高炉炉缸冷却水的设计

　　在高炉强化冶炼条件下，炉缸寿命已成为高炉长寿技术的一个限制性环节。炉缸的组成主要包括耐材和冷却系统。炉缸耐材在一代炉役中，对炉缸寿命有着重要的影响;而冷却水系统的主要作用是带走炉缸传出的热量，使炉壳在正常温度下工作，保护炉壳。根据计算，在炉缸炉壳侧壁传出的热量，洒水冷却时是自然冷却的1.33倍;对于炭砖热面温度，洒水冷却比自然冷却低95℃;对于炉壳温度，自然冷却的温度达417℃，而洒水冷却只有56℃。洒水冷却的炉壳温度比自然冷却的炉壳温度有显著降低，说明冷却水对维护炉缸安全生产具有重要的作用。因此，中冶赛迪公司对高炉炉缸冷却水的设计进行了研究。
　　炉缸冷却系统的型式主要有3种方式：冷却壁冷却、洒水冷却和槽板冷却。对冷却壁冷却这种方式，炉缸内热量传递的路径主要有两部分：大部分热量通过冷却水带走;一小部分热量通过炉壳向大气散热。洒水冷却和槽板冷却，虽然冷却形式有些不同，但这两种冷却方式都是在炉壳外冷却，炉内热量通过的传热体系却基本相同。
　　按照热流计算公式，冷却水温度越低，越有利于热量的传出。一般改变水温的措施主要有两种：一是直接改变供水温度;二是改变冷却水流速和水量。
　　一.炉缸冷却水温的影响与控制。根据计算，冷却水温对炉内传出热量、炭砖热面温度、冷却壁温度的影响都呈线性关系，在水速为2.0m/s的条件下，冷却水温每降低1℃，炉内传出热流密度增大10W/m2，但炭砖热面温度仅降低0.2℃，冷却壁热面温度也只降低0.8℃左右。由于水温本身的变化范围较小，因此对炉内热量的传出影响也比较小。所以，在实际可调整的水温范围内，通过降低水温来增大冷却效果作用是有限的。虽然热流与冷却水温变化是线性关系，但通过推导可得出这样的结论：传热体系中任一部分的温度降低幅度均低于水温的降低幅度。
　　二.冷却水量及流速的影响与控制。改变冷却水量，比如在冷却壁串联水路中，通过增大水量来降低后面冷却设备的进水温度，从而增强冷却效果。根据计算结果，增大1倍的水量，可把水温差降低1倍。假定原温差为4℃，水量增大1倍后，水温差变为2℃了。如果进水温度不变，则出水温度降低2℃，也就是说串联水路后面冷却设备中冷却水的温度降低2℃。但增大水量，需要增加投资和运行成本。根据计算，在一定的水速以下下，随着冷却水速的增大，炉内传出热量增大，炭砖热面温度及冷却壁温度减小，影响比较明显;但超过这个水速之后，变化就变得平缓。在铁水温度=1500℃;铸铁冷却壁厚度=160mm;碳捣料厚度=0.1m;炭砖厚=0.8m;冷却水温度=30℃条件下，炉缸冷却水速取为2.0m/s较为合适。