鞍鋼高爐爐缸冷卻水速和水溫研究

謝明輝，姜喆，車玉滿，朱建偉，郭天永

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

隨著裝備水平的進步和維護水平的提升，限制鞍鋼股份有限公司（以下簡稱“鞍鋼”）高爐長壽的關鍵因素已從上部冷卻壁破損轉變為爐缸耐材過快侵蝕［1］。對鞍鋼10座高爐破損調查跟蹤發現，爐缸耐材快速侵蝕主要是熱平衡被打破后反復累積的結果，因此解決此問題的核心關鍵是建立起合理穩定的從爐缸內部向外部的傳熱體系。而冷卻水作為爐缸內部熱量向外傳輸的主要介質，直接決定著爐缸傳熱體系的合理與否。因此，本文主要從爐缸傳熱角度對爐缸冷卻水參數進行了討論。

1 理論基礎

高爐爐缸97%以上的熱量都是通過冷卻水傳出的，僅不到3%的熱量通過爐殼散熱傳出。爐缸冷卻系統傳熱示意圖見圖1。因此，可認為爐內熱量通過耐材、冷卻壁后最終被冷卻水全部帶走。在爐內熱平衡狀態下，爐內傳出的熱流可用公式（1）計算［2］：

圖1 爐缸冷卻系統傳熱示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Heat Transferring from Hearth Cooling System

式中，T鐵為鐵水溫度，℃；T水為冷卻水溫度，℃；h水為冷卻水與冷卻壁綜合換熱系數，W/（m2·℃）；a為冷卻壁比表面積；L冷為冷卻壁厚度，m；K冷為冷卻壁或爐殼導熱系數，W/（m·℃）；L搗為碳搗料厚度，m；K搗為碳搗料導熱系數，W/（m·℃）；L炭為炭磚厚度，m；K炭為炭磚導熱系數，W/（m·℃）；h鐵為鐵水與炭磚換熱系數，W/（m2·℃）。

對鞍鋼高爐冷卻水對爐缸冷卻效果的影響進行研究，參數選擇為 T鐵=1 500 ℃；h鐵=45 W/（m2·℃）；a=1；L冷=0.08 m；K冷＝340 W/（m·℃）；L搗=0.08 m；K搗=12 W/（m·℃）；L炭=1.4 m 和 0.2 m，K炭=20 W/（m·℃）。

2 冷卻水對高爐爐缸冷卻效果影響

2.1 冷卻水速對熱流強度和炭磚熱面溫度的影響

冷卻水速變化主要影響h水，可按公式（2）計算。……