專利名稱：煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，涉及煉鐵高爐爐體冷卻器內(nèi)冷卻強(qiáng)化和水垢的在線清洗的裝置。它適用于煉鐵高爐各種不同結(jié)構(gòu)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)冷卻的流體高爐。
背景技術(shù)：
煉鐵高爐長(zhǎng)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(fèi)用可以節(jié)省6000～8000萬(wàn)元(丁志云，董偉君、段維民，包鋼高爐現(xiàn)狀及長(zhǎng)壽工作對(duì)策，包鋼科技，2000，v29n4p33)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，1mm厚的水垢，爐體冷卻壁的換熱量會(huì)下降80％左右，將對(duì)冷卻壁造成50～100℃的溫升(胡源申、袁曉敏、黃達(dá)文等，馬鋼300m高爐灰鑄鐵與球墨鑄鐵冷卻壁破損行為比較及長(zhǎng)壽對(duì)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(dǎo)熱性。
防止冷卻水垢以純水或軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)(王大中，馬維國(guó)、趙銳銳，高爐密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工業(yè)用水與廢水，2000，v31n2p16～18)為代表。每小時(shí)數(shù)千頓純水或軟水的密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，需要相當(dāng)大的二次循環(huán)水設(shè)施，不僅設(shè)備費(fèi)龐大、運(yùn)行費(fèi)相當(dāng)高，而且二次循環(huán)水的水-水熱交換器依然存在一個(gè)水垢問(wèn)題，并且還使進(jìn)入高爐水冷器的循環(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(dǎo)熱性以銅冷卻壁技術(shù)(帶凸臺(tái)銅冷卻壁，專利號(hào)200320129955.4，2005.1.5.)為代表。雖然銅的導(dǎo)熱性非常好，但是價(jià)格比鑄鐵高許多倍，電有冷卻水流道的水垢問(wèn)題，只不過(guò)是水垢生長(zhǎng)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
本實(shí)用新型不僅要解決煉鐵高爐爐體水冷器的水垢問(wèn)題，而且要同時(shí)強(qiáng)化水冷器的冷卻效率，提出煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，不僅能夠大幅度地提高水冷壁內(nèi)的對(duì)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(jié)構(gòu)、新造高爐與現(xiàn)有高爐維修改造通用、制造安裝維修都簡(jiǎn)便、設(shè)備費(fèi)幾乎不增加、清洗費(fèi)用十分低廉等諸多優(yōu)越性。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，出水冷器、冷卻水流道、螺旋線、進(jìn)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、流態(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(fù)雜形狀。凡是水冷壁內(nèi)的冷卻水流道、進(jìn)水管、回水管、流態(tài)化液總管的水平段或傾斜段內(nèi)都設(shè)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(jìn)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(jìn)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(guò)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(jìn)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(jié)構(gòu)，也可以是整體結(jié)構(gòu)。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(dāng)粒度的金屬球、塑料球、玻璃球或瓷球。進(jìn)水管、回水管與回沙槽連接。流態(tài)化液總管與各進(jìn)水管通過(guò)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(shí)被流態(tài)化粒子堵塞。
生產(chǎn)運(yùn)行期間，水冷壁冷卻水流道內(nèi)的螺旋線，在不清洗時(shí)是一種高效冷卻強(qiáng)化元件，可以使冷卻水流道內(nèi)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)提高50％左右。在進(jìn)行流態(tài)化清洗時(shí)，由于螺旋線的作用，使水平段實(shí)現(xiàn)基本對(duì)稱流態(tài)化流動(dòng)的均勻清洗速度要求大大降低，由無(wú)螺旋線時(shí)要求的2.5m/s～3.0m/m下降到0.5m/s以上即可。因此，無(wú)論對(duì)大中小型爐體高爐在線清洗時(shí)與不清洗時(shí)都沒(méi)有不同的流速要求；并且由于流速要求大大降低后，相應(yīng)的流體阻力更是大大下降，對(duì)供水壓力也沒(méi)有不同的要求。由于流速要求大大降低后，粒子的動(dòng)量大大減少，清洗時(shí)不會(huì)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(shí)，只要打開(kāi)清洗閥和連接該水冷壁進(jìn)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(shè)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(jìn)入水冷器進(jìn)行流態(tài)化清洗。流態(tài)化粒子經(jīng)過(guò)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(lái)控制加沙速度實(shí)現(xiàn)。加沙速度則通過(guò)加沙管透明的加沙速度監(jiān)測(cè)管直接觀測(cè)確定，或在流態(tài)化總管液18的入口處借助流態(tài)化粒子濃度儀28測(cè)量。清洗過(guò)程中，回水管出口處的流速逐漸增大，達(dá)到正常流速后，就可以結(jié)束清洗作業(yè)。其操作十分簡(jiǎn)便，只需要切換三通閥，關(guān)閉清洗閥。通清水1～5分鐘，使冷卻水流道、進(jìn)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出口脫離，使冷卻水回流到回沙槽的上部即可。


圖1是本實(shí)用新型的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的一種煉鐵高爐自潔式高效水冷壁裝置的冷卻水流道、回水管進(jìn)水管、流態(tài)化液總管的剖視圖。
圖3是實(shí)用新型的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁的冷卻模塊示意圖。
圖4是實(shí)用新型的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁的銅冷卻壁示意圖。
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(cè)管 12加沙管 13供水管 14排水管 15壓力表 16三通閥 17進(jìn)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，由水冷器2、冷卻水流道4、螺旋線22、進(jìn)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、三通閥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(fù)雜形狀。凡是水冷壁2內(nèi)的冷卻水流道4、進(jìn)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(shè)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(jìn)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(jìn)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(guò)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(jìn)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(jié)構(gòu)的，也可以是整體一條結(jié)構(gòu)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(dāng)粒度的金屬球、塑料球、玻璃球或瓷球。進(jìn)水管17、回水管5與回沙槽6連接。流態(tài)化液總管18與各進(jìn)水管17通過(guò)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，以免不清洗時(shí)被流態(tài)化粒子9堵塞。
生產(chǎn)運(yùn)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(shí)是一種高效冷卻強(qiáng)化元件，可以使冷卻水流道內(nèi)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)提高50％左右。在進(jìn)行流態(tài)化清洗時(shí)，由于螺旋線22的作用，使水平段或傾斜段實(shí)現(xiàn)基本對(duì)稱流態(tài)化流動(dòng)的速度要求大大降低，由無(wú)螺旋線22時(shí)要求的2.5m/s～3.0m/s左右下降到0.5m/s以上，因此，無(wú)論對(duì)大中小型高爐爐體高爐的在線清洗時(shí)與不清洗時(shí)沒(méi)有不同的流速要求。并且，由于流速要求大大降低后，相應(yīng)的流體阻力更是大大下降，對(duì)供水壓力也沒(méi)有不同的要求。由于流速要求大大降低后，粒子的動(dòng)量大大減少，不會(huì)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(shí)，只要打開(kāi)清洗閥21和連接該水冷壁2進(jìn)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(shè)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(jìn)入水冷壁2進(jìn)行流態(tài)化清洗。流態(tài)化粒子9經(jīng)過(guò)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(lái)控制加沙速度而達(dá)到目的。流態(tài)化粒子9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。加沙速度則通過(guò)加沙管12上透明的加沙速度監(jiān)測(cè)管11直接觀測(cè)確定，或在流態(tài)化總管液18的入口處借助流態(tài)化粒子濃度儀28測(cè)量。清洗過(guò)程中，回水管5出口處的流速會(huì)慢慢增大，達(dá)到正常流速或基本正常流速就可以結(jié)束清洗作業(yè)，以免過(guò)渡清洗。其操作只需要切換三通閥16，關(guān)閉清洗閥21，通清水1～5分鐘，使冷卻水流道4、進(jìn)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(quán)利要求1.煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，由水冷器(2)、冷卻水流道(4)、螺旋線(22)、進(jìn)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(jìn)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(shè)置有螺旋線(22)，螺旋線(22)的外徑分別比冷卻水流道(4)、進(jìn)水管(17)、回水管(5)、流態(tài)化液總管(18)的內(nèi)徑小，進(jìn)水管(17)、回水管(5)與回沙槽(6)連接，回沙槽(6)內(nèi)裝有流態(tài)化粒子(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，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(fù)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(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于進(jìn)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(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于螺旋線(22)的外徑分別比冷卻水流道(4)、進(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)的，也可以是整體一條結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于流態(tài)化液總管(18)與各進(jìn)水管(17)通過(guò)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于回沙槽(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(shè)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)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于流態(tài)化液的粒子濃度借助加沙閥(10)來(lái)控制加沙速度，加沙速度通過(guò)加沙管(12)的透明段加沙速度監(jiān)測(cè)管(11)直接觀測(cè)，或在流態(tài)化總管液(18)的入口處借助流態(tài)化粒子濃度儀(28)測(cè)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其特征在于流態(tài)化粒子(9)一般是粒度為3目～16目的河沙，也可以是金屬球、塑料球、玻璃球或瓷球。
專利摘要煉鐵高爐低流速螺旋流態(tài)化水冷壁，其顯著特點(diǎn)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(jìn)出管線的水平段或傾斜段內(nèi)設(shè)置有螺旋線。水冷器內(nèi)的螺旋線不僅使流道內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)提高了50％左右，而且使基本對(duì)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(duì)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(duì)冷卻水水質(zhì)幾乎無(wú)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(jié)構(gòu)、對(duì)冷卻水的壓力與流量無(wú)特殊要求、設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均幾乎不增加、清洗費(fèi)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(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益很高。
文檔編號(hào)C21B7/10GK2839295SQ20052005239
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者彭德其, 蔣少青, 俞天蘭, 俞秀民, 吳金香, 吳琦華, 金俊杰, 支校衡 申請(qǐng)人:株洲工學(xué)院帥科機(jī)械清洗研究所