第三章高爐冷卻設備3.1冷卻目的

（1）保護爐殼。在正常生產時，高爐爐殼只能在低于80℃的溫度下長期工作，爐內傳出的高溫熱量由冷卻設備帶走85％以上，只由約15％的熱量通過爐殼散失。（2）對耐火材料的冷卻和支承。高爐內耐火材料的表面工作溫度高達1500℃左右，如果沒有冷卻設備，耐火材料在很短的時間內就會被侵蝕或磨損。當耐火內襯被侵蝕后，保護高爐爐殼免受損壞。（3）維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕內型線接近操作爐型，對高爐內煤氣流的合理分布、爐料的順行起到良好的作用。（4）當耐火材料大部分或全部被侵蝕后，爐腰和爐腹能靠冷卻設備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產。第三章高爐冷卻設備3.1冷卻目的（1）保護爐殼13.2冷卻方式和介質1.冷卻方式

目前，高爐冷卻介質常用水、空氣、氣水混合物。即水冷、風冷和氣化冷卻三種。

①水冷：水的熱容量大，導熱能力好，且價廉，易得。故首先被廣泛用于高爐冷卻，尤其工業(yè)水冷卻。但工業(yè)水容易結垢，降低冷卻強度，導致冷卻設備燒壞；同時水量和能耗均大。②風冷：由于空氣熱容量較小，所以風冷一般用于冷卻強度要求不大的部位如爐底。③氣化冷卻：氣化冷卻能克服上述水質上的缺點，但不能對熱流過大的區(qū)域如風口進行有效的冷卻且不易檢漏。所以盡管用水量僅為常規(guī)水冷的1％左右、沒有水垢且可不靠外界能源工作，現(xiàn)在氣冷應用仍不廣泛。

3.2冷卻方式和介質目前，高爐冷22.冷卻水

根據(jù)不同處理方法所得到的冷卻用水分為普通工業(yè)凈化水、軟水和純水。

普通工業(yè)凈化水是天然水經過沉淀及過濾處理后，去掉了水中大部分懸浮物雜質，而溶解雜質并未發(fā)生變化的凈化水。

軟水是將鈉離子經過離子交換劑與水中的鈣、鎂陽離子進行置換，而水中其他的陰離子沒有改變的凈化水。

純水即脫鹽水，純水中陰、陽離子的殘余含量極微，基本上無雜質的凈化水。目前趨勢是發(fā)展軟水或純水密閉循環(huán)冷卻。軟水系統(tǒng)（表3－1水質指標），設備的結垢速率和腐蝕速率都遠低于工業(yè)水，從根本上解決了結垢問題。2.冷卻水根據(jù)不同處理方法所得到的冷卻用水3表3－1水質指標水質項目單位普通工業(yè)凈化水軟水純水懸浮物

溶解固體硬度

堿度

mg/L

mg/Lmmol/Lmmol/L

＜200

＜3.57

5～10＜0.035

4～20

2～300.04～0.1表3－1水質指標水質項目單位普通工業(yè)凈化水軟水純水懸4

1.爐殼外部噴水冷卻此法利用環(huán)形噴水管或其它形式通過爐殼冷卻內襯。高爐在爐役末期冷卻器被燒壞或嚴重脫落時、為維持生產，采用噴水冷卻。寶鋼l號高爐爐底側壁和爐缸為碳磚噴水冷卻結構（圖3-1)；國外也有大高爐爐身、爐腹和爐缸采用碳質內襯配合噴水冷卻；還有使用焊有溝槽外套結構冷卻爐殼的。為提高噴水冷卻效果，必須經常對爐殼進行清洗。3.3冷卻設備

1.爐殼外部噴水冷卻此法利用環(huán)形噴水管或其5圖3-1寶鋼1號高爐爐底側壁和爐缸噴水冷卻示意圖圖3-1寶鋼1號高爐爐底側壁和爐缸噴水冷卻示意圖62.殼內冷卻(1)插入式冷卻器①支梁式水箱被安裝在爐殼與內襯間或內襯中，以增強磚襯的冷卻效果。有插入式冷卻器和冷卻壁兩種。為鑄有無縫鋼管的楔形冷卻器(圖3-2)。因此它有支承上部磚襯的作用，并可維持較厚的磚襯；與冷卻壁相比重量較輕，便于拆換。它多安裝在中型高爐爐身中部用以托磚，常為2～3層，呈棋盤式布置。上下兩層間距600～800mm，同一層相距1300～1700mm。優(yōu)點：冷卻深度較深；缺點：點冷卻；爐役后期，內襯工作面易呈凹凸不平，不利爐料下降；開孔多對爐殼強度和密封也帶來不利影響。2.殼內冷卻(1)插入式冷卻器被安7

②扁水箱多為鑄鐵，內部鑄有無縫鋼管(圖3-3)。一般用于爐身和爐腰。亦呈棋盤式布置，有密排式和一般式，后者層距500～900mm，同一層相距不超過150～500mm。③冷卻板其內采用隔板將冷卻水形成一定的流路，有雙進四路、雙進六路結構型式，圖3-4示出雙進六路結構型式冷卻板。此種冷卻板結構的特點：a.適用于高爐高熱負荷區(qū)的冷卻，采用密集式的布置形式，如寶鋼1號和2號冷卻板層距為312mm；b.冷卻板前端冷卻強度大，不易產生局部沸騰現(xiàn)象；c.當冷卻板前端損壞后可繼續(xù)維持生產；d.雙通道的冷卻水量可根據(jù)高爐生產狀況分別進行調整。②扁水箱多為鑄鐵，內部鑄有無縫鋼管(圖38圖3-2支梁式水箱圖3-2支梁式水箱9圖3-3扁水箱（鑄鋼）圖3-3扁水箱（鑄鋼）10

圖3-4

雙進6路冷卻板圖3-4雙進6路冷卻板11(2)冷卻壁①光面冷卻壁用于爐底和爐缸，其厚度為80～120mm。(圖3-5)②鑲磚冷卻壁用于爐腹及以上，其厚度包括鑲磚在內，一般為250～350mm(冷卻壁厚度120～160mm)，肋高為75～115mm，現(xiàn)趨于減薄。a.有凸臺的異型或“?！毙屠鋮s壁（圖3-6b,c），用于爐腹以上，普通型冷卻壁(圖3-7

a)用于爐腹；b.冷卻壁寬度為700～1500mm，高度視爐殼折點和爐襯情況而定，一般不應大于3000mm；

c.冷卻壁內部所鑄的無縫管一般為ф34*5～ф44.5*6，管子的曲率半徑最小為管徑的兩倍。管距一般在200～250mm范圍。內部鑄有無縫鋼管的鑄鐵板。(2)冷卻壁①光面冷卻壁用于爐底和爐缸，12③冷卻壁特點?與插入式冷卻器相比，不損壞爐殼強度，有良好的密封性；冷卻均勻，爐襯內壁光滑；同時異型或“?！毙屠鋮s壁有支托上部磚襯作用。適宜用于頂壓達0.2～0.25MPa的高爐。?它損壞時不能更換，故需輔以噴水冷卻；此外也不宜厚爐墻。④冷卻壁發(fā)展（圖3－7新日鐵四代冷卻壁

）?材質：一般鑄鐵→高韌性球墨鑄鐵→鑄鋼→銅質。?冷卻水管：水管直徑增大，采用高水速；將進出水頭由單進單出改為多進多出；將冷卻壁四角部分管子彎成直角；將單層水管改為雙層水管；增加拐角水管。?鑄造前冷卻水管噴涂保護層。?用軟水③冷卻壁特點?與插入式冷卻器相比，不損壞爐殼強度，有良好的密13圖3-5光面冷卻壁圖3-5光面冷卻壁14圖3-6冷卻壁圖3-6冷卻壁15圖3－7新日鐵第四代冷卻壁

圖3－7新日鐵第四代冷卻壁16(3)銅冷卻壁（圖3-8）項目鑄鐵冷卻壁銅冷卻壁冷卻效果由于水管位置距角部和邊緣有要求，冷卻效果差，易損壞鉆孔時距壁角和邊緣部位的距離可縮短，使二部位的冷卻效果好冷卻水管鑄入壁內，有隔熱層存在在壁內鉆孔，無隔熱層存在壁間距離相鄰兩壁之間有30～40mm寬的縫隙，此部位冷卻條件很差相鄰兩壁之間距離可縮小到10mm熱導率62.8W/(m·k)360W/(m·k)表3－2(3)銅冷卻壁（圖3-8）項目鑄鐵冷卻壁銅冷卻壁冷卻效果17圖3－8銅冷卻壁圖3－8銅冷卻壁18(4)板壁結合冷卻結構（圖3－9）為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和爐殼的保護，在國內外一些高爐的爐身部位采用了冷卻板和冷卻壁交錯布置的板壁結合冷卻結構。千葉6號高爐(4500m3)，梅山（1250m3)

。

圖3－9板壁結合冷卻結構(4)板壁結合冷卻結構（圖3－9）為了緩解193.冷卻管

用于爐底冷卻。組合形式有兩種。一種是介質由中心往外徑向輻射式的流動；另一種是介質由一側通過平行管道流向另一側。在管子的末端都設有閘閥，以便控制流經每根管子的冷卻介質。同時從散熱角度看，中間管子宜密排，邊緣可疏排。冷卻介質為水或風。

圖3-10為寶鋼1號高爐水冷爐底結構

圖3-11為高爐爐底水冷管配置圖

3.冷卻管用于爐底冷卻。組合形式有兩種。一種20圖3-11寶鋼1號高爐水冷爐底結構1.上屋橫梁；2.壓漿孔；3.碳質不定形耐火材料4.粘土質不定形耐火材料；5－下層橫梁；6－混凝土圖3-11寶鋼1號高爐水冷爐底結構1.上屋橫梁；2.壓21圖3-12高爐爐底水冷管配置圖圖3-12高爐爐底水冷管配置圖224.鐵口、渣口、風口區(qū)域等冷卻(1)鐵口過去不冷卻，現(xiàn)在鐵口上方及兩側埋設水冷板水冷。(2)渣口一般為4個套組成，即渣口大套、二套、三套和渣口小套

，其裝置形式如圖3-13所示。渣口小套用紫銅或青銅焊成或鑄成；渣口直徑為50—60mm。渣口三套為青銅鑄成的冷卻套。渣口二套和大套為生鐵鑄成，其內部均鑄有蛇形冷卻水管。(3)風口風口一般也由大、中、小3個套組成。中小套常用紫銅鑄成空腔式。風口大套一般都用鑄鐵，其內鑄有蛇形管。大、中、小套裝配形式示于圖3-14。風口小套易損壞，造成頻繁休風，對大高爐威脅更大，后面將重點介紹其改進。4.鐵口、渣口、風口區(qū)域等冷卻(1)鐵口過去不冷23圖3-13渣口裝置示意圖1.渣口小套2.渣口三套3.渣口二套4.渣口大套5-冷卻水管6.爐皮7、8.大套法蘭9、10.固定楔11擋桿圖3-13渣口裝置示意圖1.渣口小套2.渣口三套24圖3-14風口裝置示意圖1－風口中套冷水管；2－風口大套密封罩；3－爐殼；4－抽氣孔；5－風口大套；6－灌泥漿孔；7－風口小套冷水管；8－風口小套；9－風口小套壓緊裝置；10－灌泥漿孔；11－風口法蘭；12－風口中套壓緊裝置；13－風口中套

圖3-14風口裝置示意圖1－風口中套冷水管；2－風口大253.3冷卻器的熱工原理1.熱平衡(1)熱平衡公式冷卻器帶走的熱量要和高爐相應部分的熱流強度相適應。

q·S=A.·V△T·4.18·103·3600q—熱流強度kJ/m2?hS—冷卻面積m2A—水管通道面積m2V—水在管道中流速m/sec4.18·103—水的比熱kJ/m3?℃,3600—時·秒單位換算系數(shù)，對已定高爐S=constant,△T—進出水溫差℃?！嗬鋮s水量Q(A·V)是熱流強度和水溫差決定的，即Q=A·V=f(q，△T)。或△T=f(q，Q)各種高爐各部位熱流強度不同，3.3冷卻器的熱工原理冷卻器帶走的熱量要和高爐相應部分的26(2)爐墻導熱公式：式中：S磚—內襯厚度，m；

λ磚—內襯磚傳熱系數(shù)，kJ/(m?h?℃)，＝1左右；α水—水和管壁間的對流給熱系數(shù)，約為8372～12560kJ/(m2?h?℃)；△t=t1-t2t1—爐墻內襯溫度

t2—冷卻水溫(2)爐墻導熱公式：式中：27分析：①∵α水很大，∴對爐墻散熱而言，起主導作用的不是水與管壁之間的熱交換，而是內襯熱阻。如0.5m內襯，后面留有水管冷卻，內襯熱阻為S磚/λ磚=0.5/4.18=0.12(m2?℃)/kJ，水和管壁間熱阻為1/8372=0.00012(m2?℃)/kJ，兩者相差1000倍，∴忽略1/α水。當△t=constant，這時，影響熱流強度q的因素主要是內襯，而不是冷卻介質。②但S磚→0時，這時不能忽略1/α水，∵S磚/λ磚值已很小。當△t=constant，q↗。A·V·△T=f(q)這時↗水量是合理的。一般而言，主要是↗△T。分析：①∵α水很大，∴對爐墻散熱而言，起主導作用的不是水與28(3)提高△T受到的限制①進水溫度夏季高，冬季低②出水溫度因水中含鈣、鎂、鋅類，當溫度高過一定時（50℃~60℃），鈣、鎂等沉淀形成水垢，明顯地惡化冷卻器導熱性能，所以出水溫度只能小于這一溫度。③熱流的波動幅度△T許=φ（t出-t進）t出—水的穩(wěn)定溫度，即出水溫度℃t進—水的進水溫度,℃對一定水質，△T許取決于t進，∴夏天用水多是合理的。安全系數(shù)φ是一個考慮到熱流和侵蝕條件不同的后備系數(shù)。

(3)提高△T受到的限制①進水溫度夏季高，冬29表3-3φ，表3-4△T許部位爐腹、身風口帶渣口以下渣口小套后備系數(shù)0.4~0.60.15~0.30.08~0.150.3~0.4部位50m3100m3255m3620m3>1000m3爐身上部10~1410~1410~16爐身下部10~1410~1410~148~12爐腰10~1410~148~123~127~12爐腹10~1610~143~127~10風口帶4~64~64~63~53~5爐缸<4<4<4<4<4風渣口大套3~53~53~53~55~6風渣口二套3~53~53~53~57~8表3-3安全系數(shù)φ表3-4高爐各部分水溫差允許范圍△T許℃表3-3φ，表3-4△T許部位爐腹、身風口帶渣口以下302.冷卻水流速與沉淀(1)保證冷卻水流速的意義①避免由于局部過熱、沸騰，產生氣泡，影響傳熱，圖3-15；②避免由于溫度過高，產生鈣、鎂等沉淀，產生水垢。

λ垢=4.2~8.4kj/(m?h?℃)，相當于在冷卻器表面砌一薄層粘土磚。水垢厚度與溫度降、熱流強度間的關系見圖3-16。③防止懸浮物沉積。水中機械懸浮物顆粒大小與不沉淀的最低流速關系見表3-5。(2)影響水與管壁熱交換的因素①管壁表面的幾何因素②水的物性參數(shù)③熱的推動力△t

④水流速度

2.冷卻水流速與沉淀(1)保證冷卻水流速的意義31綜上所述，冷卻器合理水量可用熱平衡方法求得，再①按管子直徑、水頭數(shù)換算成水速，結合使用部位的熱流強度，看該冷卻器是否不在局部沸騰區(qū)；②結合水質，保證水中機械懸浮物不沉淀。

見圖3-17

綜上所述，冷卻器合理水量可用熱平衡方法求得，再32圖3-15水流速度、欠熱度對局部沸騰和燒毀點的影響欠熱度：表示水溫，越高，表示水溫越低。△T：冷卻壁壁面和水的溫差。AB段：單相流體的強制對流換熱，無氣相。B點：局部沸騰開始，為核胞沸騰，雖然水的主體是欠熱的。BC段：能忍受極大的熱流而只造成壁面微小的升溫。為雙相流傳熱。C點：進入膜態(tài)沸騰，稱為燒毀點。1.流速提高，B點向右，向上推移，2.水的欠熱度是有用的。圖3-15水流速度、欠熱度對局部沸騰和燒毀點的影響欠熱度33圖3－16水垢厚度與溫度降、熱流強度間的關系

圖3－16水垢厚度與溫度降、熱流強度間的關系34表3-5顆粒大小與不沉淀的最低流速關系顆粒大小，mm0.10.30.51.03.04.05.0水速，m/s0.020.060.10.20.30.50.8目前濾水器網(wǎng)孔：4～6mm，故V＞0.5—0.8m/s,一般不發(fā)生沉淀。表3-5顆粒大小與不沉淀的最低流速關系顆粒大35圖3-17冷卻器熱流和產生局部沸騰水速的關系（水管直徑=0.032m)圖3-17冷卻器熱流和產生局部沸騰水速的關系363.水壓要求

冷卻水壓力的大小，決定于冷卻器的阻損和爐內壓力。高爐風口平臺濾水器出口最低水壓保持比風壓高50％，一般要求風渣口內的水壓應高于熱風壓力100kpa，冷卻設備內的水壓要比該處靜壓高50kpa。以免煤氣倒灌，燒壞設備等。3.水壓要求冷卻水壓力的大小，決定于冷卻器的阻損和373.4風口小套冷卻及氣化冷卻1.風口小套冷卻(1)風口冷卻的重要性①熱交換強烈②破損后大量漏水，造成爐涼甚至爐缸凍結。破損原因：?焦炭、鐵渣的機械沖刷、磨損?強烈的熱流熔化(2)風口構造與改進①空腔式V<0.7m/s②雙室式圖3-18

③螺旋式④貫流式圖3-193.4風口小套冷卻及氣化冷卻(1)風口冷卻的重要性38圖3-18雙室式風口結構示意圖圖3-18雙室式風口結構示意圖39圖3-19寶鋼1號高爐貫流式風口

區(qū)域ⅠⅡⅢⅣ斷面積，cm25.47.47.411.1冷卻水流速，m/s16.912.312.38.21--前段；2--熱電偶；3--后座圖3-19寶鋼1號高爐貫流式風口區(qū)域Ⅰ402.氣化冷卻（自學）(1)原理：利用接近飽和溫度的水在氣化時大量吸熱的原理，供冷卻元件冷卻。液態(tài)水的比熱：1*4.187kj/kg?℃氣化熱：539*4.187kj/kg圖3-20氣化冷卻自然循環(huán)原理示意圖U型管p上=p包-h?r混

kg/m2p下=p包-h?r水kg/m2△p=p上-p下=h?(r水-r混)

△p即循環(huán)系統(tǒng)推動力，實現(xiàn)自然循環(huán)。2.氣化冷卻（自學）(1)原理：利用接近飽和溫度的水在氣化時41(2)氣化冷卻的特點①可以節(jié)約大量用水②使用軟化水，可防水垢③可隨每個回路熱負荷的變化，自己調劑給水速率，與元件熱負荷相適應。停電時，延長一小時用水。④可以回收蒸汽，做為二次能量利用。但氣化冷卻尚待完善，現(xiàn)在使用的不多。(2)氣化冷卻的特點42

3.5合理的冷卻制度的討論合理冷卻制度應該是：①高爐各部位的用水量與其熱負荷相適應；②冷卻器內水速、水量和水質與冷卻器結構相適應；③水質合乎要求，進出水溫差適當。爐身下部、爐腰、爐腹長壽措施次序當前高爐長壽主要是指爐身下部、爐腰、爐腹的長壽，采用技術措施的次序應該是：①改善冷卻水的質量；②改進冷卻器的結構；③采用合乎要求的新型耐火材料。3.5合理的冷卻制度的討論合理冷卻制度應該是：43第三章高爐冷卻設備3.1冷卻目的

（1）保護爐殼。在正常生產時，高爐爐殼只能在低于80℃的溫度下長期工作，爐內傳出的高溫熱量由冷卻設備帶走85％以上，只由約15％的熱量通過爐殼散失。（2）對耐火材料的冷卻和支承。高爐內耐火材料的表面工作溫度高達1500℃左右，如果沒有冷卻設備，耐火材料在很短的時間內就會被侵蝕或磨損。當耐火內襯被侵蝕后，保護高爐爐殼免受損壞。（3）維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕內型線接近操作爐型，對高爐內煤氣流的合理分布、爐料的順行起到良好的作用。（4）當耐火材料大部分或全部被侵蝕后，爐腰和爐腹能靠冷卻設備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產。第三章高爐冷卻設備3.1冷卻目的（1）保護爐殼443.2冷卻方式和介質1.冷卻方式

目前，高爐冷卻介質常用水、空氣、氣水混合物。即水冷、風冷和氣化冷卻三種。

①水冷：水的熱容量大，導熱能力好，且價廉，易得。故首先被廣泛用于高爐冷卻，尤其工業(yè)水冷卻。但工業(yè)水容易結垢，降低冷卻強度，導致冷卻設備燒壞；同時水量和能耗均大。②風冷：由于空氣熱容量較小，所以風冷一般用于冷卻強度要求不大的部位如爐底。③氣化冷卻：氣化冷卻能克服上述水質上的缺點，但不能對熱流過大的區(qū)域如風口進行有效的冷卻且不易檢漏。所以盡管用水量僅為常規(guī)水冷的1％左右、沒有水垢且可不靠外界能源工作，現(xiàn)在氣冷應用仍不廣泛。

3.2冷卻方式和介質目前，高爐冷452.冷卻水

根據(jù)不同處理方法所得到的冷卻用水分為普通工業(yè)凈化水、軟水和純水。

普通工業(yè)凈化水是天然水經過沉淀及過濾處理后，去掉了水中大部分懸浮物雜質，而溶解雜質并未發(fā)生變化的凈化水。

軟水是將鈉離子經過離子交換劑與水中的鈣、鎂陽離子進行置換，而水中其他的陰離子沒有改變的凈化水。

純水即脫鹽水，純水中陰、陽離子的殘余含量極微，基本上無雜質的凈化水。目前趨勢是發(fā)展軟水或純水密閉循環(huán)冷卻。軟水系統(tǒng)（表3－1水質指標），設備的結垢速率和腐蝕速率都遠低于工業(yè)水，從根本上解決了結垢問題。2.冷卻水根據(jù)不同處理方法所得到的冷卻用水46表3－1水質指標水質項目單位普通工業(yè)凈化水軟水純水懸浮物

溶解固體硬度

堿度

mg/L

mg/Lmmol/Lmmol/L

＜200

＜3.57

5～10＜0.035

4～20

2～300.04～0.1表3－1水質指標水質項目單位普通工業(yè)凈化水軟水純水懸47

1.爐殼外部噴水冷卻此法利用環(huán)形噴水管或其它形式通過爐殼冷卻內襯。高爐在爐役末期冷卻器被燒壞或嚴重脫落時、為維持生產，采用噴水冷卻。寶鋼l號高爐爐底側壁和爐缸為碳磚噴水冷卻結構（圖3-1)；國外也有大高爐爐身、爐腹和爐缸采用碳質內襯配合噴水冷卻；還有使用焊有溝槽外套結構冷卻爐殼的。為提高噴水冷卻效果，必須經常對爐殼進行清洗。3.3冷卻設備

1.爐殼外部噴水冷卻此法利用環(huán)形噴水管或其48圖3-1寶鋼1號高爐爐底側壁和爐缸噴水冷卻示意圖圖3-1寶鋼1號高爐爐底側壁和爐缸噴水冷卻示意圖492.殼內冷卻(1)插入式冷卻器①支梁式水箱被安裝在爐殼與內襯間或內襯中，以增強磚襯的冷卻效果。有插入式冷卻器和冷卻壁兩種。為鑄有無縫鋼管的楔形冷卻器(圖3-2)。因此它有支承上部磚襯的作用，并可維持較厚的磚襯；與冷卻壁相比重量較輕，便于拆換。它多安裝在中型高爐爐身中部用以托磚，常為2～3層，呈棋盤式布置。上下兩層間距600～800mm，同一層相距1300～1700mm。優(yōu)點：冷卻深度較深；缺點：點冷卻；爐役后期，內襯工作面易呈凹凸不平，不利爐料下降；開孔多對爐殼強度和密封也帶來不利影響。2.殼內冷卻(1)插入式冷卻器被安50

②扁水箱多為鑄鐵，內部鑄有無縫鋼管(圖3-3)。一般用于爐身和爐腰。亦呈棋盤式布置，有密排式和一般式，后者層距500～900mm，同一層相距不超過150～500mm。③冷卻板其內采用隔板將冷卻水形成一定的流路，有雙進四路、雙進六路結構型式，圖3-4示出雙進六路結構型式冷卻板。此種冷卻板結構的特點：a.適用于高爐高熱負荷區(qū)的冷卻，采用密集式的布置形式，如寶鋼1號和2號冷卻板層距為312mm；b.冷卻板前端冷卻強度大，不易產生局部沸騰現(xiàn)象；c.當冷卻板前端損壞后可繼續(xù)維持生產；d.雙通道的冷卻水量可根據(jù)高爐生產狀況分別進行調整。②扁水箱多為鑄鐵，內部鑄有無縫鋼管(圖351圖3-2支梁式水箱圖3-2支梁式水箱52圖3-3扁水箱（鑄鋼）圖3-3扁水箱（鑄鋼）53

圖3-4

雙進6路冷卻板圖3-4雙進6路冷卻板54(2)冷卻壁①光面冷卻壁用于爐底和爐缸，其厚度為80～120mm。(圖3-5)②鑲磚冷卻壁用于爐腹及以上，其厚度包括鑲磚在內，一般為250～350mm(冷卻壁厚度120～160mm)，肋高為75～115mm，現(xiàn)趨于減薄。a.有凸臺的異型或“Γ”型冷卻壁（圖3-6b,c），用于爐腹以上，普通型冷卻壁(圖3-7

a)用于爐腹；b.冷卻壁寬度為700～1500mm，高度視爐殼折點和爐襯情況而定，一般不應大于3000mm；

c.冷卻壁內部所鑄的無縫管一般為ф34*5～ф44.5*6，管子的曲率半徑最小為管徑的兩倍。管距一般在200～250mm范圍。內部鑄有無縫鋼管的鑄鐵板。(2)冷卻壁①光面冷卻壁用于爐底和爐缸，55③冷卻壁特點?與插入式冷卻器相比，不損壞爐殼強度，有良好的密封性；冷卻均勻，爐襯內壁光滑；同時異型或“Γ”型冷卻壁有支托上部磚襯作用。適宜用于頂壓達0.2～0.25MPa的高爐。?它損壞時不能更換，故需輔以噴水冷卻；此外也不宜厚爐墻。④冷卻壁發(fā)展（圖3－7新日鐵四代冷卻壁

）?材質：一般鑄鐵→高韌性球墨鑄鐵→鑄鋼→銅質。?冷卻水管：水管直徑增大，采用高水速；將進出水頭由單進單出改為多進多出；將冷卻壁四角部分管子彎成直角；將單層水管改為雙層水管；增加拐角水管。?鑄造前冷卻水管噴涂保護層。?用軟水③冷卻壁特點?與插入式冷卻器相比，不損壞爐殼強度，有良好的密56圖3-5光面冷卻壁圖3-5光面冷卻壁57圖3-6冷卻壁圖3-6冷卻壁58圖3－7新日鐵第四代冷卻壁

圖3－7新日鐵第四代冷卻壁59(3)銅冷卻壁（圖3-8）項目鑄鐵冷卻壁銅冷卻壁冷卻效果由于水管位置距角部和邊緣有要求，冷卻效果差，易損壞鉆孔時距壁角和邊緣部位的距離可縮短，使二部位的冷卻效果好冷卻水管鑄入壁內，有隔熱層存在在壁內鉆孔，無隔熱層存在壁間距離相鄰兩壁之間有30～40mm寬的縫隙，此部位冷卻條件很差相鄰兩壁之間距離可縮小到10mm熱導率62.8W/(m·k)360W/(m·k)表3－2(3)銅冷卻壁（圖3-8）項目鑄鐵冷卻壁銅冷卻壁冷卻效果60圖3－8銅冷卻壁圖3－8銅冷卻壁61(4)板壁結合冷卻結構（圖3－9）為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和爐殼的保護，在國內外一些高爐的爐身部位采用了冷卻板和冷卻壁交錯布置的板壁結合冷卻結構。千葉6號高爐(4500m3)，梅山（1250m3)

。

圖3－9板壁結合冷卻結構(4)板壁結合冷卻結構（圖3－9）為了緩解623.冷卻管

用于爐底冷卻。組合形式有兩種。一種是介質由中心往外徑向輻射式的流動；另一種是介質由一側通過平行管道流向另一側。在管子的末端都設有閘閥，以便控制流經每根管子的冷卻介質。同時從散熱角度看，中間管子宜密排，邊緣可疏排。冷卻介質為水或風。

圖3-10為寶鋼1號高爐水冷爐底結構

圖3-11為高爐爐底水冷管配置圖

3.冷卻管用于爐底冷卻。組合形式有兩種。一種63圖3-11寶鋼1號高爐水冷爐底結構1.上屋橫梁；2.壓漿孔；3.碳質不定形耐火材料4.粘土質不定形耐火材料；5－下層橫梁；6－混凝土圖3-11寶鋼1號高爐水冷爐底結構1.上屋橫梁；2.壓64圖3-12高爐爐底水冷管配置圖圖3-12高爐爐底水冷管配置圖654.鐵口、渣口、風口區(qū)域等冷卻(1)鐵口過去不冷卻，現(xiàn)在鐵口上方及兩側埋設水冷板水冷。(2)渣口一般為4個套組成，即渣口大套、二套、三套和渣口小套

，其裝置形式如圖3-13所示。渣口小套用紫銅或青銅焊成或鑄成；渣口直徑為50—60mm。渣口三套為青銅鑄成的冷卻套。渣口二套和大套為生鐵鑄成，其內部均鑄有蛇形冷卻水管。(3)風口風口一般也由大、中、小3個套組成。中小套常用紫銅鑄成空腔式。風口大套一般都用鑄鐵，其內鑄有蛇形管。大、中、小套裝配形式示于圖3-14。風口小套易損壞，造成頻繁休風，對大高爐威脅更大，后面將重點介紹其改進。4.鐵口、渣口、風口區(qū)域等冷卻(1)鐵口過去不冷66圖3-13渣口裝置示意圖1.渣口小套2.渣口三套3.渣口二套4.渣口大套5-冷卻水管6.爐皮7、8.大套法蘭9、10.固定楔11擋桿圖3-13渣口裝置示意圖1.渣口小套2.渣口三套67圖3-14風口裝置示意圖1－風口中套冷水管；2－風口大套密封罩；3－爐殼；4－抽氣孔；5－風口大套；6－灌泥漿孔；7－風口小套冷水管；8－風口小套；9－風口小套壓緊裝置；10－灌泥漿孔；11－風口法蘭；12－風口中套壓緊裝置；13－風口中套

圖3-14風口裝置示意圖1－風口中套冷水管；2－風口大683.3冷卻器的熱工原理1.熱平衡(1)熱平衡公式冷卻器帶走的熱量要和高爐相應部分的熱流強度相適應。

q·S=A.·V△T·4.18·103·3600q—熱流強度kJ/m2?hS—冷卻面積m2A—水管通道面積m2V—水在管道中流速m/sec4.18·103—水的比熱kJ/m3?℃,3600—時·秒單位換算系數(shù)，對已定高爐S=constant,△T—進出水溫差℃。∴冷卻水量Q(A·V)是熱流強度和水溫差決定的，即Q=A·V=f(q，△T)。或△T=f(q，Q)各種高爐各部位熱流強度不同，3.3冷卻器的熱工原理冷卻器帶走的熱量要和高爐相應部分的69(2)爐墻導熱公式：式中：S磚—內襯厚度，m；

λ磚—內襯磚傳熱系數(shù)，kJ/(m?h?℃)，＝1左右；α水—水和管壁間的對流給熱系數(shù)，約為8372～12560kJ/(m2?h?℃)；△t=t1-t2t1—爐墻內襯溫度

t2—冷卻水溫(2)爐墻導熱公式：式中：70分析：①∵α水很大，∴對爐墻散熱而言，起主導作用的不是水與管壁之間的熱交換，而是內襯熱阻。如0.5m內襯，后面留有水管冷卻，內襯熱阻為S磚/λ磚=0.5/4.18=0.12(m2?℃)/kJ，水和管壁間熱阻為1/8372=0.00012(m2?℃)/kJ，兩者相差1000倍，∴忽略1/α水。當△t=constant，這時，影響熱流強度q的因素主要是內襯，而不是冷卻介質。②但S磚→0時，這時不能忽略1/α水，∵S磚/λ磚值已很小。當△t=constant，q↗。A·V·△T=f(q)這時↗水量是合理的。一般而言，主要是↗△T。分析：①∵α水很大，∴對爐墻散熱而言，起主導作用的不是水與71(3)提高△T受到的限制①進水溫度夏季高，冬季低②出水溫度因水中含鈣、鎂、鋅類，當溫度高過一定時（50℃~60℃），鈣、鎂等沉淀形成水垢，明顯地惡化冷卻器導熱性能，所以出水溫度只能小于這一溫度。③熱流的波動幅度△T許=φ（t出-t進）t出—水的穩(wěn)定溫度，即出水溫度℃t進—水的進水溫度,℃對一定水質，△T許取決于t進，∴夏天用水多是合理的。安全系數(shù)φ是一個考慮到熱流和侵蝕條件不同的后備系數(shù)。

(3)提高△T受到的限制①進水溫度夏季高，冬72表3-3φ，表3-4△T許部位爐腹、身風口帶渣口以下渣口小套后備系數(shù)0.4~0.60.15~0.30.08~0.150.3~0.4部位50m3100m3255m3620m3>1000m3爐身上部10~1410~1410~16爐身下部10~1410~1410~148~12爐腰10~1410~148~123~127~12爐腹10~1610~143~127~10風口帶4~64~64~63~53~5爐缸<4<4<4<4<4風渣口大套3~53~53~53~55~6風渣口二套3~53~53~53~57~8表3-3安全系數(shù)φ表3-4高爐各部分水溫差允許范圍△T許℃表3-3φ，表3-4△T許部位爐腹、身風口帶渣口以下732.冷卻水流速與沉淀(1)保證冷卻水流速的意義①避免由于局部過熱、沸騰，產生氣泡，影響傳熱，圖3-15；②避免由于溫度過高，產生鈣、鎂等沉淀，產生水垢。

λ垢=4.2~8.4kj/(m?h?℃)，相當于在冷卻器表面砌一薄層粘土磚。水垢厚度與溫度降、熱流強度間的關系見圖3-16。③防止懸浮物沉積。水中機械懸浮物顆粒大小與不沉淀的最低流速關系見表3-5。(2)影響水與管壁熱交換的因素①管壁表面的幾何因素②水的物性參數(shù)③熱的推動力△t

④水流速度

2.冷卻水流速與沉淀(1)保證冷卻水流速的意義74綜上所述，冷卻器合理水量可用熱平衡方法求得，再①按管子直徑、水頭數(shù)換算成水速，結合使用部位的熱流強度，看該冷卻器是否不在局部沸騰區(qū)；②結合水質，保證水中機械懸浮物不沉淀。

見圖3-17

綜上所述，冷卻器合理水量可用熱平衡方法求得，再75圖3-15水流速度、欠熱度對局部沸騰和燒毀點的影響欠熱度：表示水溫，越高，表示水溫越低?！鱐：冷卻壁壁面和水的溫差。AB段：單相流體的強制對流換熱，無氣相。B點：局部沸騰開始，為核胞沸騰