專利名稱：高爐側壁的冷卻壁及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高爐爐壁的冷卻結構。本發(fā)明尤其涉及一種爐缸側壁的冷卻結構，利用該結構能夠急冷高爐爐壁上的高熱負載部分，從而能夠延長高爐爐壁的壽命。本發(fā)明還涉及一種用于這種冷卻結構的冷卻壁的制造方法。
高爐爐壁，特別是爐缸側壁決定了高爐的壽命。因此，防止構成爐缸側壁的碳耐火磚的損壞是一個非常重要的問題。安裝在爐缸側壁上的碳耐火磚的損壞原因是鐵水引起的腐蝕和熱應力引起的脆化。為了防止損壞碳耐火磚，最有效的方法是急冷高爐爐壁上的高熱負載部分。
有兩種冷卻高爐爐缸側壁的方法。一種方法是利用冷卻壁中的循環(huán)水冷卻爐缸側壁，另一種方法是通過在高爐爐殼上灑水冷卻爐缸側壁。
按照這種情況，下面將說明裝有一般冷卻壁的爐缸側壁的結構。
如

圖1所示，碳耐火磚4疊層地放置在高爐內(nèi)側。在碳耐火磚層4和爐殼1之間放置有沖壓耐火材料3、冷卻壁5和澆灌耐火材料2。耐火磚12疊層地放置在高爐的爐缸底部T，冷卻管13也設置在爐缸底部T上。因此，通過冷卻壁5冷卻高爐的爐缸側壁R，同時，通過冷卻管13冷卻爐缸底部T。標記號10是排放口。
作為傳統(tǒng)的冷卻壁5，主要使用的是圖2A和2B所示的鑄鐵制造的冷卻壁6。冷卻壁6以這樣一種方式構成，即以預定的間隔澆鑄出具有冷卻水通道15的壁管7。為了防止鑄造過程中引起的碳化的發(fā)生且為了減少熱沖擊，壁管7包覆有用作絕熱層的碘銅礦8。在壁管7中裝有送入冷卻水的進水管14a和排放冷卻水的出水管14b。
當冷卻水在壁管7中流動及爐殼1向外輻射熱能時高爐爐缸側壁得到冷卻。然而，大量的不少于95％的要從側壁除去的熱能是由壁管7中流動的冷卻水帶走的。相應地，為了提高冷卻爐缸側壁的冷卻能力，降低碳耐火磚4和冷卻壁6中的冷卻水之間的熱阻是有效的措施。
為此，已經(jīng)進行了提高碳耐火磚4和沖壓耐火材料3之間的熱導率系數(shù)(熱阻的倒數(shù))的改進。從而提高了冷卻爐缸的冷卻能力。
然而，包覆在由鑄鐵制成的在冷卻壁6中的壁管7表面上的碘銅礦8的熱阻非常高。因此，鑄鐵制成的冷卻壁6的熱阻的增加已成為一個需要解決的問題。
為了解決上述問題，日本未審查專利公開(kokai)6-158131公開了一種使冷卻管直接與沖壓耐火材料3或碳耐火磚4接觸的制作技術。按照該方法，能夠消除鑄鐵制成的冷卻壁6的熱阻。從而能夠降低碳耐火磚4和冷卻管中流動的冷卻水之間的熱阻。
然而上述冷卻系統(tǒng)會遇到下列問題。上述冷卻系統(tǒng)與常規(guī)冷卻壁冷卻系統(tǒng)不同之處在于鑄鐵制成的冷卻壁6的表面是經(jīng)過沖壓耐火材料而接觸到碳耐火磚4的表面。相應地，在上述冷卻系統(tǒng)中，當高爐運行中碳耐火磚4膨脹時，由于碳耐火磚4和爐殼1的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻管被壓縮，致使冷卻管或碳耐火磚4損壞，或者，在冷卻管和碳耐火磚4之間產(chǎn)生縫隙，從而增加了熱阻。因此，設備的可靠性降低。
換句話說，與高爐制成時相比，在高爐生產(chǎn)運行時，在碳耐火磚4和爐殼1之間會產(chǎn)生大于幾十毫米的縫隙。在常規(guī)的冷卻壁冷卻系統(tǒng)中，沖壓耐火材料3的收縮緩沖了熱膨脹的這種差別。然而日本未審查專利公開(kokai)6-158131公開的發(fā)明沒有考慮到這一點，仍然存在冷卻管和碳耐火磚4的損壞問題和熱阻增加的問題。
日本未審查專利公開(kokai)55-122810公開了一種如下描述的技術。冷卻壁體由銅或銅合金板構成，熱導率良好。通過鉆孔在板的縱向形成多個孔，且末端開口是閉合的。此后，在板的背側形成連通冷卻水管的連通口。上述冷卻壁冷卻系統(tǒng)用于高爐的爐身部分。
當上述冷卻壁應用于高爐的爐身時，在高爐中由高爐氣引起的熱負載波動直接施加在冷卻壁上，由于冷卻壁的冷卻能力大并且包含在高爐氣中的碳沒有導致銅的碳化，因此冷卻效率是高的。
然而，關于高爐的爐缸側壁，預先假定碳耐火磚4必須放在高爐內(nèi)側。相應地，必須經(jīng)過前側耐火磚4和沖壓耐火材料3才能冷卻冷卻壁。由于這些部分的熱阻的原因，即使銅基金屬的熱導系數(shù)高，總熱導系數(shù)也不那么高，即，相對于冷卻能力的改進，成本增加得太多了。在上述專利公開的冷卻壁的結構中，需要為沿構成冷卻壁的板的縱向上的每個冷卻水通道提供一冷卻水進水口和一冷卻水排放口。這樣就增加了連接冷卻水進水口和冷卻水排放口的管連接件的數(shù)量。因此，在這種情況下安裝冷卻壁時，在爐殼1上形成的開口數(shù)大大地增加了。相應地，上述冷卻壁的缺點還在于增加了爐殼的厚度和密封開口的氣密性部件的數(shù)量。
本發(fā)明的一個目的是提供一種通過提高冷卻高熱負載部分的冷卻能力來冷卻高爐側壁的經(jīng)濟可靠的結構。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用作冷卻高爐側壁的結構的冷卻壁的制造方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種冷卻高爐爐缸側壁的結構，其特征在于機加工例如軋制鋼板的鋼板，從而在鋼板上形成冷卻水通道；在鋼板上設置分別與所述冷卻水通道連通的冷卻水進水口和冷卻水排水口；這樣形成的冷卻壁設置在高爐爐缸側壁上的碳耐火磚和爐殼之間。
本發(fā)明還提供了一種冷卻壁，其中通過在軋制鋼板上鉆孔形成冷卻水通道。
本發(fā)明還提供了一種冷卻壁，其特征在于通過機加工在軋制鋼板的至少一個表面上形成冷卻水通道；該軋制鋼板與另一塊沒有進行機加工的軋制鋼板連接到一起。
本發(fā)明還提供了一種用于冷卻高爐爐壁的冷卻壁的生產(chǎn)方法，包括步驟沿縱向在軋制鋼板上鉆孔以形成多個盲孔；用塞子閉合盲孔的端部；在軋制鋼板縱向的兩個端部從短邊鉆孔以在軋制鋼板上形成盲孔，使該盲孔與縱向盲孔相交或穿過塞子；用塞子閉合盲孔的端部，從而在軋制鋼板中形成多個C形冷卻水通道。
本發(fā)明還提供了一種冷卻高爐爐壁的冷卻壁的生產(chǎn)方法，包括步驟沿縱向從軋制鋼板的兩個端部鉆多個通孔；用塞子閉合兩端部；在靠近縱向冷卻水通道端部閉合部分的位置形成互相連通縱向冷卻水通道的連接通道，從而在軋制鋼板中形成多個C形冷卻水通道。
根據(jù)上述本發(fā)明的冷卻壁的結構，能夠提高冷卻壁的冷卻能力并降低熱阻。進一步，利用簡單的冷卻壁冷卻結構能延長高熱負載部分的壽命。
圖1是傳統(tǒng)高爐爐缸側壁的部分縱截面圖。
圖2A和2B是圖1所示鑄鐵制成的冷卻壁實施例的部分放大圖，圖2A是高爐爐壁的部分截面圖，圖2B是冷卻管的放大截面圖。
圖3是放置有本發(fā)明的鋼板制成的冷卻壁的爐缸側壁的部分縱截面圖。
圖4A-4D是表示本發(fā)明一個冷卻壁的例子的視圖，其中，圖4A是正視圖，圖4B是沿圖4A中線C-C的截面圖，圖4C是沿圖4A中線B-B的截面圖，圖4D是沿圖4C中線A-A的截面圖。
圖5A-5D是顯示本發(fā)明冷卻壁的另一個例子的視圖，其中，圖5A是正視圖，圖5B是沿圖5A中線C-C的截面圖，圖5C是沿圖5A中線B-B的截面圖，圖5D是沿圖5C中線A-A的截面圖。
圖6是表示圖4A-4D所示冷卻壁結構的生產(chǎn)方法的一實施例的水平截面圖。
圖7A是圖6所示冷卻壁的平面圖。
圖7B是圖6所示冷卻壁的正視圖。
圖8是表示由傾斜爐壁構成的高爐爐缸側壁的一部分的縱截面圖。
圖9A-9C顯示了通過沿冷卻壁的縱向鉆孔在冷卻壁中形成孔的方法，該冷卻壁用于圖8所示的爐壁。
圖10是按照圖9C說明的方法鉆孔形成的冷卻壁的正視圖。
在圖3顯示了本發(fā)明的一個例子，其中，由帶孔鋼板構成的冷卻壁16插在爐缸側壁R中。
冷卻壁16的構成如下。在鋼板制成的冷卻壁金屬基板9上鉆孔。這樣形成的孔用作冷卻水通道15。在冷卻水通道15的兩個端部設置有冷卻水進水管14 a和冷卻水排放管14 b。這些冷卻水管14 a，14 b穿過爐殼1和澆灌耐火材料2與位于高爐外側的供水裝置連通。圖4A-4D詳細顯示了冷卻壁。圖4A是鋼板制成的冷卻壁16的前視圖。冷卻壁金屬基板9呈矩形。如圖4D所示，冷卻水通道由組合成C形的三節(jié)冷卻水通道15構成。此后該冷卻水通道稱為水通道。進水管14a和排水管14b分別與水通道的兩個端部分15-1,15-2連通。
形成上述C形水通道的一個原因是，單獨制造每節(jié)水通道以使冷卻壁中的水流均勻，另一個原因是爐殼上的開口數(shù)變小。
圖5A-5D顯示了本發(fā)明用鋼板成的冷卻壁的另一實施例。如圖5B和5C所示，冷卻壁16的構成如下。冷卻壁金屬基板9由兩件構成。通過機加工在厚鋼板9-1的表面上形成四個槽。這四個槽用作水通道15。薄鋼板9-2覆蓋在厚鋼板上通過機加工形成有水通道15的表面上。經(jīng)過環(huán)周焊接(圖5D中參考標記M所示)，兩塊鋼板在整個周邊相互連接，并且兩塊鋼板的中心部分用螺栓17緊固。
在薄鋼板9-2相應于水通道15的兩個端部15-1和15-2的位置鉆孔，將進水口和出水口設置在鉆孔的位置。進水管14a和排水管14b分別插進這些口中，并且這些水管與水通道15相通。
在這種類型的冷卻壁中，可以任意地形成水通道。因此，與圖4所示的壁相比，可減少進水口和出水口的數(shù)量。相應地，能進一步減少在爐殼上形成的開口的數(shù)量。
參照圖6，下面將說明這種帶孔型鋼板冷卻壁的生產(chǎn)方法。在本例中，冷卻壁中有四組C形水通道。
首先，在冷卻壁金屬基板9的上部，沿縱向，從左短側面S延伸形成兩個盲孔15a,15a，從右短側面S延伸形成兩個盲孔15e,15e。然后，從冷卻壁金屬基板9的上長側面L延伸到上述盲孔15e,15e的盲端部分形成盲孔15b。盲孔15b與盲孔15e,15e相互連通。接下來，以與上述相同的方式，從冷卻壁金屬基板9的上長側面L延伸到上述盲孔15a,15a的盲端部分形成盲孔15c。盲孔15c與盲孔15a,15a相互連通。
然后，在水通道端部位置15-1,15-2的開口端部分用塞子18a,18a閉合盲孔15a,15a。為了將塞子18b插入盲孔15b，再將塞子18a,18a鉆孔。此后，用塞子18b閉合與盲孔15e相連的盲孔15b的開口端部分。以相同的方式，用塞子18d閉合與盲孔15a相連的盲孔15c的開口端部分。在水通道端部位置15-1,15-2的開口端部分用塞子18c閉合盲孔15e,15e。
以上述的方式，在冷卻壁金屬基板9的上部形成兩組C形水通道15,15。
以上述相同的方式，在冷卻壁金屬基板9的下部形成兩組C形水通道15,15。
在這種連接關系中，用來閉合先形成的盲孔的塞子18a最好是楔形的，從而當鉆盲孔15b時，不用將塞子18a除去。
高爐底部的水平截面是圓形的。因此，形成有上述C形水通道的軋制鋼板必須按照爐殼內(nèi)表面的曲率半徑彎曲，以使冷卻壁和爐殼的間隔能夠保持恒定。
圖7A和7B顯示了具有用圖6說明的方法形成的盲孔的冷卻壁。垂直于圖面在冷卻壁金屬基板表面上對應盲孔端部15-1,15-2的位置鉆孔，分別形成進水口19和出水口20。此后，如圖7A所示，按照爐殼內(nèi)表面的曲率半徑彎曲冷卻壁體16。借助于水管固定件21將進水管14a和排水管14b裝配在進水口和出水口。
如圖8所示，高爐的爐缸側壁是傾斜的。
當爐壁的傾斜角θ大約是直角時，可以應用圖6所示的生產(chǎn)方法。然而，當傾斜角θ較小時，冷卻壁的形狀演變?yōu)樯刃?。相應地，當用圖6所示的生產(chǎn)方法生產(chǎn)冷卻壁時，不能保持縱向水通道的尺寸精度。
圖9A-9C顯示了在傾斜角θ=75°時采用不同的鉆孔方法沿縱向形成水通道的一組比較。當側邊A的長度為100cm且在離邊A的下端10cm的位置形成縱向水通道時，每幅圖中都顯示了從扇形底邊C到縱向水通道的距離。從扇形底邊C到縱向水通道的距離最好在任何位置都是常數(shù)，因為距離恒定可以提高冷卻壁的冷卻均勻性。
圖9A中，用圖6所示的方法沿縱向形成水通道，通過鉆孔水平地形成盲孔。按照這種方法，即使正確地進行了鉆孔，在扇形中心和扇形圓周部分之間的距離差也有(12.55-10)=2.55cm大。在該例中，在鉆孔方向和邊A之間形成的角度為92.33°，鉆孔方向不垂直于邊A。因此，很難將鉆孔工具調(diào)整到預定的方向。相應地，從實際操作的角度看，不可能高精度地進行鉆孔。
圖9B顯示了一種方法，在冷卻壁上鉆孔時，利用該方法能夠解決上述鉆孔方向精度的問題。按照這種方法進行鉆孔，使得兩側的鉆孔方向都垂直于邊A。在這種情況下，在扇形中心和扇形圓周部分之間的距離差是(7.45-10)=-2.55cm。即，該距離差與圖9A所示方法的距離差基本相同。然而，按照該方法，不會出現(xiàn)諸如鉆孔方向不穩(wěn)定的問題。
圖9C顯示了一種方法，利用該方法，沿縱向形成水通道時，從扇形底邊C到縱向水通道的距離在每一位置都是最小的。以這種方式在邊A上確定一點，即，從邊A的下端到該點的距離是10cm，且以這種方式在中心線上確定另一點，即，從中心線下端到該點的距離是10cm。在兩點之間劃一條虛線。確定邊A’,A’使邊A’,A’垂直于這條虛線。然后，沿邊A’,B,A’和C將冷卻壁金屬基板切割成扇形。
在上述冷卻壁金屬基板中，以這樣一種方式沿縱向形成水通道，即從兩端面沿垂直于邊A’,A’的方向鉆冷卻壁金屬基板，這樣形成的孔在中心互相貫通。此后，為了除去邊A’的多余部分，沿邊A,A再次切割冷卻壁金屬基板。然后，用塞子閉合兩端。按照這種方法，扇形底邊C和縱向水通道之間的距離差最大值為(10.85-10)=0.85cm。因此，與圖9B所示的方法相比，利用這種方法能極大地改善距離差。
上述說明是在傾斜角θ為75°時作出的。當然當傾斜角θ大于75°時，可用圖9(A)或9(B)所示的方法在冷卻壁金屬基板上鉆孔。
接下來，圖10顯示了一個具體的例子，其中，用圖9C所示的方法制造用于高爐的鋼板制成的冷卻壁，其傾斜角θ=75°。
首先，沿圖9C所示的邊A’,A’,B和C將冷卻壁金屬基板9切割成扇形。然后，用圖9C所示的鉆孔方法沿垂直于邊A’,A’的方向從邊A’,A’開始鉆冷卻壁金屬基板。這樣形成的孔在中心互相貫通，從而沿縱向能形成通孔15 f。整個冷卻壁金屬基板都采用這種鉆孔方法，且沿縱向形成九個通孔。
然后，沿邊A,A切割冷卻壁金屬基板，從而獲得預定尺寸的冷卻壁金屬底板。在縱向通孔15f的兩個端部的所有開口均用塞子18閉合。
接下來，通過在冷卻壁金屬基板9上進行切割，在靠近通孔閉合面的位置形成連接兩個縱向通孔15f,15f的連接槽15g。此后，用蓋22閉合表面上切割成的開口面。
這樣，三個縱向通孔是相互連通的，并構成了一組C形水通道15。圖中顯示了三組C形水通道15。
然后，以與圖7A和7B所示相同的方式在冷卻壁金屬基板上鉆孔以形成進水口19和排水口20；按照爐殼內(nèi)表面的曲率半徑彎曲冷卻壁體；安裝進水管和排水管14；安裝進水管固定件和排水管固定件21。這樣，就能生產(chǎn)出冷卻壁。
根據(jù)前述，當高爐具有垂直的爐壁時，或即使在高爐具有傾斜爐壁的情況下，也都能生產(chǎn)出經(jīng)濟而可靠的冷卻壁，利用該冷卻壁能提高冷卻高爐高熱負載面的冷卻能力。
如上所述，在本發(fā)明的軋制鋼板制成的冷卻壁中，通過機加工冷卻水通道直接在軋制鋼板上形成。因此，不必設置高熱阻的碘銅礦層。并且，通過機加工能高精度地形成冷卻水通道。相應地，在鑄造過程中管子不會位移，從而能夠縮短冷卻水通道的間隔并減小冷卻壁金屬基板的厚度。因此，能夠降低整個冷卻壁的熱阻。在本發(fā)明的方法中，在軋制鋼板上進行機加工的成本是較低的，無須對管子進行處理，并且無須進行鑄造。相應地，生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)的冷卻壁要低。
在剩余碳耐火磚4的厚度為0.5m的條件下，就冷卻壁厚度為160mm且管間隔為138mm的鑄鐵制成的傳統(tǒng)冷卻壁5而論，其冷卻能力為31138kcal/m2.h。另一方面，就圖4A-4D所示本發(fā)明的軋制鋼板制造的冷卻壁16(尺寸與上述相同)而論，可獲得33038 kcal/m2.h的冷卻能力．即，冷卻能力可提高約6％。由于用軋制鋼板制造冷卻壁的機加工精度高，因此可以降低冷卻壁的厚度并縮短冷卻水通道15的間隔。當冷卻壁厚度變到100mm且冷卻水通道15的間隔變到100mm時，冷卻能力增加到33851kcal/m2.h，即，與鑄鐵制成的傳統(tǒng)冷卻壁的冷卻結構相比，冷卻能力提高了約10％。
如上所述，當使用本發(fā)明的鋼板制成的冷卻壁時，可以提供下列效果。當在鋼板表面上形成C形冷卻水通道時，進水口和排水口的數(shù)量和爐殼上開口的數(shù)量能減少到傳統(tǒng)冷卻壁的一半或更少。進一步，通過機加工和彎曲便宜的軋制鋼板能夠獲得本發(fā)明的冷卻壁。與鑄鐵制造的傳統(tǒng)的冷卻壁不同，無需進行生產(chǎn)管子的工藝和鑄造工藝。因此，本發(fā)明冷卻壁的生產(chǎn)成本比鑄鐵制成的傳統(tǒng)冷卻壁的成本低。
沖壓耐火材料緩沖了在運行過程中引起的碳耐火磚的熱膨脹，由于熱膨脹產(chǎn)生的力被冷卻壁的整個表面所接收，因此該力不會集中在某一具體部分。所以不會損壞冷卻水通道和碳耐火磚。所以，從強度性質(zhì)看，本發(fā)明可提供與傳統(tǒng)爐缸側壁結構的強度性質(zhì)相同的可靠性。
本發(fā)明一個冷卻壁的尺寸與鑄鐵制成的傳統(tǒng)冷卻壁基本相同。因此，當在構造過程中將冷卻壁安裝到爐殼上時，不會增加工作量，從而可避免構造成本的增加。
如上所述，本發(fā)明的冷卻壁能提供一種效率比傳統(tǒng)冷卻壁更高的冷卻壁。所以，本發(fā)明冷卻壁的工業(yè)應用性非常高。
權利要求
1．一種冷卻高爐爐壁的冷卻壁，包括多個在矩形鋼板中形成的縱向冷卻水通道；多個使縱向冷卻水通道相互連通的連接冷卻水通道；設置在冷卻水通道的兩個端部的冷卻水進水口和冷卻水排水口。
2．按照權利要求1的一種冷卻高爐爐壁的冷卻壁，還包括通過鉆孔在鋼板中形成的縱向冷卻水通道；通過鉆孔在鋼板中形成的連接冷卻水通道；和閉合上述冷卻水通道開口端的塞子。
3．按照權利要求1的一種冷卻高爐爐壁的冷卻壁，還包括在其表面上形成槽以提供冷卻水通道的一塊鋼板；和放在所述鋼板上的另一塊鋼板，其中這些鋼板相互固連在一起。
4．按照權利要求1的一種冷卻高爐爐壁的冷卻壁，其特征在于冷卻壁放置在疊層設置的高爐爐缸側壁上的碳耐火磚和爐殼之間。
5．一種通過在鋼板中形成多個C形冷卻水通道生產(chǎn)冷卻高爐爐壁的冷卻壁的方法，包括步驟沿縱向從兩端部在矩形鋼板上鉆孔以形成多個盲孔；用塞子閉合盲孔的兩端開口部分；在鋼板兩端部沿垂直于縱向的方向在鋼板上鉆孔以形成孔，使該孔與縱向盲孔相交，同時這些孔穿過或不穿過塞子；用塞子閉合孔兩端部。
6．一種通過在鋼板中形成多個C形冷卻水通道生產(chǎn)冷卻高爐爐壁的冷卻壁的方法，包括步驟沿縱向從兩端部在矩形鋼板上鉆孔以形成多個通孔；用塞子閉合通孔的兩端開口部分；在鋼板表面上靠近通孔兩端部的位置開槽，以形成使通孔相互連通的連通孔；用一個蓋覆蓋連通孔的上表面。
7．按照權利要求6的一種生產(chǎn)冷卻壁的方法，安裝的高爐爐壁相對于高爐爐底部分是傾斜的，包括步驟畫一條虛線，使從鋼板底邊到虛線的距離與從鋼板中心下端到虛線的距離相同；確定邊，使所述邊垂直于所述虛線；沿所述邊切割出一扇形鋼板；在垂直于所述邊的方向從兩邊鉆鋼板，其中這樣形成的孔在中心相互貫通，以形成縱向冷卻水通道；切割扇形鋼板的邊，使所述邊與預定的邊相一致。
全文摘要
用于冷卻放在高爐爐缸側壁的碳耐火磚的冷卻壁的結構,冷卻壁放置在爐缸側壁上的碳耐火磚和軋制鋼板制成的爐殼之間。冷卻壁體以這樣一種方式形成,即,通過直接在鋼板上鉆孔形成冷卻水通道,或?qū)⑿纬捎胁鄣匿摪迮c另一用作蓋的鋼板連接。在冷卻壁體外側設置冷卻水進水口和冷卻水排水口,這些開口與冷卻水通道相連通。
文檔編號C21B7/10GK1225136SQ9719626
公開日1999年8月4日 申請日期1997年7月9日 優(yōu)先權日1996年7月9日
發(fā)明者大塚一, 志賀敦, 石井久生 申請人:新日本制鐵株式會社