CN108103255B - 一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高炉设备技术领域，特别是涉及一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统。用于与炉墙连接，排出炉墙内蓄积的气体或水汽，所述排放系统包括至少一个收集排放单元，每个收集排放单元具有一收集管路，所述收集管路第一端伸入高炉炉墙内用于收集高炉炉墙内蓄积的气体或水汽，第二端与大气连通或连接有排气机构。本发明的有益效果是：及时排出高炉炉墙内在生产过程中蓄积的气体或水汽，降低气体或水汽对炉墙内耐火材料的侵蚀速率，提高高炉炉墙冷却效率。

Description

一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统

技术领域

本发明涉及高炉设备技术领域，特别是涉及一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统。

背景技术

高炉炼铁是炼铁技术的主要工艺方法，目前国内大中型高炉的一代炉龄多在10-15年上下，国外如德国、日本等发达国家高炉一代的炉龄普遍在15-20年上下。新建或大修一座高炉成本巨大，并显著影响企业效益。近年来国内国外高炉频繁出现炉缸烧穿的事故及遭受炉缸炭砖温度异常升高的困扰，有的高炉甚至投产1年到2年就被烧穿，大中型高炉的生产寿命大大缩减，严重威胁高炉的安全生产，给企业造成巨大的经济损失。

高炉一代的炉龄寿命通常以高炉炉缸寿命计算，炉缸内聚积液态铁水和熔渣(1450～1550℃)，高炉炉缸耐火材料用量最大，其内衬通常是炭质耐火砖，耐火砖冷面设水冷冷却壁。在生产过程中，高炉炉墙内会产生需要及时排出的气态物质。其中，高炉耐火材料内蓄积的气态物质主要有三个来源，其一，耐火材料本身含有一定的挥发分(所谓的挥发分是指样品在规定的条件下隔绝空气加热，样品中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的气体或液体)，在高温环境下逐渐挥发释放；其二，高炉炉内是高速流动的高压高温生产煤气，生产煤气通过耐火材料的毛细孔隙向低压低温处渗透形成逃逸煤气；其三，冷却设备漏水或逃逸煤气携带的水分蓄积在耐火材料中，当温度升高后水分汽化形成水汽。

由于气态物质会对高炉产生不同程度的危害，尤其是炉墙内蓄积的水汽对耐火材料及炉子的冷却系统的危害巨大。首先，水汽在高温下与炉缸炭质耐火材料发生化学反应，破坏耐材结构，降低其性能；其次，水分汽化后其体积扩大数倍，在炉墙内封闭的空间里产生巨大的压力，推动炉墙或冷却壁变形，使得冷却壁与耐火材料间形成间隙，形成巨大的传热阻力，破坏了冷却体系，炉缸炭砖温度迅速攀升超过其合理的工作温度区间，当水汽压力达到一定程度时推动耐火砖移位，炉缸局部出现铁水通道，高炉炉缸将会被直接烧穿。因此，高炉炉墙内的气态物质必须尽快地排出高炉，才能确保安全生产。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，用于及时排出高炉炉墙内蓄积的各种气态物质，提升高炉炉墙冷却效率，降低炉墙耐火材料被侵蚀的速率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，用于与炉墙连接，排出炉墙内蓄积的气体或水汽，所述排放系统包括至少一个收集排放单元，每个收集排放单元具有一收集管路，所述收集管路第一端伸入高炉炉墙内用于收集高炉炉墙内蓄积的气体或水汽，第二端与大气连通或连接有排气机构。

本发明的有益效果是：及时排出高炉炉墙内在生产过程中蓄积的气体或水汽，降低气体或水汽对炉墙内耐火材料的侵蚀速率，提高高炉炉墙冷却效率。

进一步，所述排放系统还包括排气总管，每个收集排放单元的收集管路第一端伸入炉墙内的捣打料耐火材料层，第二端连接至所述排气总管。

进一步，所述排气机构包括排气支管和设置在排气支管上的安全阀，所述排气支管连接所述收集管路第二端和所述排气总管。

进一步，所述排气支管上位于安全阀的上游设置有第一控制阀，所述排气支管或收集管路第二端设置有压力计。

进一步，所述排气支管上设置有与安全阀并联的旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：高炉炉墙内蓄积的气态物质通过收集管路收集，引导至安全阀前，安全阀根据收集管路安装位置的工况标定压力，当蓄积在安全阀前的气态物质压力超过标定值后安全阀自动打开，排出气体；当高炉处于检修状态时或安全阀异常时，打开旁通阀可直接排出气态物质；经过安全阀或旁通阀排出的气态物质最终通过排气总管集中排放，便于管理；设置压力计，检测并记录收集管路的压力值，一方面可据此调整安全阀的压力标定，设置安全阀的打开标准，以适应选择排放的气态物质的种类，另一方面，该点压力值还可以结合温度检测值，根据测量数值研究炉墙侵蚀进程，研究炉墙中气隙的形成和演变规律，判断炉墙温度异常波动对炉墙侵蚀的影响，对研究炉缸长寿具有非常有益的作用。

进一步，所述收集管路第二端的最低点还连接有用于排放水的排水支管。

进一步，所述排放系统还包括排水总管，每个收集排放单元的排水支管连接至所述排水总管。

进一步，所述排水支管上依次设置有第二控制阀和疏水阀，且所述疏水阀位于靠近排水总管的一端。

采用上述进一步方案的有益效果是：高炉炉墙内蓄积的气体含有水蒸气，气体中的水蒸气或水汽在排放过程中会有部分气态物质冷凝，冷凝水蓄积在排水支管内，通过疏水阀排放到排水总管中集中排放。

进一步，多个所述收集排放单元沿高炉炉墙圆周方向和/或高度方向分布。

进一步，所述收集管路的第一端穿过炉墙上的预留孔伸入高炉炉墙内；或所述收集管路的第一端与炉墙上的其它孔口共用，通过其它孔口伸入高炉炉墙内。

采用上述进一步方案的有益效果是：在高炉炉墙不同位置设置收集排放单元，便于高炉炉墙内的气态物质及时充分的排出，提高高炉炉墙对气态物质的处理效果，提高安全性能，延长使用寿命；并充分利用高炉炉墙上现成的孔口，减少工作量，提高经济效益。

附图说明

图1显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统的第一流程图；

图2显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统的第二流程图；

图3显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统的第三流程图；

图4显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统的收集管路与其它孔口共用的结构示意图；

图5显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统的收集管路通过预留孔伸入高炉炉墙内的结构示意图；

图6显示为本发明排出高炉炉墙内气态物质的排放系统在高炉炉缸上安装展开平面图。

零件标号说明

1 收集管路；

21 排气支管；

22 旁通管路；

23 第一控制阀；

24 旁通阀；

25 安全阀；

3 排气总管；

41 压力计；

42 第三控制阀；

51 排水支管；

52 第二控制阀；

53 疏水阀；

6 排水总管；

71 炉壳；

72 冷却设备；

73 捣打料；

74 耐火砖；

8 热电偶。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于炼铁技术中的高炉设备领域，特别是应用于高炉长寿生产运行领域。本发明是解决在生产过程中，高炉炉墙内蓄积的各种气态物质，破坏高炉冷却系统，使得高炉炉衬被异常侵蚀，高炉使用寿命短、安全性能低的技术问题。在本发明中，高炉炉墙内的耐火材料为耐火砖和捣打料(所谓的捣打料是指用捣打方法施工，并在高于常温的加热作用下硬化的不定型耐火材料)等，通过在高炉炉墙上设置排放系统，使得生产过程中高炉炉墙不断聚集的气态物质可以通过排放系统及时排出，避免气体膨胀破坏炉墙传热体系，降低耐火材料被侵蚀的速率，延长高炉的使用寿命。

如图4至图6所示，本发明实施例的排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，用于与炉墙连接，排出炉墙内蓄积的气体或水汽等气态物质，排放系统包括至少一个收集排放单元，每个收集排放单元具有一收集管路1，收集管路1第一端伸入高炉炉墙内用于收集高炉炉墙内蓄积的气体或水汽，第二端与大气连通或连接有排气机构。如图1所示，收集管路1第二端直接与外界大气连通时，可以设置一个第一控制阀23，通过开闭第一控制阀23排放气态物质，也可以直接通过收集管路1排放气态物质。

如图4至图6所示，高炉为圆筒状结构，高炉炉墙包括由外至内依次设置的炉壳71、冷却设备72和耐火材料，在本发明中，耐火材料包括捣打料73和耐火砖74，捣打料73位于冷却设备72和耐火砖74之间，冷却设备12可以为冷却壁或其它一些具有冷却功能的设备。高炉炉内的铁水和熔渣与耐火砖74接触，在生产过程中高炉炉内蓄积的气态物质、积水一般集中在捣打料73的区域，其中，气态物质主要成分包括在高温条件下产生的逃逸煤气、水汽等，若捣打料73中的气体、水汽、积水无法及时排出，容易推动耐火砖74和捣打料73分离，或捣打料73与冷却壁分离，炉内热量无法高效传输至冷却设备72内的冷却水，造成耐火砖74的温度迅速攀升，超过其合理工作温度，被高温铁水或熔渣侵蚀。

如图4至图6所示，排放系统还包括排气总管3，每个收集排放单元的收集管路1第一端伸入高炉炉墙到达炉内耐火材料层，在本实施例中，收集管路1第一端伸入到耐火材料层的捣打料73区域，收集管路1第二端连接至排气总管3。其中，排气机构包括排气支管21和设置在排气支管21上的安全阀25，排气支管21的进气端与收集管路1第二端的上侧连接，排气支管21的出气端与排气总管3连接。排气支管21上位于安全阀25的上游设置有第一控制阀23，即气态物质先要通过第一控制阀23才能到达安全阀25。排气支管21上设置有与安全阀25并联的旁通管路22，旁通管路22上设有旁通阀24，当高炉处于检修状态时或安全阀25异常时，打开旁通阀24可直接排出气态物质。

如图4至图6所示，排放系统还包括用于检测收集管路1内压力值的压力计41，压力计41通过第三控制阀42与排气支管21或收集管路1的第二端连通。如图2所示，压力计41可以安装在收集管路1的第二端检测记录收集管路1内的压力值；或者如图3所示，压力计41可以安装在第一控制阀23和安全阀25之间的排气支管21上检测记录收集管路1内的压力值。由于高炉炉墙不同位置的炉内压力不同，通过设置压力计一方面可以检测并记录对应收集排放单元内的压力值，并根据压力值设置对应安全阀的压力标定，当气体压力到达标定值时，安全阀打开，气体排出，气体压力低于标定值时，安全阀关闭。高炉生产中，当安全阀标定值高于相应位置炉内煤气压力时，即使炉墙内出现贯通缝，也能保证生产煤气不外溢。另一方面，通过压力计检测该点的压力值，结合热电偶8在该点的温度检测值，研究炉墙侵蚀进程，研究炉墙温度异常波动与炉墙内气体压力的关系，这对研究炉缸长寿具有非常有益的作用。通过压力计、安全阀等部件配合及时排出高炉炉墙内的气体或水汽等气态物质。

在生产过程中，不仅高炉炉墙内的气态物质需要及时排出，高炉炉墙内的积水也需要及时排出，炉墙内的积水主要有两个来源。其一，风口及以上的冷却设备破损漏水，高炉风口设备工作环境恶劣，破损后部分冷却水泄漏进入耐火砖与冷却设备的缝隙，蓄积在耐火材料内；其二，逃逸煤气携带的过饱和水分，高炉鼓风与原燃料携带的水分在高温下全部汽化，部分汽化后的水分随着逃逸煤气到炉壳或冷却设备后结露，由于炉缸位于高炉的底部，液态水沿着炉壳或冷却设备在重力作用下聚积在炉缸耐火材料内。

如图4至图6所示，为了及时顺利地排出炉墙内的积水、或气体中携带的水分、或水汽冷凝后的积水，收集管路1第二端的下侧还连接有用于排放水的排水支管51，排气支管21设置在收集管路1第二端的最高点，排水支管51设置在收集管路1第二端的最低点，使得气态物质和积水可以分别根据其自身的特点顺利的到达指定排放位置。排放系统还包括排水总管6，每个收集排放单元的排水支管51连接至排水总管6，通过排水总管6集中排放积水。排水支管51上依次设置有第二控制阀52和疏水阀53，积水依次经过控制阀52和疏水阀53后进入排水总管6内集中排出。当疏水阀53出现故障或需要更换维修时，可以关闭第二控制阀52进行维修，设置疏水阀53在排放积水的同时能有效防止气态物质外泄。具体应用中也可不安装疏水阀53，定期打开第二控制阀52排水。

如图4至图6所示，为了使得高炉炉墙内的气体、水汽、积水能够及时充分的排出，高炉上设置有多个收集排放单元，收集排放单元的数量可以根据具体情况选择设置。多个收集排放单元可以只沿高炉炉墙圆周方向设置，或只沿着高炉炉墙高度方向设置，或在高炉炉墙圆周方向和高度方向上均设置。多个收集排放单元的排气机构的出气端与排气总管3连接，气态物质通过排气总管3汇合集中排出；多个收集排放单元的排水机构的出水端与排水总管6连接，积水、冷凝水通过排水总管汇合集中排出。如图6所示，设置了四个收集排放单元，沿高炉高度方向设置的相邻两个收集排放单元的排水支管51出水端上的疏水阀53通过管道将积水汇总排入排水总管6集中排放；沿高炉高度方向设置的相邻两个收集排放单元的排气支管21的出气端将气态物质汇总排入排气总管3集中排放。气态物质和积水统一集中排放，简化了结构布局，便于管理。

下面结合实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。

实施例一：

如图4所示，收集管路1的前端与炉墙上的其它孔口共用，通过其它孔口伸入高炉炉墙内，收集高炉炉墙内的气体、积水。其它孔口可以为安装耐火材料热电偶8的测温孔，或灌浆孔等，充分利用现成的孔口，减少工作量。当收集管路1与热电偶8共用孔口时，捣打料73的冷面设置的冷却设备72为冷却壁，冷却壁外侧为由钢板制作的炉壳71，高炉炉缸配置有多支热电偶8，热电偶8依次穿过炉壳71、冷却设备72、捣打料73伸入耐火砖74中，当收集管路1和热电偶8共用孔口时，收集管路1套设在热电偶8上，并依次穿过炉壳71、冷却设备72到达捣打料73处，排气管1固定在高炉炉壳上。收集管路1远离高炉炉墙的一端通过密封法兰进行密封，排气机构与收集管路1固定连接，并与收集管路1内部连通，实现气体输送。在本实施例中，排气支管21和旁通管路22为DN15钢管，先在排气支管21上设置第一控制阀23和安全阀25，第一控制阀23为DN15排气阀门，安全阀25为DN15安全阀，标定安全阀25的压力0.2MPa，当炉墙内蓄积的气体压力大于0.2MPa时，安全阀25自动开启排放水气和逃逸煤气，旁通阀24为DN15球阀。排气支管21上还安装有第三控制阀42，第三控制阀42为DN15压力计球阀，接压力计41，压力计41既可现场显示压力值，又可将数据传送至控制室，记录统计压力值。安全阀25和旁通阀24后接DN15旁通管路22，多个收集排气单元的气态物质汇总接入管径为DN25的排气总管3。收集管路1的下侧设置排水支管51，排水支管51上设置有第二控制阀52，第二控制阀52为DN15球阀，排水支管51的出水端接疏水阀53，用于定期排出水分。

实施例二：

如图5所示，收集管路1的前端穿过高炉炉墙上的预留孔伸入高炉炉墙内，收集高炉炉墙内的气体、积水。安装时，若高炉炉墙上没有可利用的孔洞时，在高炉炉墙上直接钻孔插入收集管路1收集高炉炉墙内的气体。收集管路1依次穿过炉壳71、冷却设备72到达捣打料73处，收集管路1固定在高炉炉壳上。收集管路1远离高炉炉墙的后端通过密封法兰进行密封，排气机构与收集管路1固定连接，并与收集管路1内部连通，实现气体输送。在本实施例中，排气支管21和旁通管路22为DN25钢管，先在排气支管21上设置第一控制阀23和安全阀25，第一控制阀23为DN25排气阀门，安全阀25为DN25安全阀，标定安全阀25的压力0.4MPa，当炉墙内蓄积的气体压力大于0.4MPa时，安全阀25自动开启排放水蒸气和逃逸煤气，旁通阀24为DN25球阀。排气支管21上还安装有第三控制阀42，第三控制阀42为DN25压力计球阀，接压力计41，压力计41既可现场显示压力值，又可将数据传送至控制室，记录统计压力值。安全阀25和旁通阀24后接DN25旁通管路22，多个收集排气单元的气态物质汇总接入管径为DN32的排气总管3。收集管路1的下侧设置排水支管51，排水支管51上设置有第二控制阀52，第二控制阀52为DN25球阀，排水支管51的出水端接疏水阀53，用于定期排出水分。在本实施例中设置了至少两个沿高炉高度方向设置的收集排放单元，两个相邻收集排放单元共用排气总管3。

本发明通过在高炉炉墙上设置结构简单的收集排放单元不断地排出高炉生产过程中炉墙内蓄积的气态物质和积水，避免气体破坏高炉炉墙的耐火材料，破坏高炉炉墙的冷却体系，导致高炉耐火材料异常侵蚀。有效地促进了高炉安全的稳定运行，延长了高炉的使用寿命，提高了经济效益。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，用于与炉墙连接，排出炉墙内蓄积的气体或水汽，其特征在于：所述排放系统包括至少一个收集排放单元和排气总管，每个收集排放单元具有一收集管路，所述收集管路第一端伸入高炉炉墙内用于收集高炉炉墙内蓄积的气体或水汽，第二端与大气连通或连接有排气机构；

高炉炉墙包括由外至内依次设置的炉壳、冷却设备、捣打料和耐火砖，高炉炉内的铁水和熔渣与耐火砖接触；每个收集排放单元的收集管路第一端伸入炉墙内的捣打料耐火材料层，第二端连接至所述排气总管；

所述排气机构包括排气支管和设置在排气支管上的安全阀，所述排气支管连接所述收集管路第二端的最高点和所述排气总管，所述排气支管上位于安全阀的上游设置有第一控制阀，所述排气支管或收集管路第二端设置有压力计；所述收集管路第二端的最低点还连接有用于排放水的排水支管。

2.根据权利要求1所述的一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，其特征在于：所述排气支管上设置有与安全阀并联的旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀。

3.根据权利要求1所述的一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，其特征在于：所述排放系统还包括排水总管，每个收集排放单元的排水支管连接至所述排水总管。

4.根据权利要求3所述的一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，其特征在于：所述排水支管上依次设置有第二控制阀和疏水阀，且所述疏水阀位于靠近排水总管的一端。

5.根据权利要求1所述的一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，其特征在于：多个所述收集排放单元沿高炉炉墙圆周方向和/或高度方向分布。

6.根据权利要求1所述的一种排出高炉炉墙内气态物质的排放系统，其特征在于：所述收集管路的第一端穿过炉墙上的预留孔伸入高炉炉墙内；或所述收集管路的第一端与炉墙上的其它孔口共用，通过其它孔口伸入高炉炉墙内。

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