用图6说明的方法形成的盲孔的冷却壁。垂直于图面在冷却壁金属基板表面上对应盲孔端部15-1,15-2的位置钻孔，分别形成进水口19和出水口20。此后，如图7A所示，按照炉壳内表面的曲率半径弯曲冷却壁体16。借助于水管固定件21将进水管14a和排水管14b装配在进水口和出水口。

如图8所示，高炉的炉缸侧壁是倾斜的。

当炉壁的倾斜角θ大约是直角时，可以应用图6所示的生产方法。然而，当倾斜角θ较小时，冷却壁的形状演变为扇形。相应地，当用图6所示的生产方法生产冷却壁时，不能保持纵向水通道的尺寸精度。

图9A-9C显示了在倾斜角θ=75°时采用不同的钻孔方法沿纵向形成水通道的一组比较。当侧边A的长度为100cm且在离边A的下端10cm的位置形成纵向水通道时，每幅图中都显示了从扇形底边C到纵向水通道的距离。从扇形底边C到纵向水通道的距离最好在任何位置都是常数，因为距离恒定可以提高冷却壁的冷却均匀性。

图9A中，用图6所示的方法沿纵向形成水通道，通过钻孔水平地形成盲孔。按照这种方法，即使正确地进行了钻孔，在扇形中心和扇形圆周部分之间的距离差也有(12.55-10)=2.55cm大。在该例中，在钻孔方向和边A之间形成的角度为92.33°，钻孔方向不垂直于边A。因此，很难将钻孔工具调整到预定的方向。相应地，从实际操作的角度看，不可能高精度地进行钻孔。

图9B显示了一种方法，在冷却壁上钻孔时，利用该方法能够解决上述钻孔方向精度的问题。按照这种方法进行钻孔，使得两侧的钻孔方向都垂直于边A。在这种情况下，在扇形中心和扇形圆周部分之间的距离差是(7.45-10)=-2.55cm。即，该距离差与图9A所示方法的距离差基本相同。然而，按照该方法，不会出现诸如钻孔方向不稳定的问题。

图9C显示了一种方法，利用该方法，沿纵向形成水通道时，从扇形底边C到纵向水通道的距离在每一位置都是最小的。以这种方式在边A上确定一点，即，从边A的下端到该点的距离是10cm，且以这种方式在中心线上确定另一点，即，从中心线下端到该点的距离是10cm。在两点之间划一条虚线。确定边A’,A’使边A’,A’垂直于这条虚线。然后，沿边A’,B,A’和C将冷却壁金属基板切割成扇形。

在上述冷却壁金属基板中，以这样一种方式沿纵向形成水通道，即从两端面沿垂直于边A’,A’的方向钻冷却壁金属基板，这样形成的孔在中心互相贯通。此后，为了除去边A’的多余部分，沿边A,A再次切割冷却壁金属基板。然后，用塞子闭合两端。按照这种方法，扇形底边C和纵向水通道之间的距离差最大值为(10.85-10)=0.85cm。因此，与图9B所示的方法相比，利用这种方法能极大地改善距离差。

上述说明是在倾斜角θ为75°时作出的。当然当倾斜角θ大于75°时，可用图9(A)或9(B)所示的方法在冷却壁金属基板上钻孔。

接下来，图10显示了一个具体的例子，其中，用图9C所示的方法制造用于高炉的钢板制成的冷却壁，其倾斜角θ=75°。

首先，沿图9C所示的边A’,A’,B和C将冷却壁金属基板9切割成扇形。然后，用图9C所示的钻孔方法沿垂直于边A’,A’的方向从边A’,A’开始钻冷却壁金属基板。这样形成的孔在中心互相贯通，从而沿纵向能形成通孔15 f。整个冷却壁金属基板都采用这种钻孔方法，且沿纵向形成九个通孔。

然后，沿边A,A切割冷却壁金属基板，从而获得预定尺寸的冷却壁金属底板。在纵向通孔15f的两个端部的所有开口均用塞子18闭合。

接下来，通过在冷却壁金属基板9上进行切割，在靠近通孔闭合面的位置形成连接两个纵向通孔15f,15f的连接槽15g。此后，用盖22闭合表面上切割成的开口面。

这样，三个纵向通孔是相互连通的，并构成了一组C形水通道15。图中显示了三组C形水通道15。

然后，以与图7A和7B所示相同的方式在冷却壁金属基板上钻孔以形成进水口19和排水口20；按照炉壳内表面的曲率半径弯曲冷却壁体；安装进水管和排水管14；安装进水管固定件和排水管固定件21。这样，就能生产出冷却壁。

根据前述，当高炉具有垂直的炉壁时，或即使在高炉具有倾斜炉壁的情况下，也都能生产出经济而可靠的冷却壁，利用该冷却壁能提高冷却高炉高热负载面的冷却能力。

如上所述，在本发明的轧制钢板制成的冷却壁中，通过机加工冷却水通道直接在轧制钢板上形成。因此，不必设置高热阻的碘铜矿层。并且，通过机加工能高精度地形成冷却水通道。相应地，在铸造过程中管子不会位移，从而能够缩短冷却水通道的间隔并减小冷却壁金属基板的厚度。因此，能够降低整个冷却壁的热阻。在本发明的方法中，在轧制钢板上进行机加工的成本是较低的，无须对管子进行处理，并且无须进行铸造。相应地，生产成本比传统的冷却壁要低。

在剩余碳耐火砖4的厚度为0.5m的条件下，就冷却壁厚度为160mm且管间隔为138mm的铸铁制成的传统冷却壁5而论，其冷却能力为31138kcal/m².h。另一方面，就图4A-4D所示本发明的轧制钢板制造的冷却壁16(尺寸与上述相同)而论，可获得33038 kcal/m².h的冷却能力．即，冷却能力可提高约6％。由于用轧制钢板制造冷却壁的机加工精度高，因此可以降低冷却壁的厚度并缩短冷却水通道15的间隔。当冷却壁厚度变到100mm且冷却水通道15的间隔变到100mm时，冷却能力增加到33851kcal/m².h，即，与铸铁制成的传统冷却壁的冷却结构相比，冷却能力提高了约10％。

如上所述，当使用本发明的钢板制成的冷却壁时，可以提供下列效果。当在钢板表面上形成C形冷却水通道时，进水口和排水口的数量和炉壳上开口的数量能减少到传统冷却壁的一半或更少。进一步，通过机加工和弯曲便宜的轧制钢板能够获得本发明的冷却壁。与铸铁制造的传统的冷却壁不同，无需进行生产管子的工艺和铸造工艺。因此，本发明冷却壁的生产成本比铸铁制成的传统冷却壁的成本低。

冲压耐火材料缓冲了在运行过程中引起的碳耐火砖的热膨胀，由于热膨胀产生的力被冷却壁的整个表面所接收，因此该力不会集中在某一具体部分。所以不会损坏冷却水通道和碳耐火砖。所以，从强度性质看，本发明可提供与传统炉缸侧壁结构的强度性质相同的可靠性。

本发明一个冷却壁的尺寸与铸铁制成的传统冷却壁基本相同。因此，当在构造过程中将冷却壁安装到炉壳上时，不会增加工作量，从而可避免构造成本的增加。

如上所述，本发明的冷却壁能提供一种效率比传统冷却壁更高的冷却壁。所以，本发明冷却壁的工业应用性非常高。

Claims (7)

1．一种冷却高炉炉壁的冷却壁，包括：多个在矩形钢板中形成的纵向冷却水通道；多个使纵向冷却水通道相互连通的连接冷却水通道；设置在冷却水通道的两个端部的冷却水进水口和冷却水排水口。

2．按照权利要求1的一种冷却高炉炉壁的冷却壁，还包括：通过钻孔在钢板中形成的纵向冷却水通道；通过钻孔在钢板中形成的连接冷却水通道；和闭合上述冷却水通道开口端的塞子。

3．按照权利要求1的一种冷却高炉炉壁的冷却壁，还包括：在其表面上形成槽以提供冷却水通道的一块钢板；和放在所述钢板上的另一块钢板，其中这些钢板相互固连在一起。

4．按照权利要求1的一种冷却高炉炉壁的冷却壁，其特征在于：冷却壁放置在叠层设置的高炉炉缸侧壁上的碳耐火砖和炉壳之间。

5．一种通过在钢板中形成多个C形冷却水通道生产冷却高炉炉壁的冷却壁的方法，包括步骤：沿纵向从两端部在矩形钢板上钻孔以形成多个盲孔；用塞子闭合盲孔的两端开口部分；在钢板两端部沿垂直于纵向的方向在钢板上钻孔以形成孔，使该孔与纵向盲孔相交，同时这些孔穿过或不穿过塞子；用塞子闭合孔两端部。

6．一种通过在钢板中形成多个C形冷却水通道生产冷却高炉炉壁的冷却壁的方法，包括步骤：沿纵向从两端部在矩形钢板上钻孔以形成多个通孔；用塞子闭合通孔的两端开口部分；在钢板表面上靠近通孔两端部的位置开槽，以形成使通孔相互连通的连通孔；用一个盖覆盖连通孔的上表面。

7．按照权利要求6的一种生产冷却壁的方法，安装的高炉炉壁相对于高炉炉底部分是倾斜的，包括步骤：画一条虚线，使从钢板底边到虚线的距离与从钢板中心下端到虚线的距离相同；确定边，使所述边垂直于所述虚线；沿所述边切割出一扇形钢板；在垂直于所述边的方向从两边钻钢板，其中这样形成的孔在中心相互贯通，以形成纵向冷却水通道；切割扇形钢板的边，使所述边与预定的边相一致。

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