VoL.24 No.I 程素森等：长寿高炉冷却器加置方式的计算传热学分析 ·17 1320 400 热面（镶砖部分）最高温度 ● 300 金 240 通过冷却继热面热流 200 200 热（制肋）最高温度 100 160 1000110012001300140015001600 图4：=1500℃时，不同砖村厚度的炉墙温度场分布 t/C Fig.4 Temperature distribution in blast furnace wall vs the 图5气流温度对铜冷却壁热面温度和热流密度影响 thickness of brick lining,t=I 500 C 温度场的影响.从图3和图4中可以看到，较厚 Fig.5 Influence of blast furnace gas temperature on hot surface temperature and heat flux of copper atave 砖衬(190mm),即冷却板伸出长度较长时，砖衬 】200 110 内部的温度将大于870℃：，只有镶砖厚度较薄 105 1000 漆皮热面最高温度 时(47.5mm),才能保证砖衬温度低于870℃.从 800 95 图4中可以看到，当炉内煤气流温度达到1500℃ 600 善 时，板壁结合冷却器前端的砖衬温度仍能保持 通过冷却罐热而热流 400 在870℃以下，因此板壁结合冷却器可以安装 75 200 热而（铜肋）最高温度 在炉身下部或炉腰部位.图3和图4表明，冷却 65 板伸出冷却壁前的长度不是越长越好 1000110012001300140015001600 (3)单层钻孔铜冷却壁.铜冷却壁具有极其 t/℃ 良好的热工性能.计算的热流密度与铜冷却壁 图6气流温度对铜冷却壁热面温度和热流密度影啸 本体的最高温度值的关系见图5.对于热面裸 Fig.6 Influence of blast furnace gas temperature on hot surface temperature and heat flux of copper stave 露的铜壁，当热流密度达到240kWm2,铜冷却 壁本体的最高温度不超过200℃.在如此低的 失.当铜冷却壁热面附着一层凝周的渣铁壳时， 温度情况下，冷却壁的热面是极易挂渣的. 被冷却水带走的热量和通过炉壳散失的热量将 铜的导热系数大于300W(m℃)，比铸铁高 会大大减小.即铜壁的热阻比铸铁壁的热阻小 10倍左右，而且铜冷却壁不铸入水管，因而消 10倍，但是散失的热量两者相差不多 除了壁体与管的间隙热阻，不仅降低了冷却壁 铜的抗拉强度和屈服强度随着铜的温度的 本体的温度差和由此而引起的温度应力，而且 提高迅速下降.如果长期将铜壁棵露在炙热的 有利于热面形成能够保护冷却壁自身的渣皮， 煤气流中是十分危险的.铜冷却设备的表面必 减少了炉内的热损失.理论计算或高炉实测结 须有砖村或疑固的渣铁生成的保护层，因此将 果都表明，铜冷却壁丁作的可靠性要比铸铁冷 铜冷却壁安装在有液态渣铁形成的高炉炉墙区 却壁高得多.图6给出了冷却壁热面挂有10mm 域是合适的. 渣皮时，渣皮热面，冷却壁肋热面的最高温度及 由于水的结垢和腐蚀随着水的温度的升高 通过冷却壁热面热流通量随高炉内部煤气流温 呈非线性地加快，可见在冷却壁热面挂有一薄 度变化的情况 层渣铁壳对减轻水的结垢和腐蚀，防止冷却壁 从图5与图6的对比中可以看到，只要在冷 烧损，保特高炉炉壳在低温下工作都是十分有 却壁热面挂有一薄层渣皮，铜冷却壁肋面的最 利的.要想使冷却壁热面易于挂渣，就要降低冷 高温度就降低100℃左右.煤气流温度从1000 却壁热面的温度.措施之一就是降低冷却壁本 ℃变化到1600℃时，冷却壁肋热面的最高温度 体热阻，而铜冷却壁恰怡满足这-一点. 基本维持在100℃左1，通过冷却壁热面的热 我国现有容积大于1000m'的高炉中绝大 流密度降低了3倍左右.尽管铜冷却壁的导热 多数采用铸铁冷却壁冷却.虽然己有一批高炉 性好，容易通过较大的热流密度，但由于铜冷却 的一代炉役寿命达到了8~10年，但仍有许多高 壁热面温度较低，在它的热面极易形成凝固的 炉，特别是容积较小高炉的寿命只有45年.采 渣铁附着层，大大地降低了高炉内部的热流损 用铜冷却板冷却的高炉只是极少数.由于没有 铜冷却壁生产厂，至今还没有-·座「业高炉成、 b L 2 4 N O 。 I 程 素森等 : 长寿高 炉冷 却器布 置方式 的计 算传 热学 分析 . 1 , . 甲日 · 创沙b … 荞 …赞` j 一一专 数 瓦而i 肋 )最高百, 度 尸、浮 } . 丽 产沪叫 { ` 洲声尸一 `匆 靡 ( Z . 吞 」 督{{ 10 \ 生 ( 1 0 00 1 10 0 1 20 0 1 300 1 400 1 500 1 60() tr /℃ 圈 5 气流沮度 对翻冷 却脸 热面通 度和热 流密度 影晌 Fi乡 5 1 . 目二 e . of b l a , 亡fu 邝a “ ga , 招. eP .r 亡u 传 o . h o 亡 s u南. 招 . 衅.r 加作 a . d 七. t n u x o f e o p钾 r 。妞枕 个日 · 沙越b 护、J 圈 4 t f , 1 50 ℃ 时 , 不 同砖村 厚度的炉 姗诬 度场分 布 F址 · 4 介. 件r . 加件 d 肠t r ib u t i o n 10 b l a st fo 口. e e w a l v , t卜e t h ic 如e . s o f b r ct k 如 1 . 9 , t r = 1 5 0 0 ℃ 温度场 的影响 . 从图 3 和 图 4 中可 以看 到 . 较厚 砖衬 ( 190 !mn ) , 即冷却板伸出 长度较长时 . 砖衬 内部的温度将 大于 8 70 ℃ , 只有镶砖厚度较薄 时 (47 . 5 m m ) , 才能保 证砖 衬温度低 于 8 70 ℃ , 从 图 4 中可以看到 , 当炉 内煤气流温度达到 巧 0 0℃ 时 , 板壁结合冷却器前端的砖衬温度仍能保持 在 8 70 ℃ 以下 , 因此板壁结合冷却器可 以安装 在炉 身下部或炉腰部位 . 图 3 和图 4 表明 , 冷 却 板伸出冷却 壁前 的 长度不 是越长越好 . (3 ) 单层钻孔铜冷却壁 . 铜冷却壁具有极其 良好的 热工性 能 . 计算 的热流密度 与铜 冷却壁 本体的 最高温度值的 关系见 图 5 . 对 于热 面裸 露的 铜壁 , 当热流 密度达 到 240 kw /m , , 铜冷 却 壁本体的最高温度不 超 过 20 ℃ . 在如此低 的 温度情 况下 , 冷却壁的热面 是极易挂 渣的 . 铜 的导热 系数大 于 3 0 W (/ m · ℃ ) , 比铸铁 高 10 倍 左右 , 而且铜冷 却壁不 铸人 水管 , 因而 消 除 了壁体与管的间 隙热阻 , 不仅降低 了 冷却壁 本体的温度差和 由此而 引起的温度应力 , 而 且 有利 于热 面形成 能够保护 冷 却壁 自身 的渣 皮 , 减 少 了炉 内的热损失 . 理 论计算或 高炉 实测 结 果都表明 , 铜冷却壁 .T 作 的可靠性要 比铸铁 冷 却壁高得多 . 图 6 给出了冷却壁热面挂有 10 nrI 渣皮时 , 渣皮热面 、 冷却壁肋热面的最高温度及 通过冷却壁热面热流通量随高炉内部煤气流温 度变化的情况 . 从图 5 与图 6 的对 比 中可 以 看到 , 只要在 冷 却壁热面 挂有一薄层渣 皮 , 铜冷却壁肋 面 的最 高温 度就降低 10 ℃ 左 右 . 煤气 流温度从 1 0 0 ℃ 变 化到 1 6 0 0 ℃ 时 , 冷却壁肋热 面的最高温度 基 本维持在 10 0 ℃ 左 右 , 通 过冷却壁热 面的热 流密度降低 了 3 倍左右 . 尽管铜冷却壁 的导热 性好 , 容易通过较大的 热流密度 , 但 由于 铜冷却 壁 热面 温度 较低 , 在它 的热 面极易形成凝 固的 渣 铁附着层 , 大大 地降低 了 高炉 内部 的热 流损 茸r - 一一 , r 一一红, 甲 7 下 门 介 /℃ 圈 6 气流 沮度 对翻冷 却毯热 面通度和热流 密 度影晌 Fig · 6 I . fl . o . e e o f b al s t fu r . a c e p s et m件 r . t . 代 o n 血o t , u fat e e t e . 件r . tu 代 二d 卜e a t n u x o f e o Pp e r s at v e 失 , 当铜冷却壁热面附着一 层凝固的渣铁壳时 , 被冷却水带走的热量和通过炉壳散失的热量将 会大大减小 . 即铜壁的 热阻 比铸铁壁的 热阻小 10 倍 , 但是散失 的热 量两 者相差不 多 . 铜的 抗拉强度 和屈 服强度随着铜的温度 的 提高迅速下 降 . 如果长期将铜壁裸露在炙热 的 煤气流 中是 十分危 险的 . 铜冷却设备 的表 面必 须 有砖衬或 凝固 的渣铁 生 成的保护层 , 因此将 铜冷却壁 安装在有液态渣铁形成的高炉炉 墙 区 域是合适 的 . 由于 水的结垢 和腐蚀随着水的温度的升高 呈 非线性地加 快 , 可见 在 冷却壁热面 挂有一薄 层 渣铁壳对减 轻水的结 垢和 腐蚀 , 防止冷却壁 烧损 , 保持高炉 炉 壳在低温下 工作都是 十分有 利 的 . 要想使冷却壁 热面易于 挂渣 , 就要 降低冷 却壁热 面的温度 . 措施之一 就是降低冷却壁本 体热 阻 , 而铜 冷却壁恰 恰满足 这 一 点 . 我 国现有容积 大于 1 o o m , 的高炉 中绝大 多数采用铸铁 冷却壁 冷却 . 虽 然 己有一 批高炉 的一代炉 役寿命达到了 8一 10 年 , 但 仍有许 多高 炉 , 特别是 容积较小 高炉 的寿命只 有 4 一 5 年 . 采 用铜冷却板冷却 的 高炉 只 是极 少 数 . 由于没 有 铜 冷却壁生 产厂 , 至 今还 没 有一 座工 业高炉 成