大型高炉设计的关键技术.ppt

大型高炉的设计大型高炉的设计在过去的几年里在过去的几年里,人们一直把提高高炉操作效人们一直把提高高炉操作效率放在了追求高炉大型化上率放在了追求高炉大型化上,自上世纪自上世纪80年代年代以来以来,高炉炉缸平均直径已由原来的高炉炉缸平均直径已由原来的3米扩大米扩大到了目前的到了目前的14米米以上以上,而现在世界上较大高炉而现在世界上较大高炉的炉缸直径已超过的炉缸直径已超过15米米。大高炉技术除了延长一代高炉寿命外，还可实大高炉技术除了延长一代高炉寿命外，还可实现高效率、高效益和环保生产。生产高品质产现高效率、高效益和环保生产。生产高品质产品，并尽可能最大程度地节约能源和保护资源，品，并尽可能最大程度地节约能源和保护资源，大型高炉设计的关键问题在于大型高炉设计的关键问题在于:采用的钢板厚度及其应用的作用，以确保高炉采用的钢板厚度及其应用的作用，以确保高炉炉壳结构的完整性炉壳结构的完整性,实现一代炉役炉体不开裂。实现一代炉役炉体不开裂。妥善解决与高炉炉缸尺寸增加有关的问题妥善解决与高炉炉缸尺寸增加有关的问题。从工程角度来看，设计一个大型高炉是有可能从工程角度来看，设计一个大型高炉是有可能的。然而，大型高炉在较高的压力下操作，更的。然而，大型高炉在较高的压力下操作，更容易负担不规则的炉料分布并需要不断进行监容易负担不规则的炉料分布并需要不断进行监测。无论出于何种原因，高炉休风，即意味着测。无论出于何种原因，高炉休风，即意味着中断生产总是有的。因此必须考虑到预先操作中断生产总是有的。因此必须考虑到预先操作和设备的故障。和设备的故障。企业决定采用企业决定采用多大的高炉，必须根据具体地点、多大的高炉，必须根据具体地点、所采用的技术和市场条件而定所采用的技术和市场条件而定。若容纳较大的高炉，要解决与增加出铁场若容纳较大的高炉，要解决与增加出铁场(就就平坦式出铁场而言平坦式出铁场而言)相关的问题。相关的问题。随着高炉炉缸直径的增大，出铁场的尺寸也必随着高炉炉缸直径的增大，出铁场的尺寸也必须随之增大。大型高炉应设计成四个铁口，有须随之增大。大型高炉应设计成四个铁口，有的甚至考虑设计处理事故用的第五个铁口。平的甚至考虑设计处理事故用的第五个铁口。平坦式出铁场和全覆盖式铁沟坦式出铁场和全覆盖式铁沟,便于炉前机械和便于炉前机械和移动车辆操作。无线控制设备和有效的排放控移动车辆操作。无线控制设备和有效的排放控制系统，不仅改善设备操作，又为现有的操作制系统，不仅改善设备操作，又为现有的操作人员提供了较为安全的工作条件。人员提供了较为安全的工作条件。由于高炉炉缸尺寸的增加，冷却水系统的规模由于高炉炉缸尺寸的增加，冷却水系统的规模和按现在标准设计的高炉冷却系统所需冷却壁和按现在标准设计的高炉冷却系统所需冷却壁的数量也需相应地增加。当水量超过的数量也需相应地增加。当水量超过5000立立方米小时时，如果需要，可以开启大泵或开方米小时时，如果需要，可以开启大泵或开启另一路水作为补充。炉子的大小不会影响冷启另一路水作为补充。炉子的大小不会影响冷却元件却元件(冷却壁冷却壁)的设计，只需要增加数量来适的设计，只需要增加数量来适应较大的高炉炉缸。然而，充足的仪器和监测应较大的高炉炉缸。然而，充足的仪器和监测系统，对于仔细地确保热流强度监测是必要的。系统，对于仔细地确保热流强度监测是必要的。由于高炉炉容的扩大，所需鼓风量和热风炉尺由于高炉炉容的扩大，所需鼓风量和热风炉尺寸也随之相应变大。外燃式热风炉特别适合于寸也随之相应变大。外燃式热风炉特别适合于大型高炉的超高风温操作。相对于内燃式热风大型高炉的超高风温操作。相对于内燃式热风炉而言，由于穹顶结构的原因，外燃式热风炉炉而言，由于穹顶结构的原因，外燃式热风炉对炉子大小没有任何限制。对炉子大小没有任何限制。高燃烧效率陶瓷燃烧器具有低高燃烧效率陶瓷燃烧器具有低CO、低硫氧化低硫氧化物和低氮氧化物排放量的特点。提高热风炉热物和低氮氧化物排放量的特点。提高热风炉热效率和回收废热有助于减少昂贵富化燃料的需效率和回收废热有助于减少昂贵富化燃料的需要量。要量。随着现代热风炉阀门系统的应用，尤其是液压随着现代热风炉阀门系统的应用，尤其是液压传动，可以保证高水平的热风炉设备供货。传动，可以保证高水平的热风炉设备供货。三座热风炉系统即可充分保证大型高炉的生产。三座热风炉系统即可充分保证大型高炉的生产。建造第四座热风炉实现并联送风和燃烧模式，建造第四座热风炉实现并联送风和燃烧模式，而且当一座热风炉出现故障时更有充分保障。而且当一座热风炉出现故障时更有充分保障。喷煤是炼铁技术的首选，它可以减少高炉的焦喷煤是炼铁技术的首选，它可以减少高炉的焦炭消耗和有关费用。炭消耗和有关费用。随着高炉炉容的扩大和铁水产量增加，需要有随着高炉炉容的扩大和铁水产量增加，需要有更大的磨煤机和更大的喷吹能力。这可以通过更大的磨煤机和更大的喷吹能力。这可以通过购置更大的磨机和喷吹罐组和增加喷吹管路等购置更大的磨机和喷吹罐组和增加喷吹管路等方法实现的。方法实现的。使用高炉煤气作为燃料，可为钢铁厂各种炉窑使用高炉煤气作为燃料，可为钢铁厂各种炉窑进行加热是能源循环利用的一个重要方面。大进行加热是能源循环利用的一个重要方面。大型高炉煤气除尘的方案：在旋风重力除尘之后型高炉煤气除尘的方案：在旋风重力除尘之后采用两级文氏管湿式除尘器。采用两级文氏管湿式除尘器。随着炉子变大，高炉的煤气发生量也要相应增随着炉子变大，高炉的煤气发生量也要相应增加，这样就可能需要多安装一台除尘器。加，这样就可能需要多安装一台除尘器。大型高炉必然将配备各式各样的探头、传感器大型高炉必然将配备各式各样的探头、传感器和其他监测设备，用来收集和评估炉料剖面、和其他监测设备，用来收集和评估炉料剖面、耐火材料状况、冷却系统和许多其他参数等各耐火材料状况、冷却系统和许多其他参数等各种信息。种信息。基于应用先进的工艺模型、人工智能和闭环专基于应用先进的工艺模型、人工智能和闭环专家系统，在无需操作人员互动的情况下，进行家系统，在无需操作人员互动的情况下，进行调整风量、喷吹量、炉料的定点布料。连续不调整风量、喷吹量、炉料的定点布料。连续不断地确定纠正行为并执行一个闭环循环，这为断地确定纠正行为并执行一个闭环循环，这为稳定高炉操作、降低生产成本和稳定铁水质量稳定高炉操作、降低生产成本和稳定铁水质量提供了一个良好前提。提供了一个良好前提。我国的生铁产量已达到我国的生铁产量已达到 5 亿吨，占全世界生亿吨，占全世界生铁总产量的铁总产量的 50%以上。我国的炼铁技术装备以上。我国的炼铁技术装备水平在很大程度上代表世界炼铁的总体水平。水平在很大程度上代表世界炼铁的总体水平。我国炼铁工业如何发展，对世界炼铁工业的发我国炼铁工业如何发展，对世界炼铁工业的发展都具有重要意义。展都具有重要意义。我国高炉炼铁技术已进入成熟发展阶段，我国高炉炼铁技术已进入成熟发展阶段，已已达到国际先进水平，达到国际先进水平，但是，但是，高炉生产技术水高炉生产技术水平仍处于多层次、平仍处于多层次、不同技术装备共同发展的不同技术装备共同发展的阶段，阶段，仍有部分企业的高炉生产处于不稳定仍有部分企业的高炉生产处于不稳定状态。状态。这就需要我们围绕着实现高效化、这就需要我们围绕着实现高效化、低低燃料比、燃料比、高炉长寿和节能环保等方面持续进高炉长寿和节能环保等方面持续进行改进和优化。行改进和优化。以大型化带动高效化：以大型化带动高效化：在过去的在过去的 5 年里，年里，我我国在高炉大型化方面取得了良好的成绩：国在高炉大型化方面取得了良好的成绩：大大于于 1000立方米的高炉由立方米的高炉由 2003 年的年的 58 座发展座发展到现在的到现在的 100 多座，而且有多座大于多座，而且有多座大于 4000 立立方米的超大型高炉已经投产或正在建设。方米的超大型高炉已经投产或正在建设。我国仍存在大量急需淘汰的落后的我国仍存在大量急需淘汰的落后的 300 立方立方米以下的小高炉，米以下的小高炉，约约 500 座左右的座左右的 300 立方立方米米1000 立方米的高炉也有待进一步优化。立方米的高炉也有待进一步优化。在高炉大型化的过程中，在高炉大型化的过程中，各钢铁企业需要针各钢铁企业需要针对具体情况，对具体情况，确定合理的大型化的高炉容积。确定合理的大型化的高炉容积。研究确定适应原燃料条件的最佳的大型化高炉研究确定适应原燃料条件的最佳的大型化高炉容积，是一个非常有意义的课题。容积，是一个非常有意义的课题。提高富氧率和开发新炉料：提高富氧率和开发新炉料：富氧是支持高炉富氧是支持高炉高系数和高煤比的必要手段。高系数和高煤比的必要手段。我国的高炉富我国的高炉富氧率普遍较低，氧率普遍较低，平均只有平均只有 1%左右，左右，且不稳且不稳定。定。努力提高高炉富氧率，努力提高高炉富氧率，特别是大型高炉特别是大型高炉的富氧率。的富氧率。充分利用炼钢余氧和建设专用的充分利用炼钢余氧和建设专用的低浓度大型制氧设施是解决问题的有效措施。低浓度大型制氧设施是解决问题的有效措施。高炉吃废钢是将来维持高炉转炉流程竞争高炉吃废钢是将来维持高炉转炉流程竞争生存的重要手段。生存的重要手段。目前，目前，我国借鉴北美向高炉中加直接还原铁我国借鉴北美向高炉中加直接还原铁废钢的做法尚不具备条件，废钢的做法尚不具备条件，但随着国内废但随着国内废钢积蓄量、钢积蓄量、供应总量和进口量的不断增加，供应总量和进口量的不断增加，若干年后，若干年后，废钢可能会成为我国高炉炼铁的废钢可能会成为我国高炉炼铁的炉料。炉料。日本正在研究生产含碳铁矿和利用烧结工艺生日本正在研究生产含碳铁矿和利用烧结工艺生产部分还原烧结矿供高炉使用，产部分还原烧结矿供高炉使用，这为提高高这为提高高炉生产效率和降低燃料比开辟了新路。炉生产效率和降低燃料比开辟了新路。提高煤比，降低焦比和燃料比：在我国，高炉提高煤比，降低焦比和燃料比：在我国，高炉喷煤得到了普遍应用，但喷煤水平参差不齐。喷煤得到了普遍应用，但喷煤水平参差不齐。许多企业在喷吹理念和工艺设备等方面还需要许多企业在喷吹理念和工艺设备等方面还需要改进，改进，以不断提高煤比，以不断提高煤比，降低焦比。降低焦比。例如：例如：将喷煤将喷煤量作为炉缸热状态最主要的调剂手段，量作为炉缸热状态最主要的调剂手段，频繁频繁改变煤量限制了煤比的稳定提高；改变煤量限制了煤比的稳定提高；在喷煤与富氧之间的关系上存在争议，在喷煤与富氧之间的关系上存在争议，认为认为低煤比时无需富氧，低煤比时无需富氧，影响了富氧的使用和带影响了富氧的使用和带来的煤比提高；来的煤比提高；一些喷吹系统设计不合理，一些喷吹系统设计不合理，喷吹的稳定性差，喷吹的稳定性差，各风口的分配精度低，各风口的分配精度低，缺乏必要的连续喷吹缺乏必要的连续喷吹保障手段，保障手段，导致高炉难以接收高煤比；导致高炉难以接收高煤比；许多许多喷枪的材质差、喷枪的材质差、结构简单，结构简单，造成经常性烧枪造成经常性烧枪停煤。停煤。高风温是提高煤比和降低焦比的有效高风温是提高煤比和降低焦比的有效手段。手段。我国钢铁企业应充分利用鼓风湿分在我国钢铁企业应充分利用鼓风湿分在控制风口燃烧温度和炉缸热状态方面的作用，控制风口燃烧温度和炉缸热状态方面的作用，减少撤风温、调炉温的几率，尽可能将风温稳减少撤风温、调炉温的几率，尽可能将风温稳定维持在最高水平。定维持在最高水平。近年来，近年来，随着科技的进步和行业的发展，随着科技的进步和行业的发展，我我国高炉炼铁已经取得了显著成绩：国高炉炼铁已经取得了显著成绩：生产已经生产已经达到一定的规模、达到一定的规模、技术装备水平不断提高、技术装备水平不断提高、能耗水平迈进国际先进行列、能耗水平迈进国际先进行列、污染物排放正污染物排放正在不断改进。在不断改进。我国作为焦炭生产第一大国，我国作为焦炭生产第一大国，产量一直保持产量一直保持快速增长快速增长(2008 年产量为年产量为3.4 亿吨亿吨)，而且已出，而且已出现较严重的产能过剩现象。现较严重的产能过剩现象。我国焦炭的出口量也持续增加我国焦炭的出口量也持续增加(2007年为年为 1530 万吨万吨)。因此，近期我国高炉的焦炭供应是有。因此，近期我国高炉的焦炭供应是有保障的。而且长期以来，炼焦行业通过各种措保障的。而且长期以来，炼焦行业通过各种措施不断加大非焦煤的配入比例，施不断加大非焦煤的配入比例，高炉生产也高炉生产也通过提高喷煤量来减少焦炭消耗，通过提高喷煤量来减少焦炭消耗，以及通过以及通过降低铁钢比来减少高炉的总焦炭消耗。降低铁钢比来减少高炉的总焦炭消耗。稳定高炉操作，实现经济长寿：我国在高炉长稳定高炉操作，实现经济长寿：我国在高炉长寿的设计和维护等方面已取得了显著的成绩，寿的设计和维护等方面已取得了显著的成绩，一些大高炉的寿命已达到世界先进水平。一些大高炉的寿命已达到世界先进水平。下下一步需要注意的是高炉操作对设备长寿化的影一步需要注意的是高炉操作对设备长寿化的影响响，要努力保持稳定的操作条件，要努力保持稳定的操作条件，通过出铁通过出铁制度和提高焦炭质量来控制渣铁流动方式，制度和提高焦炭质量来控制渣铁流动方式，避免炉缸过度和局部磨损，避免追求一时的高避免炉缸过度和局部磨损，避免追求一时的高产指标而造成高炉本体和设备受损。产指标而造成高炉本体和设备受损。完善监控系统，完善监控系统，实现高炉稳定顺行：实现高炉稳定顺行：高炉的高炉的稳定顺行是取得良好生产指标和实现长寿的基稳定顺行是取得良好生产指标和实现长寿的基础，而完善的监控系统是实现其稳定顺行的重础，而完善的监控系统是实现其稳定顺行的重要保障。要保障。与国外企业相比，与国外企业相比，我国大多数企业我国大多数企业的原燃料稳定性较差，的原燃料稳定性较差，更需要严格的监测控更需要严格的监测控制，制，如提高烧结混合料水分的测量和控制精如提高烧结混合料水分的测量和控制精度，度，减少烧结指标和烧结矿质量的变化；减少烧结指标和烧结矿质量的变化；重重视在料面和炉身的炉料、视在料面和炉身的炉料、温度、温度、气流分布的气流分布的测量和控制，测量和控制，避免产生炉内径向不均匀的现避免产生炉内径向不均匀的现象；加强对炉缸工作状态的监测和控制，开发象；加强对炉缸工作状态的监测和控制，开发应用适合自身的高炉专家系统。应用适合自身的高炉专家系统。优化流程和配置，优化流程和配置，实现系统节能降耗：实现系统节能降耗：我国我国钢厂高炉流程中应用的技术，钢厂高炉流程中应用的技术，如大型高炉煤如大型高炉煤气干法除尘、气干法除尘、高炉喷煤、高炉喷煤、多种渣处理和能源多种渣处理和能源回收等，回收等，对高炉系统节能降耗均起到积极的对高炉系统节能降耗均起到积极的作用，作用，也到达国际先进水平。也到达国际先进水平。在整个高炉流程的配置中，在整个高炉流程的配置中，还存在许多有待还存在许多有待改进的地方。改进的地方。炼铁企业节能减排，合理的烧炼铁企业节能减排，合理的烧结余热回收流程设计，扩大能量回收的效率并结余热回收流程设计，扩大能量回收的效率并降低投资。降低投资。研究煤气干法除尘系统的运行可靠性，研究煤气干法除尘系统的运行可靠性，保证保证煤气无异常放散和无粉尘进入热风炉；煤气无异常放散和无粉尘进入热风炉；研究研究确定合理的热风炉结构形式和预热系统结构；确定合理的热风炉结构形式和预热系统结构；研究制粉和喷吹过程的参数优化，降低喷煤系研究制粉和喷吹过程的参数优化，降低喷煤系统的能耗等。统的能耗等。控制污染排放，控制污染排放，实现达标生产：实现达标生产：受多种因素受多种因素的影响的影响高炉炼铁炼企业实施出铁场的烟尘控制，高炉炼铁炼企业实施出铁场的烟尘控制，消消除出铁时的无组织排放；除出铁时的无组织排放；对烧结烟气进行适对烧结烟气进行适宜的处理，宜的处理，以达到粉尘和以达到粉尘和 SO2 等污染物排放等污染物排放的标准。对尚未纳入考核体系的污染物排放，的标准。对尚未纳入考核体系的污染物排放，如如 NOx 和二恶英等，应提前做好应对方案。和二恶英等，应提前做好应对方案。降低铁钢比，减少降低铁钢比，减少 CO2 排放：在工业行业内，排放：在工业行业内，钢铁工业被认为是钢铁工业被认为是 CO2 最大的排放行业之一。最大的排放行业之一。我国的钢铁工业极有可能会受到我国的钢铁工业极有可能会受到 CO2 排放的排放的限制限制(欧洲已开始实施欧洲已开始实施)。CO2 排放是高炉炼排放是高炉炼铁流程生存发展的一个巨大的潜在威胁，铁流程生存发展的一个巨大的潜在威胁，因因为高炉转炉流程的为高炉转炉流程的 CO2 排放量为排放量为 1700 千千克吨钢，而废钢电炉流程则约为克吨钢，而废钢电炉流程则约为 400 千千克吨钢。克吨钢。由此可见，由此可见，铁钢比是影响吨钢铁钢比是影响吨钢 CO2 排放量的最主要因素。排放量的最主要因素。此外，此外，我国在高炉炼铁环保方面的力度不断我国在高炉炼铁环保方面的力度不断加大，加大，不仅煤气干法除尘在大高炉上得到迅不仅煤气干法除尘在大高炉上得到迅速推广应用，速推广应用，烧结烟气脱硫处理也逐步开展烧结烟气脱硫处理也逐步开展起来。起来。更值得注意的是，更值得注意的是，所有的污染物排放所有的污染物排放都可以在技术市场上找到成熟可靠的方法来控都可以在技术市场上找到成熟可靠的方法来控制以达到排放标准，制以达到排放标准，现在只是择机实施的问现在只是择机实施的问题，题，不存在不能克服的技术缺陷。不存在不能克服的技术缺陷。2007 年，我国的铁钢比为是年，我国的铁钢比为是 0.959，假如能，假如能按全球的按全球的 0.595 测算，则可少排测算，则可少排 CO2 约约 2.3 亿吨，节约燃料消耗约亿吨，节约燃料消耗约 1 亿吨。亿吨。如此巨大的如此巨大的减排和节能潜力，减排和节能潜力，已引起各方的关注。已引起各方的关注。因此，因此，逐步降低铁钢比是我国钢铁行业发展的必然趋逐步降低铁钢比是我国钢铁行业发展的必然趋势。当然，高炉使用新型炉料势。当然，高炉使用新型炉料(如废钢、预还如废钢、预还原炉料等原炉料等)和清洁燃料等也是自我完善、和清洁燃料等也是自我完善、增强增强自身生存能力的必要手段，自身生存能力的必要手段，同时深入研究和同时深入研究和开发各种开发各种 CO2 减排工艺和技术也成为高炉炼减排工艺和技术也成为高炉炼铁今后发展的重点任务。铁今后发展的重点任务。冷却器发展及维护冷却器发展及维护 在在1994美国高炉会议上，霍戈文（美国高炉会议上，霍戈文（Hoogvens）专家指出：冷却器的寿命决定高炉的寿命。专家指出：冷却器的寿命决定高炉的寿命。21世世纪钢铁联合公司生存发展的必要条件之一是高炉纪钢铁联合公司生存发展的必要条件之一是高炉寿命达到寿命达到15年年。冷却器寿命是一个系统工程，包括设计、制造、冷却器寿命是一个系统工程，包括设计、制造、施工、操作和维护等施工、操作和维护等。目前我国高炉炉体寿命平均只有目前我国高炉炉体寿命平均只有5年。日本炉容大年。日本炉容大于于3000m3的高炉其平均寿命已大于的高炉其平均寿命已大于10年，千叶厂年，千叶厂6号高炉的寿命己达号高炉的寿命己达18年。年。高炉冷却器是一种特殊的换热器。高炉冷却器是一种特殊的换热器。该种换热器处在固体炉料磨损，渣铁、该种换热器处在固体炉料磨损，渣铁、气体和碱金属的侵蚀及高温气体冲刷的气体和碱金属的侵蚀及高温气体冲刷的恶劣环境下，有时还要遭受高炉崩料产恶劣环境下，有时还要遭受高炉崩料产生的振动冲击。生的振动冲击。从从冷冷却却器器遭遭受受侵侵蚀蚀的的原原因因来来看看，高高温温及及温温度度的的变变化化是是其其它它因因素素对对高高炉炉冷冷却却器器开开始始侵侵蚀蚀的的重重要要基基础础，只只有有当当冷冷却却器器处处在在高高温温时时或或其其温温度度不不断断发发生生变变化化时时，在在冷冷却却器器内内部部才才能能产产生生热热应应力力或或冷冷却却器器处处在在热热应应力力的的疲疲劳劳循循环环之之中中，导导致致在在冷冷却却器器热热面面产产生生裂裂缝缝，随随之之CO、碱碱金金属属及及渣渣铁铁水水侵侵入入，同同时时，机机械械破破坏坏、炉炉料料磨磨损损及及煤煤气气粉粉尘尘冲冲刷刷等等对对冷冷却却器器的的破坏也会加速。破坏也会加速。由由此此可可见见，温温度度及及温温度度的的变变化化是是影影响响冷冷却却器器寿寿命命最主要的原因。最主要的原因。冷却器研究开发 要要想想延延长长高高炉炉寿寿命命，就就必必须须对对高高炉炉炉炉壳壳和和炉炉底底进进行行保保护护，使使其其在在冶冶炼炼过过程程中中保保持持设设计计强强度度。为为了了保保护护高高炉炉炉炉壳壳，采采用用了了炉炉内内冷冷却却办办法法。其其目目的的是是在在热热流流到到达达炉炉壳壳之之前前就就被被冷冷却却介介质质带带走走，使使得得炉炉壳壳内内外外温温差差较较小小免免受受热热应应力侵蚀，所用冷却器有冷却板和冷却壁。力侵蚀，所用冷却器有冷却板和冷却壁。采采用用炉炉内内冷冷却却以以后后，延延长长高高炉炉寿寿命命就就演演变变成成延长冷却器的寿命。延长冷却器的寿命。冷却器研究开发 第第一一座座高高炉炉根根本本就就没没有有进进行行冷冷却却。最最早早的的冷冷却却办办法法是是炉炉外外冷冷却却，即即采采用用喷喷淋淋冷冷却却或或套套筒筒冷冷却却，由由于于以以上上冷冷却却办办法法是是让让巨巨大大的的热热流流首首先先通通过过炉炉内内一一侧侧的的炉炉壳壳，然然后后被被炉炉外外冷冷却却介介质质带带走走，这这就就使使得得高高炉炉炉炉壳壳内内外外温温差差较较大大且且承受了较高的热应力。承受了较高的热应力。冷却器研究开发 第第一一座座高高炉炉根根本本就就没没有有进进行行冷冷却却。最最早早的的冷冷却却办办法法是是炉炉外外冷冷却却，即即采采用用喷喷淋淋冷冷却却或或套套筒筒冷冷却却，由由于于以以上上冷冷却却办办法法是是让让巨巨大大的的热热流流首首先先通通过过炉炉内内一一侧侧的的炉炉壳壳，然然后后被被炉炉外外冷冷却却介介质质带带走走，这这就就使使得得高高炉炉炉炉壳壳内内外外温温差差较较大大且且承受了较高的热应力。承受了较高的热应力。1884年年美美国国才才在在高高炉炉炉炉内内开开始始使使用用青青铜铜冷冷却却板板，1890铜铜冷冷却却板板用用于于冷冷却却炉炉腹腹区区，同同时时在在美美国国试试验验使使用用铸铸铁铁冷冷却却壁壁用用来来冷冷却却高高炉炉风风口口带带，随随后后铜铜冷冷却却箱箱用用在在除除炉炉缸缸之之外外的的高高炉炉其其它部分。它部分。冷却器研究开发 我我国国在在50年年代代采采用用铸铸铁铁冷冷却却套套，以以缩缩短短铜铜冷冷却却板板的的长长度度，同同时时引引进进苏苏联联开开发发的的冷冷却却壁壁并并进进行行消消化化吸吸收收。60年年代代后后期期在在少少数数高高炉炉上上采采用用了了汽汽化化冷冷却却，如如1970年年建建成成的的武武钢钢4号号（2516m3）及及鞍鞍钢钢和和首首钢钢的的高高炉炉。这这种种冷冷却却壁壁本本体体采采用用含含Cr铸铸铁铁，冷冷却却水水管管的的进进水水管管在在下下，水水流流垂垂直直向向上上，排排水水管管在在上上方方，以以满满足足气气化化冷冷却却的的要要求求，镶镶砖砖为为粘粘土土质质，这这就就是是我我国的国的第二代冷却壁第二代冷却壁。1970年年，梅梅山山冶冶金金公公司司由由于于铸铸造造错错误误，未未将将砖砖铸铸入入冷冷却却壁壁，为为补补救救，创创造造了了以以碳碳素素捣捣打打料料代代替替镶镶砖砖。其其结结果果是是改改进进了了镶镶砖砖材材质质，改改变变了了铸铸入入砖砖的的制制造造工工艺。艺。冷却器研究开发 1984年年，北北京京钢钢铁铁设设计计研研究究院院到到西西德德G.H.H.学学习习高高炉炉软软水水密密闭闭循循环环技技术术，请请德德国国专专家家介介绍绍冷冷却却壁壁制制造的要点。造的要点。1987年年武武钢钢5号号高高炉炉借借请请P.W.公公司司及及G.H.H公公司司进进行行高高炉炉软软水水密密闭闭循循环环基基本本设设计计的的机机会会，考考察察了了冷冷却却壁壁制制造造厂厂。根根据据梅梅山山冶冶金金公公司司的的经经验验和和德德国国G.H.H的的冷冷却却壁壁制制造造的的要要点点，进进行行了了研研究究，其其成成果果为为我我国国的的第第三三代代冷冷却却壁壁的的制制造造奠奠定定了了基基础础，并并用用于于1989年年以以后后投投产产的的一一批批高高炉炉中中。我我国国第第三三代代冷冷却却壁壁的的特特点点是是：冷冷却却壁壁本本体体采采用用铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁，冷冷却却水水管管与第二代基本相同，镶砖采用嵌砌的方式。与第二代基本相同，镶砖采用嵌砌的方式。我国新建一批高炉使用第三代冷却壁的情况 我国与新日铁冷却壁的比较 我国目前第三代冷却壁与新日铁第三代冷却壁相我国目前第三代冷却壁与新日铁第三代冷却壁相比差距甚大比差距甚大。冷却板和冷却壁结合冷却板和冷却壁结合的形式，首先是用在冷却板和冷却壁结合的形式，首先是用在1965年年大修的鞍钢大修的鞍钢5、6号高炉上。但由于铸铁的抗热冲号高炉上。但由于铸铁的抗热冲击性差，未能有效地延长高炉寿命。击性差，未能有效地延长高炉寿命。梅山冶金公司梅山冶金公司1号高炉炉身采用冷却板和冷却壁结号高炉炉身采用冷却板和冷却壁结合的形式，自合的形式，自1986年年1月投产以来，没有进行中修，月投产以来，没有进行中修，至至1995年年1月底，高炉寿命己达月底，高炉寿命己达7年零年零9个月，单位个月，单位炉容产量已达炉容产量已达5446t，创造了国内设计制造冷却设创造了国内设计制造冷却设备的高炉不中修的长寿记录。备的高炉不中修的长寿记录。日本在日本在1967年以前还基本使用钢冷却板进行冷却，年以前还基本使用钢冷却板进行冷却，1967年日本从前苏联引进了冷却壁，并进行了技年日本从前苏联引进了冷却壁，并进行了技术改进。术改进。冷却器的形式 冷却器的形式是由其作用决定的。冷却器的形式是由其作用决定的。高高炉炉炉炉内内安安装装冷冷却却器器的的根根本本目目的的就就是是要要阻阻止止炉炉内内热热流流直直接接冲冲刷刷炉炉壳壳，并并在在耐耐火火内内衬衬被被侵侵蚀蚀完完后后，冷冷凝凝渣渣铁铁使使之之形形成成合合理理炉炉型型，为为此此冷冷却却器器的的设设计计就就要要尽尽可可能能地地保保护护其其自自身身免免受受高高温温及及化化学学侵侵蚀蚀并并维维持持较较高高的的力力学学性性能能和和机机械性能。械性能。冷却板的形式 铸铜冷却板 埋入式冷却板和铸铁冷却板 冷却板的形式 冷却板的形式（1 1）冷却板）冷却板 冷冷却却板板有有铸铸铜铜冷冷却却板板、铸铸铁铁冷冷却却板板、埋埋入入式铸铁冷却板等。式铸铁冷却板等。铸铸铜铜冷冷却却板板在在局局部部需需要要加加强强冷冷却却时时采采用用。铸铸铁铁冷冷却却板板在在需需要要保保护护炉炉腰腰托托圈圈时时采采用用。埋埋入入式式铸铸铁铁冷冷却却板板是是在在需需要要起起支支承承内内衬衬作作用用的的部部位位采采用用。冷冷却却板板的的型型式式不不同同，其其作作用用也也有有所不同，使用的部位也就不同。所不同，使用的部位也就不同。冷却箱的形式（2 2）冷却水箱）冷却水箱 目目前前常常用用的的冷冷却却水水箱箱有有铸铸铁铁支支梁梁式式水水箱箱、铸铸铜铜圆圆柱柱形形水水箱箱、青青铜铜扁扁水水箱箱、铸铸铁铁肩肩水水箱箱等。等。支梁式水箱 铸铁扁水箱 青铜扁水箱铸铜圆柱形水箱 冷却水箱使用部位和作用冷却壁的形式（3 3）冷却壁）冷却壁目目前前常常用用的的冷冷却却型型式式有有光光面面冷冷却却壁壁、镶镶砖砖冷冷却壁。却壁。镶砖冷却壁已发展到第四代。镶砖冷却壁已发展到第四代。光面冷却壁光面冷却壁光光面面冷冷却却壁壁的的特特点点是是冷冷却却强强度度大大，一一般般用用于于炉炉底底、炉炉缸缸等等部部位位，在在铁铁口口附附近近采采用用铁铁口口水水冷板以加强铁口冷板以加强铁口 光面冷却壁镶砖冷却壁的形式 镶砖冷却壁镶砖冷却壁目目前前国国内内外外常常用用的的镶镶砖砖冷冷却却壁壁有有第第一一代代第第四代共四代共4 4种。种。制制造造使使用用的的材材质质由由铸铸铁铁改改为为含含CrCr耐耐热热铸铸铁铁，进而发展为球墨铸铁和铜质的。进而发展为球墨铸铁和铜质的。镶砖冷却壁(第一代)镶砖冷却壁(第一代)第第一一代代镶镶的的是是高高铝铝砖砖或或粘粘土土砖砖，有有的的采采用用了了碳碳捣捣等等。砖砖厚厚为为115115150mm150mm。冷冷却却壁壁的的长长度度是是根根据据具具体体情情况况而而定定，但但不不宜宜过过长长，厚厚度度一一般般在在260mm260mm左左右右。水水管管直直径径为为 45 45 X X 6 670 X 60mm70 X 60mm。这这种种冷冷却却壁壁的的缺缺点点是是，冷冷却却壁壁的的四四个个角角部部位位冷冷却却强强度度低低易易于于破破损损，强强度度较较低低，容容易易挂挂渣渣皮，一般用于炉腹、炉腰等部位。皮，一般用于炉腹、炉腰等部位。镶砖冷却壁(第二 代)镶砖冷却壁(第二 代)第第二二代代冷冷却却壁壁是是在在第第一一代代冷冷却却壁壁的的基基础础上上为为加加强强边边角角部部位位的的冷冷却却强强度度，原原斜斜线线布布置置的的水水管管改改为为9090o o角角布布置置。冷冷却却壁壁厚厚度度为为260260280mm280mm，水水管管直直径径为为46X646X670X6mm70X6mm。砖砖厚为厚为7575150mm150mm。这这种种冷冷却却壁壁冷冷却却强强度度不不高高，一一般般用用于于炉炉腹腹、炉炉腰腰、炉炉身身中中下下部部。用用于于炉炉身身中中下下部部时时与与扁扁水箱配合使用效果更好水箱配合使用效果更好。镶砖冷却壁(第三代)镶砖冷却壁(第三代)第第三三代代冷冷却却壁壁是是在在第第二二代代冷冷却却壁壁的的基基础础上上为为了了使使冷冷却却壁壁能能起起到到支支承承砖砖衬衬的的作作用用，增增加加了了凸凸台台，凸凸台台有有设设在在上上部部的的，也也有有设设在在中中部部的的，而而且且在在凸凸台台处处设设两两路路水水管管冷冷却却，以以保保护护凸凸台台，在边角部位设一路水管以加强冷却。在边角部位设一路水管以加强冷却。在在本本体体冷冷却却水水管管由由原原来来一一路路水水管管的的基基础础上上在在背背面面增增设设一一路路水水管管，以以强强化化冷冷却却效效果果。冷冷却却壁壁厚厚度度由由260mm260mm加加到到320mm320mm，砖砖厚厚为为7575150mm150mm。镶镶砖砖的的材材质质由由高高铝铝砖砖、粘粘土土砖砖改改为为SICSIC砖、铝碳砖等性能好的耐火材料。砖、铝碳砖等性能好的耐火材料。镶砖冷却壁(第四代)镶砖冷却壁(第四代)第第四四代代冷冷却却壁壁是是在在第第三三代代冷冷却却壁壁的的基基础础上上，将将冷冷却却壁壁与与部部分分或或全全部部耐耐火火砖砖衬衬结结合合在在一一起起构构成成的的，冷冷却却壁壁厚厚度度达达600600800mm800mm左左右右，镶镶砖砖厚厚度度增增加加到到345345460mm460mm以以上上。镶镶砖砖材材质质为为SiCSiC砖砖、SiSi3 3N N4 4-SiC-SiC砖砖、半半石石墨墨化化SiCSiC砖砖、铝碳砖等。铝碳砖等。冷却水管的布置形式同第三代冷却壁。冷却水管的布置形式同第三代冷却壁。现代大高炉薄壁内衬技术现代大高炉薄壁内衬技术 内衬对延长高炉寿命的作用是有限的，传统内衬对延长高炉寿命的作用是有限的，传统的冷却结构及内衬结构不能满足现代高炉长的冷却结构及内衬结构不能满足现代高炉长寿的要求寿的要求.长寿应从热平衡原理出发，形成稳定的渣皮长寿应从热平衡原理出发，形成稳定的渣皮才是延长高炉寿命，最有效的方法砖壁合一才是延长高炉寿命，最有效的方法砖壁合一薄壁内衬结构，配合以软水密闭循环冷却技薄壁内衬结构，配合以软水密闭循环冷却技术和铜冷却壁技术，可显著延长高炉寿命是术和铜冷却壁技术，可显著延长高炉寿命是现代大高炉发展的主流趋势。现代大高炉发展的主流趋势。薄壁内衬概念薄壁内衬概念 传统高炉内衬，长寿效果并不理想。传统高炉内衬，长寿效果并不理想。内衬侵蚀分为两个阶段内衬侵蚀分为两个阶段:在高炉生产初期，由于内衬过厚，冷却元件冷却在高炉生产初期，由于内衬过厚，冷却元件冷却能力不足，热面温度很高，不易形成牢固的渣皮，能力不足，热面温度很高，不易形成牢固的渣皮，内衬侵蚀脱落很快，称之为快速侵蚀阶段内衬侵蚀脱落很快，称之为快速侵蚀阶段.当内衬侵蚀到当内衬侵蚀到100200mm时，由于冷却作用逐步时，由于冷却作用逐步加强，结渣挂渣条件得到改善，内衬侵蚀速度减加强，结渣挂渣条件得到改善，内衬侵蚀速度减缓，称之为相对稳定阶段。缓，称之为相对稳定阶段。薄壁内衬概念薄壁内衬概念 内衬的寿命实际上主要是由相对稳定阶段所内衬的寿命实际上主要是由相对稳定阶段所决定的。决定的。国外高炉在原料条件、操作条件都非常稳定国外高炉在原料条件、操作条件都非常稳定的情况下，内衬寿命一般也只有的情况下，内衬寿命一般也只有3一一4年，而年，而国内高炉，由于种种原因，原料条件、操作国内高炉，由于种种原因，原料条件、操作条件及内衬材质与国外相比还有相当差距，条件及内衬材质与国外相比还有相当差距，所以内衬的实际寿命就更短。所以内衬的实际寿命就更短。薄壁内衬概念薄壁内衬概念 为了支撑和冷却内衬，传统高炉设置了大量凸台、为了支撑和冷却内衬，传统高炉设置了大量凸台、冷却板或水箱，它们不但影响炉内煤气流的正常冷却板或水箱，它们不但影响炉内煤气流的正常分布，其本身也是高炉长寿的一大障碍。凸台、分布，其本身也是高炉长寿的一大障碍。凸台、冷却板及水箱由于所处位置特殊，承受的热负荷冷却板及水箱由于所处位置特殊，承受的热负荷大，特别是现代高炉实现大喷煤后，由于软熔带大，特别是现代高炉实现大喷煤后，由于软熔带的大幅反翘上移，边缘煤气流更为严重，它们所的大幅反翘上移，边缘煤气流更为严重，它们所承受的热负荷也更为巨大，很容易损坏，它们一承受的热负荷也更为巨大，很容易损坏，它们一旦损坏，不但内衬失去支撑，成片脱落，而且还旦损坏，不但内衬失去支撑，成片脱落，而且还打乱整个水系统的平衡，导致其他冷却元件的联打乱整个水系统的平衡，导致其他冷却元件的联锁破坏。对冷却壁高炉而言，凸台的损坏将对其锁破坏。对冷却壁高炉而言，凸台的损坏将对其冷却壁母体产生极大的连带破坏作用。冷却壁母体产生极大的连带破坏作用。薄壁内衬概念薄壁内衬概念 增加内衬厚度并不能取得明显的长寿效果。增加内衬厚度并不能取得明显的长寿效果。事实上，在高炉一代炉役里，事实上，在高炉一代炉役里，炉墙绝大部分时间炉墙绝大部分时间要靠渣皮来保护要靠渣皮来保护，如何形成稳定坚固的渣皮和提，如何形成稳定坚固的渣皮和提高渣皮脱落后快速恢复的能力才是解决高炉长寿高渣皮脱落后快速恢复的能力才是解决高炉长寿的关键所在。的关键所在。砖壁合一、薄壁内衬技术，从热平衡原理人手，砖壁合一、薄壁内衬技术，从热平衡原理人手，通过提高冷却壁本身的换热能力，改进冷却壁结通过提高冷却壁本身的换热能力，改进冷却壁结构及材质，减薄内衬，提高炉墙的结渣、挂渣能构及材质，减薄内衬，提高炉墙的结渣、挂渣能力，从而达到延长高炉寿命的目的。力，从而达到延长高炉寿命的目的。冷却元件的选型及结构特点冷却元件的选型及结构特点 冷却元件主要有冷却壁和冷却板两大类，两者的冷却元件主要有冷却壁和冷却板两大类，两者的结构有着明显的区别。结构有着明显的区别。冷却壁强调的是对高炉炉壳进行全面保护，其结冷却壁强调的是对高炉炉壳进行全面保护，其结构型式非常适合薄内衬结构。而冷却板所强调的构型式非常适合薄内衬结构。而冷却板所强调的是对内衬的支撑和冷却以及本身的更换，对炉壳是对内衬的支撑和冷却以及本身的更换，对炉壳的保护是点的保护，且炉壳上开孔多而大，降低的保护是点的保护，且炉壳上开孔多而大，降低了炉壳强度，易导致应力集中，引起炉壳变形开了炉壳强度，易导致应力集中，引起炉壳变形开裂。另外，冷却板的结构形式决定了其内衬必然裂。另外，冷却板的结构形式决定了其内衬必然是厚内衬结构形式。是厚内衬结构形式。对于薄壁内衬结构而言，冷却壁是其必然的选择。对于薄壁内衬结构而言，冷却壁是其必然的选择。铸铁砖壁合一冷却壁的三种形式铸铁砖壁合一冷却壁的三种形式（图图1 1）铸铁砖壁合一冷却