基本介紹
- 中文名：高爐板壁結合結構
- 外文名： Plate wall combinationstructure of blast furnace bosh
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
結構簡介,模式種類,工作原理,部位配置,結構套用,
結構簡介
高爐板壁結合結構就是在爐腹、爐腰和爐身部位採用冷卻壁和冷卻板兩種冷卻器組合的爐體冷卻結構。板壁結合冷卻結構的特點是集成了冷卻壁和冷卻板的優點，同時也克服了兩者的技術缺陷，對不同的高爐原料和操作條件適應性較強，而且這種結構在生產實踐中也取得了高爐長壽的實績，在20世紀末期曾一度受到國內外的普遍關注，被認為是延長高爐爐腹至爐身區域壽命的一種較優選擇。採用板壁結合結構，由於冷卻板可以更換，冷卻壁壽命仍是十分關鍵的，提高冷卻壁的冷卻能力同樣重要。
模式種類
高爐採用板壁結合結構擊臘鞏棵具有3種模式：
（1）針對整個爐體結構而言，在不同的區域採用不同的冷卻器。例如在爐缸爐底採用光面鑄鐵冷卻壁；在爐腹、爐腰和爐身中部採用銅冷卻板；在爐身上部採用鑄鐵冷卻壁。這種結構的實質還是銅冷卻板結構，在高熱負荷區的冷卻器—磚襯系統仍必須按照銅冷卻板的體系進行設計，只是將冷卻壁套用在爐缸爐底和爐身上部區域而已。盼挨葛此種板壁結合的冷卻結構嚴格意義上講還是冷卻板結構。
（2）冷卻板與冷卻壁在高度方向上採用垂直間隔布置方式，即上下兩段冷卻壁相互錯開，同一層冷卻板之間緊密相連，冷卻板不能更換。這種板壁結合結構的技術實質是利用銅冷卻板取代了鑄鐵冷卻壁的凸台，利用銅冷卻板強化了鑄鐵冷卻壁邊角部位的冷卻，改善了上下兩段冷卻壁交界處的冷卻效果，同時利用銅冷卻板對磚襯提供有效的支撐。從某種意義上可以說這種板壁結合結構是冷卻壁結構的改進和完善，只是利用銅冷卻板取代了鑄鐵冷卻壁的凸台，使爐體壽命得以更大幅度的延長。
（3）冷卻壁與冷卻板交錯布置成棋盤式或品字形，在高度和水平方向上冷卻壁與冷卻板交錯布置。這種板壁結合結構的技術思想是依靠冷卻壁和冷卻板的協同作用，在爐腰和爐身下部高熱負荷區提高冷卻系統的綜合傳熱性能，使渣皮能夠穩定地在磚襯熱面形成，保護冷卻壁和冷卻板長期工作。
工作原理
冷卻板的冷卻原理是通過分散的冷卻元件伸進爐內（一般長度為700～800mm）來冷卻周圍的耐火材料，並通過耐火材料的熱傳導作用來冷卻爐殼，從而起到延長耐火材料使用壽命和保護爐殼的作用。
冷卻壁的冷卻原理是通過冷卻壁形成一個密閉的圍繞高爐爐殼內部的冷卻結構，實現對耐火材料的冷卻和對爐殼的直接冷卻，從而起到延長耐火材料使用壽命和保護爐殼的作用。
在高爐爐身部位使用板壁結合冷卻結構形式，既實現了冷卻壁對整個爐殼的覆蓋冷卻作用，淋享趨又實現了冷卻板對爐襯的深度方向的冷卻，並對冷卻壁上下層接縫冷卻的薄弱部位起到了保護作用，因而有良好的適應性。
棋盤式布置的板壁結合結構特點是冷卻板不宜過長，以免造成冷卻板的過早損壞，而且過長的冷卻板也不利於形成規整平滑的高爐操作爐型。與此同時，應減小鑄鐵冷卻壁的高度到1000～1200mm，使冷卻單元小型化，其目的是使冷卻壁和冷卻板兩種歡訂踏不同冷卻器的功效趨近，有利於在爐體表面形成均勻的冷卻效果，可以促進磚襯熱面形成穩定的保護性渣皮。這種板壁結合結構的缺陷在於冷卻系統的設計和管道布置比較複雜，爐體熱負荷的調控難度較大，而且爐體結構的安裝製造和耐火材料磚襯的砌築過程也比較複雜，技術質量不易在施工建造過程中得到保證。另外，在高爐生產過程中必須嚴格控制邊緣煤氣流的過分發展，防止銅冷卻板的大量損壞。
部位配置
高爐採用板壁結合結構，必須配置合理的耐火材料磚襯結構，這種要求基本與採用冷卻板結構的磚襯體系大體一致。採用板壁結合結構的同時，配置合理的耐火材料磚襯結構，冷卻器與磚襯結構，冷卻器與磚襯耦合匹配，使爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區域形成穩定的保護性渣皮，可以舟跨翻使高爐壽命大幅度延長。耐火材料和磚襯結構的選擇，將主要乃鑽凳員取決於與冷卻系統的匹配效果。一般而言，抗化學侵蝕能力較強的剛玉質耐火材料由於其導熱性能不佳，很難發揮冷卻器的冷卻作用，不宜在爐腹以上的區域大量採用。應採用一些導熱性能良好的耐火材料，將其用於爐腹至爐身下部高熱負荷區，如高導熱的石墨磚、塞隆結合剛玉磚或氮化矽結合碳化矽磚等，在高導熱耐火材料磚襯的熱面可以砌築高鋁磚或黏土磚作為保護磚。在高爐爐腹至爐身下部高熱負荷採用這些高導熱促地的耐火材料，一方面能夠與高導熱的冷卻系統相匹配，有效降低磚襯熱面溫度，減緩磚襯熱面能夠形成穩定的保護性渣皮。即採用所謂的“傳熱學解決方案”比“耐火材料解決方案”更適用於冷卻板冷卻方式的爐體結構，而且這種磚襯結構對於板壁結合冷卻方式也是較為合理的選擇。對於球團礦使用比率較高或爐料條件不穩定的高爐而言，由於高爐操作波動頻繁，採用高導熱性的耐火材料磚襯體系就顯得更為重要。
結構套用
近二十年以來，隨著煉鐵技術的發展和耐火材料質量的提高，高爐壽命的薄弱環節由爐底部位的損壞轉移到爐身下部的損壞。因此，為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和保護爐殼，國內外一些高爐的爐身部位採用了冷卻板和冷卻壁交錯布置的結構形式。
中國A公司2號高爐（4063 m）、4號高爐（4747 m）採用板壁結合結構，壽命均達到10年以上。板壁結合結構在日本B公司6號高爐（4500 m）、C公司4號高爐（4826 m）都獲得成功套用，並取得了20年的高爐長壽實績。
韓國D公司1號、2號高爐（5250 m）分別於2010年7月和10建成投產，這兩座高爐爐體採用銅冷卻壁、鑄鐵冷卻壁和冷卻板結合的爐體結構。這種板壁結合結構不同於傳統的板壁結合結構，其實質是為了解決爐缸上部風口區與爐腹區的連線界面，既要保護風口組合磚結構並具有一定的厚度，還要和爐腹區銅冷卻壁薄壁結構相銜接，同時還能使風口避免爐腹渣皮脫落時的機械損壞，這種結構可以較好地處理風口和爐腹交接處的結構設計。
部位配置
高爐採用板壁結合結構，必須配置合理的耐火材料磚襯結構，這種要求基本與採用冷卻板結構的磚襯體系大體一致。採用板壁結合結構的同時，配置合理的耐火材料磚襯結構，冷卻器與磚襯結構，冷卻器與磚襯耦合匹配，使爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區域形成穩定的保護性渣皮，可以使高爐壽命大幅度延長。耐火材料和磚襯結構的選擇，將主要取決於與冷卻系統的匹配效果。一般而言，抗化學侵蝕能力較強的剛玉質耐火材料由於其導熱性能不佳，很難發揮冷卻器的冷卻作用，不宜在爐腹以上的區域大量採用。應採用一些導熱性能良好的耐火材料，將其用於爐腹至爐身下部高熱負荷區，如高導熱的石墨磚、塞隆結合剛玉磚或氮化矽結合碳化矽磚等，在高導熱耐火材料磚襯的熱面可以砌築高鋁磚或黏土磚作為保護磚。在高爐爐腹至爐身下部高熱負荷採用這些高導熱的耐火材料，一方面能夠與高導熱的冷卻系統相匹配，有效降低磚襯熱面溫度，減緩磚襯熱面能夠形成穩定的保護性渣皮。即採用所謂的“傳熱學解決方案”比“耐火材料解決方案”更適用於冷卻板冷卻方式的爐體結構，而且這種磚襯結構對於板壁結合冷卻方式也是較為合理的選擇。對於球團礦使用比率較高或爐料條件不穩定的高爐而言，由於高爐操作波動頻繁，採用高導熱性的耐火材料磚襯體系就顯得更為重要。
結構套用
近二十年以來，隨著煉鐵技術的發展和耐火材料質量的提高，高爐壽命的薄弱環節由爐底部位的損壞轉移到爐身下部的損壞。因此，為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和保護爐殼，國內外一些高爐的爐身部位採用了冷卻板和冷卻壁交錯布置的結構形式。
中國A公司2號高爐（4063 m）、4號高爐（4747 m）採用板壁結合結構，壽命均達到10年以上。板壁結合結構在日本B公司6號高爐（4500 m）、C公司4號高爐（4826 m）都獲得成功套用，並取得了20年的高爐長壽實績。
韓國D公司1號、2號高爐（5250 m）分別於2010年7月和10建成投產，這兩座高爐爐體採用銅冷卻壁、鑄鐵冷卻壁和冷卻板結合的爐體結構。這種板壁結合結構不同於傳統的板壁結合結構，其實質是為了解決爐缸上部風口區與爐腹區的連線界面，既要保護風口組合磚結構並具有一定的厚度，還要和爐腹區銅冷卻壁薄壁結構相銜接，同時還能使風口避免爐腹渣皮脫落時的機械損壞，這種結構可以較好地處理風口和爐腹交接處的結構設計。
