高炉炉身下部及炉缸、炉底冷却系统的传热学-中国窑炉信息网

　　现代大型高炉长寿有两个限制性环节：一个是炉缸、炉底容易烧穿；另一个是炉腹、炉腰及炉身下部寿命短。高炉生产实践证明，随着冶炼强度不断提高，因炉腹、炉腰及炉身下部冷却器的烧毁或炉缸、炉底的烧穿而导致的高炉停炉事故屡见不鲜。炉身下部冷却器及炉缸、炉底烧毁的机理主要是铁水的冲刷、氧化和化学侵蚀。只要将铁水与冷却器及炉缸、炉底隔离，便可阻止渣铁的侵蚀。

　　炉身下部冷却器的设计

　　炉身下部的冷却器有各种类型。按结构划分，有冷却壁式、冷却板式及板一壁结合式等；按材质划分，有铸铁质、铜质等。笔者应用经实验验证的冷却器温度场计算软件计算了炉衬内表面温度和热流通量的分布，分析了冷却器结构参数(包括本体厚度、肋间距、镶砖面积、水管直径及中心间距和水管位置等)、操作参数、冷却介质、炉衬厚度和炉衬材质、渣铁壳厚度等因素对冷却器温度分布的影响。

　　改变冷却壁结构参数可降低冷却壁热面温度。具体来说，增加冷却水管直径或缩短冷却水管间距和冷却水管至冷却壁热面的距离或者减小镶砖厚度和镶砖面积都将减小冷却壁本体的热阻，增强其冷却能力，降低冷却壁热面温度，减小冷却壁内部的温差和热应力，使冷却壁热面易形成渣铁壳。

　　冷却器中使用铜冷却板时，冷却板的垂直间距对温度场有显著影响。采用六通道铜冷却板且炉衬为半石墨碳砖时，炉衬热面最高温度、冷却板最高温度和炉壳最高温度随冷却板垂直间距的变化。可见：①冷却板最高温度受垂直间距的影响不大，维持在80～90℃之间；②炉衬热面最高温度随着冷却板垂直间距的增大而升高。当冷却板的垂直间距为0.45mm时，其最高温度未超过800℃，离870℃等温线相差甚远，足以保证在炉衬热面凝结一层渣铁壳；③随着冷却板垂直间距的增大，炉壳最高温度有所提高，但提高的幅度很小。

　　碳砖厚度是影响炉缸热阻的重要因素之一。炉缸热阻越小，1150℃等温线越有可能被推向炉缸内部。渣铁壳厚度随碳砖厚度的变化。从图中可以看到两点：①从高炉操作来看，在炉缸、炉底使用铜冷却壁或铸铁冷却壁的差异出现在高炉操作后期(即炉缸、炉底磨损到一定厚度时才能显示出来)。当炉缸、炉底碳砖厚度小于1500mm时，使用铜冷却壁比使用铸铁冷却壁更容易凝结渣铁壳；②从设计来看，碳砖过厚时碳砖热面难以形成渣铁壳，碳砖很快被侵蚀，经济上不合算。适宜的碳砖厚度有利于在高炉炉缸、炉底形成渣铁壳，从而延长高炉炉缸和炉底的使用寿命。

　　结论

　　数学模型及计算机数值模拟的结果表明，通过优化炉身下部冷却器及炉缸、炉底结构和材质，能够保证在冷却器热面及炉缸炉底热面凝结一层渣铁壳，它能阻挡渣、铁水及煤气流对冷却壁、炉缸、炉底的侵蚀，延长高炉寿命。