CN207793314U - 一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，包括铜冷却壁本体单元，以及下内凸台和上内凸台，在铜冷却壁本体单元外侧设有燕尾槽区，在铜冷却壁本体单元内，设有六个冷却水通道，其中冷却水通道内设置有与冷却水通道形状相同的冷却水管，冷却水管均为扁圆形冷却水管，其中四根为常规冷却水管，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，对应的为四个常规冷却水通道；另外两根为补充冷却水管，最大冷却面垂直于炉内热面，对应的为两个补充冷却水通道。本实用新型增大了铜冷却壁之间、铜冷却壁和铸铁冷却壁之间的结合面积，并增加单位时间内通过的水量，在导热系数不变的情况下增加铜冷却壁带走的热量，从而提高铜冷却壁的可变冷却防护能力。

Description

一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁

技术领域

本实用新型涉及一种高炉用冷却壁，具体设计一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，属于高炉相关设备领域。

背景技术

高炉是一种多变量、大滞后、非线性的高温化学反应器，体积巨大(3000～5800m³)，高炉通过上部添加炉料，下部鼓入高温热空气，高温空气和高炉下部的焦炭进行燃烧，产生2300℃左右的高温煤气，煤气流上升过程中加热、熔化、还原金属炉料，将Fe元素从铁矿石中还原出来，生产过程中高炉内部充满高温、高压富含CO的煤气，高炉煤气发生量高达7000～10000m³/min。

高炉是通过周围的冷却壁来营造一个适应于冶炼的环境，冷却壁主要用于高炉冶炼过程的冷却，冷却壁在使用过程中会面临不同的环境，炉腹、炉腰、炉身下部的冷却壁面临的冶炼环境最复杂，炉内温度在1200～2200℃之间变化，冷却壁靠自身的冷却能力在冷却壁和炉内之间形成一层“合理厚度”渣皮，通过渣皮的保护一方面满足高炉冶炼的要求，另一方面保护冷却壁。

自2002年以来，为应对高炉高热负荷区域对热量传输的要求，世界各国逐渐使用铸铁冷却壁及铜冷却壁对高炉高温区域进行冷却。

根据现有的文献记载，发明人将目前的高炉冷却壁的研究进展和工作时容易出现的问题进行说明。

文献1“刘增勋，吕庆，高炉铸铁冷却壁极限热负荷的传热分析，钢铁，第43卷第6期，2008年6月。”中讲到砖壁合一的冷却壁在使用过程中，高炉高温区域大渣皮脱落时，冷却壁面临的热负荷会达到设计值的2～3倍，远远超过冷却壁安全使用的临界值，渣皮脱落后冷却壁在高温煤气中裸露的时间太长就会损坏冷却壁。

文献2“金国范，新日铁高炉冷却壁技术的进展及其在宝钢的应用，上海金属，1994年9月，16卷5期”概述了冷却壁的发展历史，目前广为应用的是第四代冷却壁，也就是砖壁合一的铸铁冷却壁或者铜冷却壁。

文献3“周国钱，董遵敏，张庆喜，徐衍柏，武钢1号高炉减少冷却设备损坏的措施，炼铁，第29卷第5期，2010年10月”中首先在国内2000m³高炉上使用铜冷却壁，这是一座软水密闭循环冷却的高炉，在该高炉上使用的是一种4通道轧制铜冷却壁，该高炉从2001年开炉，已经运行了近16年，单位炉容产铁量远远超过了12000t/m³，铜冷却壁仍在发挥关键冷却作用，该高炉于2013年、2016年经过了2次中修，更换了部分损坏的冷却壁，经过中修破损调查可以发现，铸铁冷却壁、铜冷却壁之所以损坏，关键还是由于高炉高温区渣皮脱落、高温煤气对冷却壁的热侵蚀造成的。

文献4“本钢五号高炉铜冷却壁破损原因分析及处理技术的研究，金属世界，2009年6期。”中列出了本钢高炉铜冷却壁的使用状况，因原料、操作等因素造成的炉型、气流紊乱是铜冷却壁损坏的主要因素，该高炉采用软水密闭循坏冷却技术，在生产过程中铜冷却壁水速、水量保持稳定。

文献5“陈永明居勤章朱锦明，宝钢高炉冷却系统的改造及演变，第八届(2011)中国钢铁年会论文集，北京，冶金出版社。”中显示在宝钢高炉高炉采用铜冷却壁以后，铜冷却壁、铸铁冷却壁使用及损坏情况。

文献6“洪军，左海滨，张建良，沈猛，铁金艳，郑劲，高炉冷却壁冷却能力影响因素分析，武汉科技大学学报Vol.37，No.6，2014年12月”中也报道了冷却壁由于炉况波动，导致高温区域铜冷却壁频繁暴露在高温环境下，定水速、定流量的冷却模式不足以应对瞬时大热量冲击，故导致了冷却壁的破损。

冷却壁带走的热量可用下列公式进行计算：

Q＝V·S·ΔT

式中：

Q：单个冷却水管冷却水带走的热量，MJ/h

V：单个冷却水管冷却水流速，m/s

S：单个冷却水管通道面积，m²

ΔT：冷却水水温差，℃

上式中对于4通道定水量、定水速的铜冷却壁而言，V、S都是固定值，而ΔT则随着导热系数q变化，如果导热系数q提高，则可以提高传热能力，对于一个一定材质的铜冷却壁，导热系数q一般是定值。

在冷却壁面临高温环境时，如果在冷却壁损坏之前将热量降低到安全线以内，冷却壁就可以不损坏，但冷却壁如果不能在有限时间内(如20min)将热面温度降下来，使冷却壁热面长时间保持在铜冷却壁损坏的温度之上，铜冷却壁性能将急剧下降，从而发生熔蚀，要扩大单位时间内铜冷却壁的传热能力，一个有效的方法就是扩大水量(V·S)，其中扩大V就是提高水速，增加S就是扩大管径、增加管子数量。

对于一个确定的软水密闭循环冷却系统而言，V不可能太大，V提高到2.3m/s以上时将严重浪费能量，并且效果有限，同时由于冷却水管从下到上串联在一起，单纯增加冷却水速，会增大高炉下部及上部的冷却能力，使高炉不需要太大冷却的区域过冷，这同样不利于高炉的操作。

综上所述，在高炉高温区域使用传统铜冷却壁之所以难以满足炉况大波动形成的高热量冲击，究其原因有两条。一是铜冷却壁本身较铸铁冷却壁要薄很多，在厚、薄两种冷却壁的安装过程中，因铸铁冷却壁和铜冷却壁之间结合面积过小，导致生产过程中渣铁进入铜冷却壁后背烧坏进水管，导致铜冷却壁破损。另一方面是由于铜冷却壁在目前的冷却模式下是采用固定水量、固定水速冷却，一旦冷却壁安装完成，不管炉内状况如何变化，特定冷却壁带走的热量就是一个固定值，这种冷却壁一旦面临高热量瞬时冲击，极易发生破损。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能提高冷却壁冷却能力的可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁。

本实用新型是这样实现的：

一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，包括铜冷却壁本体单元，以及位于铜冷却壁本体单元下部的下内凸台和位于铜冷却壁本体单元上部的上内凸台，在铜冷却壁本体单元外侧设置有燕尾槽区，在铜冷却壁本体单元内，设置有六个冷却水通道，其中冷却水通道内设置有与冷却水通道形状相同的冷却水管，冷却水管均为扁圆形冷却水管，其中四根为常规冷却水管，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，对应的为四个常规冷却水通道；另外两根为补充冷却水管，最大冷却面垂直于炉内热面，对应的为两个补充冷却水通道。

更进一步的方案是：

所述补充冷却水管间隔分布于常规冷却水管中间。

更进一步的方案是：

所述上内凸台和下内凸台长度均为铜冷却壁本体单元厚度的40～60％。

更进一步的方案是：

所述铜冷却壁本体单元的材料为Cu含量不低于99.5％的铜体材料。

更进一步的方案是：

所述铜冷却壁本体单元和冷却水管的材料具有如下性能：

机械性能：抗拉强度σ_b≥180Mpa，屈服强度δ_s≥35％；体积密度≥8.8g/cm³

化学成分分析(重量百分比)：Cu≥99.5％，Mn:≤0.005％，P:≤0.008％，S:≤0.005％，Pb:≤0.005％，Fe:＜0.01％，Mg:＜0.005％。

本实用新型中，下内凸台用于冷却壁安装时增大和下部铜冷却壁或者铸铁冷却壁的结合面积，上内凸台用于冷却壁安装时增大和上部铜冷却壁或者铸铁冷却壁的结合面积。通过这种设置，提高了冷却壁和上下部冷却壁之间的结合面积，保证了相互之间热传递的稳定性和效率。

本实用新型中，四根扁圆形冷却水管为常规冷却水管，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，用于增大冷却水和高温区域的接触面积。补充冷却水管的扁管最大冷却面垂直于炉内热面，其主要作用是一方面参与炉内瞬时热量的传输，另一方面冷却铜冷却壁本体，防止铜冷却壁本体过热损坏。

本实用新型中，四根常规冷却水管用于常规冷却，通过上下串联用于全炉的冷却，其余两根补充冷却水管用于补充软水冷却。

本实用新型公开了一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，为“]”型六管铜冷却壁。本实用新型通过冷却水管的不同设置及铜冷却壁结构形式的变化，以增大铜冷却壁之间、铜冷却壁和铸铁冷却壁之间的结合面积，来满足铜冷却壁本身、铜冷却壁和铸铁冷却壁密切接合的需求，同时将冷却水管由四根增加为六根，增加单位时间内通过的水量，在导热系数不变的情况下增加铜冷却壁带走的热量，从而提高铜冷却壁的可变冷却防护能力。

附图说明

图1为本实用新型可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁正面图；

图2为本实用新型可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁侧视图；

图3为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如附图1、2、3所示，一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，包括铜冷却壁本体单元1，以及位于铜冷却壁本体单元1下部的下内凸台8和位于铜冷却壁本体单元上部的上内凸台7，在铜冷却壁本体单元1外侧设置有燕尾槽区4，在铜冷却壁本体单元1内，设置有六个冷却水通道，其中冷却水通道内设置有与冷却水通道形状相同的冷却水管，冷却水管均为扁圆形冷却水管，其中四根为常规冷却水管3，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，对应的为四个常规冷却水通道2；另外两根为补充冷却水管6，最大冷却面垂直于炉内热面，对应的为两个补充冷却水通道5。

所述补充冷却水管6间隔分布于常规冷却水管3中间。

所述上内凸台7和下内凸台8长度均为铜冷却壁本体单元厚度的40～60％。

所述铜冷却壁本体单元的材料为Cu含量不低于99.5％的铜体材料。

所述铜冷却壁本体单元和冷却水管的材料具有如下性能：

机械性能：抗拉强度σ_b≥180Mpa，屈服强度δ_s≥35％；体积密度≥8.8g/cm³

化学成分分析：Cu≥99.5％，Mn:≤0.005％，P:≤0.008％，S:≤0.005％，Pb:≤0.005％，Fe:＜0.01％，Mg:＜0.005％。

作为本实用新型的一个实施例，本实用新型提供的可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁可以适用于在2000m³以上高炉高温区域使用。

下面以一个更具体的实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

本实施例实质是高炉采用全冷却壁软水密闭冷却系统冷却，增加一套补充冷却系统。

本实施例中，铜冷却壁本体单元，热面不允许有任何形式的缺陷。

冷面缺陷深度小于5mm，单个缺陷直径不超过10mm，在100×100mm的区域内不超过2处，可以不进行处理；当深度≤10mm(光面冷却壁)，或≤15mm(镶砖冷却壁)单个缺陷直径＜40mm时，允许进行修补，但每块冷却壁不超过3处，修补后打磨平整。

尺寸和位置公差：长度：±6mm。宽度：±6mm。槽尺寸：0/+3mm。管口任意方向偏移：±4mm。螺孔中心线：±4mm。

热电偶位置：±4mm。

热电偶到热面的距离：±3mm。

样板的孔径：水管的孔：+14mm；热电偶的孔：+10mm；螺拴孔：+10mm。

抗拉强度σ_b≥180Mpa，屈服强度δ_s≥35％；体积密度≥8.8g/cm³；

化学成分：Cu≥99.5％，Mn:≤0.005％，P:≤0.008％，S:≤0.005％，Pb:≤0.005％，Fe:＜0.01％，Mg:＜0.005％。

本实施例中，下内凸台用于冷却壁安装时增大和下部铜冷却壁或者铸铁冷却壁的结合面积，本实施例的下内凸台长度在冷却壁厚度的45％。

本实施例中，上内凸台用于冷却壁安装时增大和上部铜冷却壁或者铸铁冷却壁的结合面积，本实施例的上内凸台长度在冷却壁厚度的45％。

本实施例中，常规冷却水管的四根扁圆形冷却水管为常规冷却水管，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，用于增大冷却水和高温区域的接触面积。

常规冷却水管材料性能如下：

抗拉强度σ_b≥180Mpa，屈服强度δ_s≥35％；体积密度≥8.8g/cm³；

化学成分：Cu≥99.5％，Mn:≤0.005％，P:≤0.008％，S:≤0.005％，Pb:≤0.005％，Fe:＜0.01％，Mg:＜0.005％。

铜管尺寸：GB/T16899。

外径：+1％。

壁厚：+12.5％。

本实施例中，补充冷却水管的扁管最大冷却面垂直于炉内热面，其主要作用是一方面参与炉内瞬时热量的传输，另一方面冷却铜冷却壁本体，防止铜冷却壁本体过热损坏。

补充冷却水管材料性能如下：

机械性能：σ_b≥180Mpa，δ_s≥35％；体积密度≥8.8g/cm³

化学成分分析：Cu≥99.5％，Mn:≤0.005％，P:≤0.008％，S:≤0.005％，Pb:≤0.005％，Fe:＜0.01％，Mg:＜0.005％。

铜管尺寸：GB/T16899。

外径：+1％。

壁厚：+12.5％。

本实施例中，六根冷却水管中四根用于常规冷却，通过上下串联用于全炉的冷却，其余两根水管用于补充软水冷却。

本实施例提供的可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，主要用于软水冷却的大型高炉，用于解决大型高炉炉腰、炉腹、炉身下部因原料波动、操作应对失常等因素造成的瞬时大热流冲击，通过增加水管数量，增加冷却壁衔接面，提升冷却水流速等措施，可以提升高温区冷却壁应对大热流冲击的能力，大大提升高炉的使用寿命，降低能耗，节省高炉检修成本。

尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，包括铜冷却壁本体单元，其特征在于还包括位于铜冷却壁本体单元下部的下内凸台和位于铜冷却壁本体单元上部的上内凸台，在铜冷却壁本体单元外侧设置有燕尾槽区，在铜冷却壁本体单元内，设置有六个冷却水通道，其中冷却水通道内设置有与冷却水通道形状相同的冷却水管，冷却水管均为扁圆形冷却水管，其中四根为常规冷却水管，最大冷却面面对高炉炉内的高温区域，对应的为四个常规冷却水通道；另外两根为补充冷却水管，最大冷却面垂直于炉内热面，对应的为两个补充冷却水通道。

2.根据权利要求1所述可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，其特征在于：

所述补充冷却水管间隔分布于常规冷却水管中间。

3.根据权利要求1所述可变冷却能力的六管勾头铜冷却壁，其特征在于：

所述上内凸台和下内凸台长度均为冷却壁厚度的40～60%。