專利名稱：一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，涉及煉鐵高爐爐體冷卻器內(nèi)冷卻強化和水垢的在線清洗的裝置。它適應于煉鐵高爐各種不同結構的水冷器，例如鋼鐵水冷壁、銅冷卻壁、冷卻模塊、非金屬冷卻壁等等，尤其適合不是純水或軟水閉路循環(huán)冷卻的煉鐵高爐。
背景技術：
煉鐵高爐長壽的效益是巨大的。例如，包鋼的高爐壽命如果減少一次中修，費用可以節(jié)省6000～8000萬元(丁志云、董偉君、段維民，包鋼高爐壽命現(xiàn)狀及長壽工作對策，包鋼科技，2000，v29n4p33)。根據(jù)實驗，1mm厚的水垢，爐體冷卻壁的換熱量會下降80％左右，將對冷卻壁造成50～100℃的溫升(胡源申、袁曉敏、黃達方等，馬鋼300m高爐灰鑄鐵與球墨鑄鐵冷卻壁破損行為比較及長壽對策，鋼鐵，1999，v34n10p276～278)。因此，水冷壁的冷卻效率在很大程度上決定著煉鐵高爐的壽命。提高爐體水冷器冷卻效率的基本途徑，一是防止冷卻水垢，二是提高冷卻壁的導熱性。
防止冷卻水垢以純水或軟水密閉循環(huán)冷卻技術(王大中，馬維國、趙銳銳，高爐密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設計，工業(yè)用水與廢水，2000，v31n2p16～18)為代表。每小時數(shù)千頓純水或軟水的密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，需要相當大的二次循環(huán)水設施，不僅設備費龐大、運行費用相當高，而且二次循環(huán)水的水-水熱交換器依然存在一個水垢問題，并且還使進入高爐水冷卻器的循環(huán)冷卻水的溫度較高，影響其冷卻效率。
提高爐體冷卻器的導熱性以銅冷卻壁技術(帶凸臺銅冷卻壁，專利號200320129955.4，2005.1.5.)為代表。雖然銅的導熱性非常好，但是價格比鑄鐵高許多倍，也還有冷卻水流道的水垢問題，只不過水垢生長的速度比鋼鐵水冷壁緩慢些、污垢也容易清除一些而已，因此后者的水垢依然是冷卻壁冷卻效率的控制因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利不僅要解決煉鐵高爐爐體水冷器的水垢問題，而且要同時強化水冷器的冷卻效率，提出一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，不僅能夠大幅度地提高水冷壁內(nèi)的對流傳熱膜系數(shù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在線流態(tài)化清洗其水垢，還具有不改變水冷器的原結構、新造高爐與現(xiàn)有高爐維修改造通用、制造安裝維修簡便、設備費幾乎不增加、清洗費用十分低廉等諸多優(yōu)越性。
本發(fā)明專利的技術方案為一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，由水冷器、冷卻水流道、螺旋線、進水管、回水管、回沙槽、加沙閥、加沙管、流態(tài)化液總管、配送管、三通閥、液態(tài)化粒子等組成。水冷壁的冷卻水流道可以是鋼鐵水冷壁內(nèi)的水冷管，也可以是銅冷卻壁內(nèi)的冷卻水通道孔，還可以是爐身冷卻模塊的厚壁鋼管。冷卻水流道的中心線可以是直的、或彎的復雜形狀。凡是水冷壁內(nèi)的冷卻水流道、進水管、回水管、流態(tài)化液總管的水平段或傾斜段內(nèi)都設置有螺旋線。冷卻水流道內(nèi)部的螺旋線是裸露的鋼絲螺旋線。進水管、回水管、流態(tài)化液總管內(nèi)的螺旋線可以是裸露的鋼絲螺旋線，也可以是有厚度0.5mm～3.0mm的塑料包層的鋼絲螺旋線。螺旋線的外徑分別比冷卻水流道、進水管、回水管、流態(tài)化液總管的內(nèi)徑小1.0mm～10mm，以免清洗過程中流態(tài)化粒子被卡住。螺旋線的螺距分別為冷卻水流道、進水管、回水管、流態(tài)化液總管的內(nèi)徑的0.5～1.5倍。螺旋線可以是分段結構，也可以是整體結構。螺旋線可以是一端固定，也可以是兩端固定?；厣巢蹆?nèi)裝有流態(tài)化粒子和穩(wěn)流板.流態(tài)化粒子一般是粒度為3目～16目的河沙，也可以是適當粒度的金屬球、塑料球、玻璃球或瓷球。進水管、回水管與回沙槽連接。流態(tài)化液總管與各進水管通過分送管、三通閥連接。分送管都是垂直向上或傾斜向上的，以免不清洗時被流態(tài)化粒子堵塞。
生產(chǎn)運行期間，水冷壁冷卻水流道內(nèi)的螺旋線，在不清洗時是一種高效冷卻強化元件，可以使冷卻水流道內(nèi)的對流傳熱膜系數(shù)提高50％左右。在進行流態(tài)化清洗時，由于螺旋線的作用，使水平段實現(xiàn)基本對稱流態(tài)化流動的均勻清洗速度要求大大降低，由無螺旋線時要求的2.5m/s～3.0m/s下降到0.5m/s以上即可。因此，無論對大中小型爐體高爐在線清洗時與不清洗時都沒有不同的流速要求；并且由于流速要求大大降低后，相應的流體阻力更是大大減少，對供水壓力也沒有不同的要求。由于流速要求大大降低后，粒子的動量大大減少，清洗時不會造成流道內(nèi)壁的損傷，安全可靠性更高。
若某一水冷器的回水管出口處的流速偏小，就意味著冷卻水流道內(nèi)的水垢需要清洗。清洗時，只要打開清洗閥和連接該水冷壁進水管的三通閥，回沙槽內(nèi)的流態(tài)化粒子借助文丘里循環(huán)回流到流態(tài)化液總管，也可以是借助設置在高位的回沙槽的加沙管內(nèi)的沙水混合物的靜壓回流到流態(tài)化液總管，而后進入水冷器進行流態(tài)化清洗。流態(tài)化粒子經(jīng)過回水管、軟管到回沙槽的下部再循環(huán)使用。穩(wěn)流板的作用是防止流態(tài)化粒子跑失。流態(tài)化粒子的體積濃度在2％～10％范圍，濃度愈大，清洗愈快，一般在3％～5％為好，流態(tài)化粒子的體積濃度借助加沙閥來控制加沙速度實現(xiàn)。加沙速度則通過加沙管透明的加沙速度監(jiān)測管直接觀測確定，或在流態(tài)化液總管的入口處借助流態(tài)化粒子濃度儀測量。清洗過程中，回水管出口處的流速逐漸增大，達到正常流速后，就可以結束清洗作業(yè)。其操作十分方便，只需要切換三通閥，關閉三通閥。通清水1～5分鐘，使冷卻水流道、進水管、回水管內(nèi)的流態(tài)化粒子全部回到回沙槽以后，再將其軟管與回水管的的出口脫離，使冷卻水回流到回沙槽的上部即可。


圖1是本發(fā)明專利的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明專利的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷壁裝置的冷卻水流道、回水管進水管、流態(tài)化液總管的剖視圖。
圖3是本發(fā)明專利的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷壁裝置的冷卻模塊示意圖。
圖4是發(fā)明專利的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷壁裝置的銅冷卻壁示意圖。
圖中的1鋼鐵水冷壁 2水冷器 3水冷管 4冷卻水流道 5回水管 6回沙槽 7軟管 8穩(wěn)流板 9流態(tài)化粒子 10加沙閥 11加沙速度監(jiān)測管 12加沙管 13供水管 14排水管 15壓力表 16三通閥 17進水管 18流態(tài)化液總管 19分送管 20文丘里 21清洗閥22 螺旋線 23鋼絲螺旋線 24塑料包層 31冷卻模塊 32厚壁鋼管 41銅冷卻壁42冷卻水孔道具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明專利進一步詳細的描述。
一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，由水冷器2、冷卻水流道4、螺旋線22、進水管17、回水管5、回沙槽6、加沙閥10、加沙管12、流態(tài)化液總管18、分送管19、三通管16、流態(tài)化粒子9等組成。水冷壁2的冷卻水流道4可以是鋼鐵水冷壁1內(nèi)的水冷管2，也可以是銅冷卻壁41內(nèi)的冷卻水通道孔42，還可以是爐身冷卻模塊31的厚壁鋼管32。冷卻水流道4的中心線可以是直的、或彎的復雜形狀。凡是水冷壁2內(nèi)的冷卻水流道4、進水管17、回水管5、流態(tài)化液總管18的水平段或傾斜段內(nèi)都設置有螺旋線22。冷卻水流道4內(nèi)的螺旋線22是裸露的鋼絲螺旋線23。進水管17、回水管5、流態(tài)化液總管18內(nèi)的螺旋線22可以是裸露的鋼絲螺旋線23，也可以是有厚度為0.5mm～3.0mm的塑料包層24的鋼絲螺旋線。螺旋線22的外徑分別比冷卻水流道4、進水管17、回水管5、流態(tài)化液總管18的內(nèi)徑小1.0mm～10mm，以免清洗過程中流態(tài)化粒子被卡住。螺旋線22的螺距分別為冷卻水流道4、進水管17、回水管5、流態(tài)化液總管18的內(nèi)徑的0.5～1.5倍。螺旋線22可以是分段結構的，也可以是整體一條結構的；螺旋線22可以是一端固定的，也可以是兩端固定的。回沙槽6內(nèi)裝有流態(tài)化粒子9。流態(tài)化粒子9一般是粒度為3目～16目的河沙，也可以是適當粒度的金屬球、塑料球、玻璃球或瓷球。進水管17、回水管5與回沙管6連接。流態(tài)化液總管18與各進水管17通過分送管19、三通管16連接。分送管19都是垂直向上或傾斜向上的，以免不清洗時被流態(tài)化粒子堵塞。
生產(chǎn)運行期間，水冷壁2冷卻水流道4內(nèi)的螺旋線22，在不清洗時是一種高效冷卻強化元件，可以使冷卻水流道內(nèi)的對流傳熱膜系數(shù)提高50％左右。在進行流態(tài)化清洗時，由于螺旋線22的作用，使水平段或傾斜段實現(xiàn)基本對稱流態(tài)化流動的速度要求大大降低，由無螺旋線22時要求的2.5m/s～3.0m/s左右下降到0.5m/s以上，因此，無論對大中小型高爐爐體，高爐在線清洗時與不清洗時沒有不同的流速要求。并且，由于流速要求大大降低后，相應的流體阻力更是大大下降，對供水壓力也沒有不同的要求，由于流速要求大大降低以后，粒子的動量大大減少，不會造成流道內(nèi)壁的損傷，安全可靠性更高。若某一塊水冷器2的回水管5出口處的流速偏小，就意味著冷卻水流道4內(nèi)的水垢需要清洗。清洗時，只要打開清洗閥21和連接該水冷壁2進水管17的三通閥16，回沙槽6內(nèi)的流態(tài)化粒子9借助文丘里20循環(huán)回流到流態(tài)化液總管18，也可以是借助設置在高位的回沙槽6的加沙管12內(nèi)的沙水混合物的靜壓回流到流態(tài)化液總管18，進入冷水壁2進行流態(tài)化清洗。流態(tài)化粒子9經(jīng)過回水管5、軟管7到回沙槽6的下部再循環(huán)使用。穩(wěn)流板8的作用是防止流態(tài)化粒子9跑失。流態(tài)化粒子9的體積濃度借助加沙閥10來控制加沙速度而達到目的。流態(tài)化粒子9的濃度在2％～10％范圍，濃度愈大，清洗愈快，一般在3％～5％為好。加沙速度則通過加沙管12上的透明的加沙速度監(jiān)測管11直接觀測確定，或在流態(tài)化液總管液18的入口處借助流態(tài)化粒子濃度儀28測量。清洗過程中，回水管5出口處的流速會慢慢增大，達到正常流速或基本正常流速就可以結束清洗作業(yè)，以免過度清洗。其操作只需要切換三通閥16，關閉清洗閥21，通清水1～5分鐘，使冷卻水流道4、進水管17、回水管5內(nèi)的流態(tài)化粒子9全部回到回沙槽6以后，再將其軟管7與回水管5的出口脫離，使冷卻水回流到回沙槽6的上部即可。
權利要求
1.一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，由水冷器(2)、冷卻水流道(4)、螺旋線(22)、進水管(17)、回水管(5)、回沙槽(6)、加沙閥(10)、流態(tài)化液總管(18)、分送管(19)、三通閥(16)、加沙管(12)、流態(tài)化粒子(9)等組成，其特征在于凡是水冷器(2)內(nèi)的冷卻水流道(4)、進水管(17)、回水管(5)、流態(tài)化液總管(18)的水平段與傾斜段內(nèi)都設置有螺旋線(22)，螺旋線(22)的外徑分別比冷卻水流道(4)、進水管(17)、回水管(5)流態(tài)化液總管(18)的內(nèi)徑小，進水管(17)、回水管(5)與回沙槽(6)連接，回沙槽(6)內(nèi)裝有液態(tài)化粒子(9)。
2.根據(jù)權利要求1的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，其特征在于水冷器(2)的冷卻水流道(4)可以是鋼鐵水冷壁(1)內(nèi)的水冷管(3)，也可以是銅冷卻壁(41)內(nèi)的冷卻水通道孔(42)，還可以是爐身冷卻模塊(31)的厚壁鋼管(32)，冷卻水流道(4)的中心線可以是直的、或彎的復雜形狀，冷卻水流道(4)內(nèi)的螺旋線(22)是裸露的鋼絲螺旋線(23)。
3.根據(jù)權利要求1的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，其特征在于進水管(17)、回水管(5)、流態(tài)化液總管(18)內(nèi)的螺旋線(22)可以是裸露的鋼絲螺旋線(23)，也可以是有厚度0.5mm～3.0mm的塑料包層(24)的鋼絲螺旋線(23)。
4.根據(jù)權利要求1的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，其特征在于螺旋線(22)的外徑分別比冷卻水流道(4)、進水管(17)、回水管(5)、流態(tài)化液總管(18)的內(nèi)徑小1.0mm～10mm；螺旋線(22)的螺距分別為冷卻水流道(4)、進水管(17)、回水管(5)、流態(tài)化液總管(18)的內(nèi)徑的0.5～1.5倍；螺旋線(22)以是分段結構的，也可以是整體一條結構的；螺旋線(22)可以是一端固定的，也可以是兩端固定的。
5.根據(jù)權利要求1的一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，其特征在于流態(tài)化液總管(18)與各進水管(17)通過分送管(19)、三通閥(16)連接，分送管(19)都是垂直向上或傾斜向上的。
全文摘要
一種煉鐵高爐爐體自潔式高效水冷器裝置，其顯著特點是水冷器與流態(tài)化粒子循環(huán)槽系統(tǒng)連接，并且冷卻水流道和進出管線的水平段或傾斜段內(nèi)設置有螺旋線。水冷器內(nèi)的螺旋線不僅使流道內(nèi)的對流傳熱系數(shù)提高了50％左右，而且使基本對稱流態(tài)化清洗的速度要求下降到0.5m/s以上即可。因此，對不是采用純水或軟水的閉式冷卻系統(tǒng)的爐體高爐特別適用，對冷卻水水質(zhì)幾乎無要求，可以直接采用天然水冷卻直接排放，具有不需改變水冷壁的原結構、對冷卻水的壓力與流量無特殊要求、設備費和運行費均幾乎不增加、清洗費用十分低廉、新造高爐與現(xiàn)有高爐維修改造通用等諸多優(yōu)點，綜合經(jīng)濟效益很高。
文檔編號C21B7/10GK1962881SQ20051003235
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權日2005年11月9日
發(fā)明者俞天蘭, 俞秀民, 彭德其, 蔣少青, 金俊杰, 吳琦華, 吳金香, 支校衡 申請人:湖南工業(yè)大學