高炉软水设计及技术要求

1. 高炉的高炉(冶炼设备）

目前所知最古老高炉是中国西汉时代（纪元前1世纪）熔炉。在纪元前5世纪中国文物中就发现铸铁出土可见该时代熔炼已经实用化。初期熔炉内壁是用粘土盖的，用来提炼含磷铁矿。西方最早的熔炉则是于瑞典1150年到1350年间出现。这两国的熔炉都是自行发展摸索出现，没有互相传达关系。
使用石炭的近代高炉出现于1709年。由于欧洲当时森林多用途砍伐导致木炭产量减少、被迫开发使用石炭的炼铁法导致新技术出现，大幅增加炼铁效率。
日本第一个现代高炉是釜石市大桥高炉。由大岛高任设计，安政4年（1857年）11月26日点火，12月1日第一批铁产出。这天也定为日本打铁业纪念日。 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好，工艺 简单 ，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产高炉渣和高炉煤气。
高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。
通常，冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。
因此，无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。
由于高炉生产是连续进行的，一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300℃），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。 高炉炉壳内部砌有一层厚345～1150毫米的耐火砖，以减少炉壳散热量，砖中设置冷却设备防止炉壳变形。高炉各部分砖衬损坏机理不同，为了防止局部砖衬先损坏而缩短高炉寿命，必须根据损坏、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火砖衬。炉缸、炉底传统使用高级和超高级粘土砖。这部分砖是逐渐熔损的，因收缩和砌砖质量不良，过去常引起重大烧穿事故，炉缸、炉底大多用碳素耐火材料，基本上解决了炉底烧穿问题。炉底使用碳砖有三种型式：全部为碳砖；炉底四周和上部为碳砖，下部为粘土砖或高铝砖；炉底四周和下部为碳砖，上部为粘土砖或高铝砖。后两种又称为综合炉底。设计炉底厚度有减薄趋势(由0.5d右减至0.3d左右或炉壳内径的1/4厚度，d为炉缸直径)。碳砖的缺点是易受空气、二氧化碳、水蒸气和碱金属侵蚀。炉腰特别是炉身下部砖衬，由于磨损、热应力、化学侵蚀等,容易损坏。采用冷却壁的高炉，投产两年左右,炉身下部砖衬往往全被侵蚀。炉身上部和炉喉砖衬要求具有抗磨性和热稳定性的材料，以粘土砖为宜。炉腹砖衬被侵蚀后靠“渣皮”维持生产。
近几年应用喷补技术修补砖衬已相当普遍。喷补高铝质耐火材料（含Al2O340～60%），寿命为砌衬的3/4。 生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不只是生铁，还有锰铁等，属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。
高炉炼铁的特点：规模大，不论是世界其它国家还是中国，高炉的容积在不断扩大，如我国宝钢高炉是4063立方米，日产生铁超过10000吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。 高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。
鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到800～1350℃以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000℃以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。
下降炉料中的毛细水分当受热到100～200℃即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500～800℃才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为900～1000℃和740～900℃。铁矿石在高炉中于 400℃或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。
焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100℃时就开始软化；到1350～1400℃时完全熔化；超过1400℃就滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域，①区是矿石与焦炭分层的干区，称块状带，没有液体；②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带，矿石开始软化到完全熔化；③区是液态渣、铁的滴落带，带内只有焦炭仍是固体；④风口前有一个袋形的焦炭回旋区，在这里，焦炭强烈地回旋和燃烧，是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。 早期的小高炉炉壁无冷却设备，19世纪60年代高炉砖衬开始用水冷却。冷却设备主要有冷却水箱和冷却壁两种。因高炉各部分热负荷而异。炉底四周和炉缸使用碳砖时采用光面冷却壁。炉底之下可用空气、水或油冷却。炉腹使用碳砖时可从外部向炉壳喷水冷却，使用其他砖衬时，用冷却水箱或镶砖冷却壁。炉腰和炉身下部多采用传统的铜冷却水箱，左右间距250～300毫米，上下间距1～1.5米。炉身上部可采用各种形式的冷却设备，一般用铸铁或钢板焊接的冷却水箱。近几年来炉腰和炉身有的用镶砖冷却壁汽化冷却。但炉身下部由于热负荷较高，多改用强制循环纯水冷却；炉喉一般不冷却。冷却介质过去使用工业水，现在改用软水和纯水。直流或露天循环供水系统也已被强制循环供水系统所代替，后者优点是热交换好、无沉淀、消耗水量少等。

2. 高炉冷却的优缺点

高炉技术进步的特点，表现为高炉炼铁已发展成为较成熟的技术。从近几年高炉技术进步的发展方向看，突出的特点是大型化、高效化和自动化。因此采用较为先进的高炉冷却技术具有较大的吸引力，成为争相探讨和研究课题。
1.采用软水密闭循环冷却系统最佳。因为：
（l）软水密闭循环系统的冷却可靠性好。冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以长寿。
（2）水量消耗少。软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的1‰补水量，故水量消耗是极少的。
（3）动力消耗低。闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内N2压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。
（4）管路腐蚀小。因为它是闭路，空气进不去。因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。
2. 汽化冷却分为两种循环方式：自然循环和强制循环。
（l）汽化冷却的优点：
①冷却介质为软水，可防止结垢。
②自然循环需要动力，在停电情况下仍能继续运行。
（2）汽化冷却的缺点：
①冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。
②汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。铸铁在760
℃时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。
3.工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。
工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。
4.喷水冷却，结构轻便简单易行。我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。目前国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。

3. 高炉炼铁的操作规程

1 高炉内衬耐火材料、填料、泥浆等，应符合设计要求，且不得低于国家标准的有关规定。
2风口平台应有一定的坡度，并考虑排水要求，宽度应满足生产和检修的需要，上面应铺设耐火材料。
3 炉基周围应保持清洁干燥，不应积水和堆积废料。炉基水槽应保持畅通。
4 风口、渣口及水套，应牢固、严密，不应泄漏煤气；进出水管，应有固定支撑；风口二套，渣口二、三套，也应有各自的固定支撑。
5 高炉应安装环绕炉身的检修平台，平台与炉壳之间应留有间隙，检修平台之间宜设两个走梯。走梯不应设在渣口、铁口上方。
6 为防止停电时断水，高炉应有事故供水设施。
7 冷却件安装之前，应用直径为水管内径0.75～0.8倍的球进行通球试验，然后按设计要求进行水压试验，同时以0.75kg的木锤敲击。经10min的水压试验无渗漏现象，压力降不大于3%，方可使用。
8 炉体冷却系统，应按长寿、安全的要求设计，保证各部位冷却强度足够，分部位按不同水压供水，冷却器管道或空腔的流速及流量适宜。并应满足下列要求：
——冷却水压力比热风压力至少大0.05MPa；
——总管测压点的水压，比该点到最上一层冷却器的水压应至少大0.1MPa；
——高炉风口、渣口水压油设计确定；
——供水分配管应保留足够的备用水头，供高炉后期生产及冷却器由双联（多联）改为单联时使用；
——应制定因冷却水压降低，高炉减风或休风后的具体操作规程。
9 热电偶应对整个炉底进行自动、连续测温，其结果应正确显示于中控室（值班室）。采用强制通风冷却炉底时，炉基温度不宜高于250℃；应有备用鼓风机，鼓风机运转情况应显示于高炉中控室。采用水冷却炉底时，炉基温度不宜高于200℃。
10 采用汽化冷却时，汽包应安装在冷却器以上足够高的位置，以利循环。汽包的容量，应能在最大热负荷下1h内保证正常生产，而不必另外供水。
11 汽包的设计、制作及使用，应遵守下列规定：
——每个汽包应有至少两个安全阀和两个放散管，放散管出口应指向安全区；
——汽包的液位、压力等参数应准确显示在值班室，额定蒸发量大于4t/h时，应装水位自动调节器；蒸发量大于2t/h时，应装高、低水位警报器，其信号应引至值班室；
——汽化冷却水管的连接不应直角拐弯，焊缝应严密，不应逆向使用水管（进、出水管不能反向使用）；
——汽化冷却应使用软水，水质应符合GB1576的规定。

4. 高炉炼铁设计应遵循的基本原则有哪些

在高炉炼铁技术发展过程中，人们通过研究总结出冶炼强度对焦比的影响。冶炼强度继续增加焦比将随之升高，而产量稍迟后，开始逐渐降低。这种规律反 映了高炉内煤气和炉料两流股间的复杂传热、传质现象。
高炉炼铁设计工作者应该 掌握这种规律，并应用它来指导设计和生产，即针对具体生产条件，确定与最低焦比 相适宜的冶炼强度值，使高炉顺行、稳定地高产。
然而高炉的冶炼条件是可以改变的，随着炼铁技术的进步，如加强精料、采取合理的炉料结构、采用高压 操作与综合鼓风技术、改造设备等，髙炉操作条件可大大改善。
在先进的操作 条件下，适宜的冶炼强度值可进一步提高，而最低焦比也进一步下降，产量进 一步增大。
这就是世界各国几十年来不断改善冶炼条件以增大冶炼强度、降低 焦比、增加产量的原因所在。

5. 什么是高炉炉体冷却技术

冷却原理
冷却水通过被冷却的部件空腔，并从其表面将热量带走，从而使冷却水的自身温度提高。
1.自然循环汽化冷却工作原理：利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的压头，克服整个循环过程中的阻力，从而产生连续循环，汽化吸热而达到冷却目的。
2.软水密闭循环冷却工作原理：它是一个完全封闭的系统，用软水（采用低压锅炉软水即可）作为冷却介质，其工作温度50～60℃（实践经验40～45℃）由循环泵带动循环，以冷却设备中带出来的热量经过热交换器散发于大气。系统中设有膨胀罐，目的在于吸收水在密闭系统中由于温度升高而引起的膨胀。系统工作压力由膨胀罐内的N2压力控制，使得冷却介质具有较大的热度而控制水在冷却设备中的汽化。
3.工业水开路循环冷却工作原理：由动力泵站将凉水池中的水输送到冷却设备后，自然流回凉水池或冷却塔，把从冷却设备中带出的热量散发于大气。系统压力由水泵供水能力大小控制。
4.外部喷淋的工作原理：用于高炉外部喷淋式降温。
编辑本段优缺点
高炉技术进步的特点，表现为高炉炼铁已发展成为较成熟的技术。从近几年高炉技术进步的发展方向看，突出的特点是大型化、高效化和自动化。因此采用较为先进的高炉冷却技术具有较大的吸引力，成为争相探讨和研究课题。
1.采用软水密闭循环冷却系统最佳。因为：
（l）软水密闭循环系统的冷却可靠性好。冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以长寿。
（2）水量消耗少。软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的1‰补水量，故水量消耗是极少的。
（3）动力消耗低。闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内N2压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。
（4）管路腐蚀小。因为它是闭路，空气进不去。因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。
2. 汽化冷却分为两种循环方式：自然循环和强制循环。
（l）汽化冷却的优点：
①冷却介质为软水，可防止结垢。
②自然循环需要动力，在停电情况下仍能继续运行。
（2）汽化冷却的缺点：
①冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。
②汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。铸铁在760
℃时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。
3.工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。
工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。
4.喷水冷却，结构轻便简单易行。我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。目前国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。
编辑本段冷却水质
（一）一般概念：
1.高炉冷却对水质的要求为：不含有机械杂质、悬浮物不超过200毫克/升，暂时硬度不超过10°（德国
度）。
2.水的硬度：天然水中含有钙、镁、盐类等水垢生成物的含量。一般重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等，构成了
水中的硬度。
①暂时硬度：就是指水中含有重碳酸盐的含量。
②永久硬度：就是指除去重碳酸盐的其它盐类。
③总硬度： 就是指暂时硬度与永久硬度之和。
湖水硬度小一些，地下水硬度高一些，一般用暂时硬度衡量水的硬度。
3.水的硬度单位：德国度（°H）简称度。即在10000份水中含有1份氧化钙或氧化镁为一度。也就是1升水中
含有10毫克的氧化钙或氧化镁为一度。
4. 水的硬度分类：
硬度 0～4° 4～8° 8～16° 16～30° >30°
性质 很软水 软水 中等硬水 硬水 很硬水
对水系统要求新水暂时硬度≯15°H，循环水≯8°H。
5.软化水：就是人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用Na离子交换器置备软水。
软水的作用：①不存在O2腐蚀，②不结垢。

6. 高炉采用软水密闭循环冷却方式冷却有哪些优点

高炉采用软水密闭循环冷却方式冷却有哪些优点
众所周知，高炉的一代炉龄取决于冷却设备是否长寿，而冷却设备是否完好又取决于冷却设备结构设计是否合理、冷却设备冷却方式是否合理以及水质是否合乎标准等，然而膨胀罐就是起缓冲压力波动及部分给水的作用。

高炉在冷却系统上总结了过去许多的成功经验，采用了一系列的先进技术，如整个系统采用了不产生结垢的软水密闭循环冷却,采用冷却壁热面从下到上直通供水，在易受铁水和烙渣的化学侵蚀、物料机械磨损和高温还原气体冲刷的炉腹、炉腹及炉身下部采用了锅冷却壁等。

软水密闭循环冷却系统是由炉底水冷管及炉身中部蛇形冷却管系统、炉缸 坨形冷却管系统、风口 、热风阔系统以及软水补充水和净环水辅助系统所组成，而高炉炉顶设置膨胀罐，软水密闭循环的系统压力由膨胀罐内充入的氮气压力决定。高炉顶部安装膨胀罐是为了保证整个管道中的压力保持在一定的值,不会因管路过长或缺水等原因造成压力大幅度变化。

它的结构就是由一只内部带弹簧的压力罐和一个泵组成的,罐体内部在弹簧的作用下维持管道内一定的压力,当管道缺水或压力不稳时,将膨胀罐的罐内的水迅速补充进去,同时开启水泵补水,当压力超过时,水会被罐体吸收进去,从而稳定管道压力!膨胀罐为软水系统中重要的一个配件，它使软水系统自动化程序高，软水泵房内可实现自动补水和自动操作，同时可实现自动稳压和自动检漏。

7. 高炉冷却的冷却水质

（一）一般概念：
1.高炉冷却对水质的要求为：不含有机械杂质、悬浮物不超过200毫克/升，暂时硬度不超过10°（德国
度）。
2.水的硬度：天然水中含有钙、镁、盐类等水垢生成物的含量。一般重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等，构成了
水中的硬度。
①暂时硬度：就是指水中含有重碳酸盐的含量。
②永久硬度：就是指除去重碳酸盐的其它盐类。
③总硬度： 就是指暂时硬度与永久硬度之和。
湖水硬度小一些，地下水硬度高一些，一般用暂时硬度衡量水的硬度。
3.水的硬度单位：德国度（°H）简称度。即在10000份水中含有1份氧化钙或氧化镁为一度。也就是1升水中
含有10毫克的氧化钙或氧化镁为一度。
4. 水的硬度分类：
硬度 0～4° 4～8° 8～16° 16～30° >30°
性质 很软水 软水 中等硬水 硬水 很硬水
对水系统要求新水暂时硬度≯15°H，循环水≯8°H。
5.软化水：就是人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用Na离子交换器置备软水。
软水的作用：①不存在O2腐蚀，②不结垢。

8. 软化水处理设备的技术指标

如果是生产手动型软化水设备依据JB/T2932-1999水处理设备技术条件。如果是自动控制软化水设备依照GB/T18300-2001自动控制钠离子交换器设备技术条件…一杰水质

9. 1800立方高炉冷却系统软水适用范围

1800立方高炉软水适用于高炉风口大中小套冷却水、炉缸炉腹冷却壁用水、炉皮局部喷水冷却用水、热风炉各阀体冷却用水。

10. 高炉软水系统膨胀罐的作用

众所周知，高炉的一代炉龄取决于冷却设备是否长寿，而冷却设备是否完好又取决于冷却设备结构设计是否合理、冷却设备冷却方式是否合理以及水质是否合乎标准等，然而膨胀罐就是起缓冲压力波动及部分给水的作用。

高炉在冷却系统上总结了过去许多的成功经验，采用了一系列的先进技术，如整个系统采用了不产生结垢的软水密闭循环冷却,采用冷却壁热面从下到上直通供水，在易受铁水和烙渣的化学侵蚀、物料机械磨损和高温还原气体冲刷的炉腹、炉腹及炉身下部采用了锅冷却壁等。

软水密闭循环冷却系统是由炉底水冷管及炉身中部蛇形冷却管系统、炉缸 坨形冷却管系统、风口 、热风阔系统以及软水补充水和净环水辅助系统所组成，而高炉炉顶设置膨胀罐，软水密闭循环的系统压力由膨胀罐内充入的氮气压力决定。高炉顶部安装膨胀罐是为了保证整个管道中的压力保持在一定的值,不会因管路过长或缺水等原因造成压力大幅度变化。

它的结构就是由一只内部带弹簧的压力罐和一个泵组成的,罐体内部在弹簧的作用下维持管道内一定的压力,当管道缺水或压力不稳时,将膨胀罐的罐内的水迅速补充进去,同时开启水泵补水,当压力超过时,水会被罐体吸收进去,从而稳定管道压力!膨胀罐为软水系统中重要的一个配件，它使软水系统自动化程序高，软水泵房内可实现自动补水和自动操作，同时可实现自动稳压和自动检漏。

详情咨询电话：021-51695568