CN111850204A - 一种高炉炉缸积水的排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉炉缸积水的排水系统，属于高炉领域。包括排水短管、排水支管以及排水主管，排水主管的末端与自动排水装置相接；各排水短管上均设有压力检测装置与检修阀门，其中检修阀门设置在压力检测装置后方的排水短管末端处；各排水支管均包括直管段Ⅰ与直管段Ⅱ，直管段Ⅰ的一端通过检修三通阀与直管段Ⅱ的一端连成L型管体结构，直管段Ⅰ的另一端接在排水短管上，直管段Ⅱ的另一端接在排水主管上。整个排水管路组成简单，不仅可将高炉生产过程中聚积在炉缸内的积水及时排出，且能实现在线清堵，维护方便，延长了高炉炉缸寿命，提高了经济效益。

Description

一种高炉炉缸积水的排水系统

技术领域

本发明属于高炉领域，具体涉及一种高炉炉缸积水的排水系统。

背景技术

高炉炼铁是炼铁技术的主要工艺方法，近年来国内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，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。高炉炉缸能够长期稳定地运行主要依赖于冷却设备与耐火材料形成稳定的传热体系，但在实际生产过程中，冷却设备与耐火材料间会因冷却设备漏水、串煤气等问题而出现气隙，一旦炉缸内存在气隙，则就会破坏炉缸的传热体系，造成炉缸炭砖异常侵蚀，缩短高炉寿命。

在生产过程中，高炉炉缸耐火材料内的积水有两个主要来源：其一是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；其二是高炉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，部分随着煤气逃逸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。

高炉炉缸能够长期稳定地运行依赖于冷却设备与耐火材料形成稳定的传热体系，若水分进入炉缸耐火材料内，一方面，水分在高温下与炉缸炭质耐火材料发生化学反应，侵蚀炉缸耐火材料；另一方面，水分受热后汽化，在炉墙内封闭的空间里形成巨大的压力，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，破坏了炉缸传热体系，造成炉缸炭砖异常侵蚀，缩短高炉寿命。因此，及时排出炉缸内的积水对减缓炉缸炭砖侵蚀，延长高炉炉缸寿命有重要意义。

申请号为201711182660.6的中国专利申请公开了一种排出高炉炉内积水的排水系统，但该系统存在一些不足，无法满足实际高炉的排水排气。生产实践表明，高炉在生产操作过程中，需要经常性进行灌浆操作，时间一长，就高炉炉缸侧壁的许多短管(包括温度计短管、灌浆孔)都会发生堵塞现象。该专利方案中，排水管路采用相互交错串联布置，虽然可最大范围收集炉内积水，但排水管路布置复杂，实际生产难以实施，且该方案中没有考虑管道堵塞后的清理措施，维护不方便，一旦管路发生堵塞，整个排水管路可能排不出水，进而影响高炉炉缸的排水效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高炉炉缸积水的排水系统，该排水系统布置简洁，可对堵塞后管道进行疏通清理，维护方便，可有效维持高炉炉缸传热体系的温度，减缓炉缸内的耐火材料的侵蚀速率，延长高炉炉缸寿命。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高炉炉缸积水的排水系统，包括排水管路与自动排水装置，排水管路主要由排水短管、排水支管以及排水主管组成，其中排水短管有若干根，各排水短管的进水端伸入进高炉炉缸内并到达炉内耐火材料的冷面端，各排水短管通过对应配对的排水支管与排水主管相连接，排水主管的末端与自动排水装置相接；各排水短管上均设有压力检测装置与检修阀门，其中检修阀门设置在压力检测装置后方的排水短管末端处；各排水支管均包括直管段Ⅰ与直管段Ⅱ，直管段Ⅰ的一端通过检修三通阀与直管段Ⅱ的一端连成L型管体结构，直管段Ⅰ的另一端接在排水短管上，直管段Ⅱ的另一端接在排水主管上。

进一步，排水管路设置在高炉炉缸的高温区。

进一步，排水管路有多组，绕高炉炉墙圆周方向依次设置，每组排水管路中的多个排水短管沿高炉高度方向间隔设置。

进一步，排水短管的进水端穿过高炉炉墙上的孔口，该孔口为热电偶孔、灌浆孔、预设孔或是冷却设备固定螺栓孔中的一种或多种。

进一步，当冷却设备通过空心螺栓紧固在高炉的炉壳上时，排水短管的进水端穿过设置在炉壳外的冷却设备密封罩、并伸入进螺栓空心内，空心螺栓的内端头与耐火材料的冷面端相接触。

进一步，排水支管中的直管段Ⅱ上设有排水支管阀门。

进一步，排水支管中的直管段Ⅰ垂直于排水短管设置。

进一步，自动排水装置包括排水主管阀门和自动排水器，排水主管阀门安装在排水主管上，自动排水器上设置有液位检测装置，自动排水器底部设置有排水阀门；液位检测装置与排水主管阀门以及排水阀门进行信号关联连锁。

进一步，排水主管阀门以及排水阀门均为电动阀。

本发明的有益效果在于：

(1)排水短管上的压力检测装置可实时监控排水管路内的压力与高炉炉缸内的压力变化，判断排水管路是否堵塞，排水短管末端的检修阀门以及排水支管上的检修三通阀可及时清堵，保证了排水管路的畅通。

(2)整个排水管路组成简单，不仅可将高炉生产过程中聚积在炉缸内的积水及时排出，且维护方便，极大的减小了炉缸积水及气隙对炉缸传热体系及炭砖的影响，减缓了炭砖的侵蚀，延长了高炉炉缸寿命，提高了经济效益。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为高炉炉缸积水排水系统的结构示意图；

图2为高炉炉缸积水的排水系统的平面展开示意图；

图3为实施例一的结构示意图；

图4为实施例二的结构示意图；

图5为实施例一清理堵料示意图；

图6为冷却设备安装结构示意图；

图7为空心螺栓结构示意图；

图8为自动排水装置控制原理图。

附图标记：

耐火砖1、填缝料2、冷却设备3、炉壳4、排水短管5、压力检测装置6、检修阀门7、检修三通阀8、排水支管9、排水支管阀门10、排水主管11、排水主管阀门12、自动排水装置13、排水阀门14、堵料疏通棒15、堵料16、螺栓孔密封罩17、空心螺栓18、实心螺栓19；

直管段Ⅰ901、直管段Ⅱ902；液位检测装置1301、液位信号采集系统1302、阀门控制系统1303。

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，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图5所示，该高炉炉缸积水的排水系统，包括在高炉炉缸温度高的区域至少设置一组排水管路，各组排水管路均包括至少一根伸入高炉炉缸内并到达炉内耐火材料冷面的排水短管5，一根与排水短管5相配对的排水支管9以及与自动排水装置13连接的排水主管11。耐火材料包括耐火砖1与填缝料2，其中耐火砖1是设置在最内侧，与铁水、熔渣相接触，填缝料2则位于冷却设备3及耐火砖1之间。排水短管5的进水端依次穿过炉壳4、冷却设备3后与填缝料2接触，积水在其自身的重力以及压力作用下，进入到排水短管5中，再经过排水支管9、排水主管11，进入到自动排水装置13中，实现自动排水。炉缸内的积水分经过排水短管5排出后，可降低耐火砖1被侵蚀的速度，延长使用寿命和安全性能。

排水短管5上设置有压力检测装置6，通过压力检测装置6可实时监控排水管路内的压力与高炉炉缸内的压力变化，判断排水管路是否堵塞，同时在排水短管5末端设置检修阀门7，便于及时清理堵料。检修阀门7可为手动阀、或电动阀、或气动阀、或液动阀等，可根据具体需求选择设置，以便实现人工就地开启或远程开启。

与排水短管5配对的排水支管9垂直于排水短管5进行安装，具体的，排水支管9是由直管段Ⅰ901与直管段Ⅱ902通过检修三通阀8连接组成，直管段Ⅱ902设有排水支管阀门10。多组排水支管9与排水主管11连接，排水主管11上末端设置排水主管阀门12，在排水主管末端设置自动排水装置13，自动排水装置13通过液位检测装置1301检测液位高度以实现自动排水。

排水短管5的进水端需要依次穿过炉壳4、冷却设备3后与填缝料2接触，炉壳4上的孔口包括高炉炉缸用的热电偶孔、灌浆孔及预设孔等，可以利用这些孔进行排水短管5的安装，还可以利用冷却设备3的(固定用)螺栓孔设置排水管路，排出炉缸内的积水。如图6所示，一般冷却设备3采用4支实心螺栓19固定到炉壳4上，可以在保证安全前提下，将其中1～2支实心螺栓19改为空心螺栓18，如图4及图7所示，排水短管5与冷却设备3的(固定用)螺栓孔共用，待冷却设备3安装完毕后，在其螺栓孔密封罩17上进行开孔，排水短管5穿过密封罩17后与空心螺栓18进行连接，可直接排出炉缸内的积水，可减小现场开孔，操作简单方便。

如图1至图2所示，排水管路的组数根据需求选择设置，当设置多组排水管路时，每组排水管路沿高炉炉墙圆周方向设置，每组排水管路中的多个排水短管5和配对的排水支管9只沿高炉炉墙高度方向设置，可以根据炉缸侧壁温度分布及具体需求进行设置，以便充分及时的排出高炉炉内的积水，避免因炉缸积水造成高炉内的耐材快速侵蚀。

该排水系统的清堵原理及过程为：

如图5所示，为了能实时检测排水管路上是否存在堵塞，在排水短管5上设置有压力检测装置6，压力检测装置6可为压力表或压力计，通过实时监控排水管路内的压力与高炉炉缸内的压力变化，判断排水管路是否堵塞。排水短管5的末端设置有检修阀门7，在排水支管9上设置有检修三通阀8，由于排水支管9是由直管段Ⅰ901、直管段Ⅱ902以及检修三通阀8组成的L型管体结构，故在清理排水短管5内的堵料时，堵料疏通棒15可直接从排水短管5末端的检修阀门7插入，而清理排水支管9中的堵料时，堵料疏通棒15则直接从检修三通阀8的一端口插入清理，因直管段Ⅰ与排水短管相垂直，故从排水短管5中掉至直管段Ⅰ901中的堵料可通过检修三通阀8排出。该结构不仅使得堵料清理方便，还能防止堵料进入直管段Ⅱ902以及排水主管11。

一般高炉内的压力在0.3～0.5Mpa，当检测每组支管是否存在堵塞时，关闭排水支管阀门10，当压力检测装置6的压力值低于炉内压力时，则该组排水管路内存在堵料16，需要及时进行清堵。此时关闭排水支管阀门10，分别打开检修阀门7和调整检修三通阀8，利用堵料疏通棒15分别从排水短管5的末端和检修三通阀8处插入管内将堵料16从排水管路内疏通出来，从而保证排水管路的畅通。

该排水系统的排水控制过程为：

如图8所示，自动排水装置13设置在排水主管11的末端，排水主管11内的积水经过排水主管阀门12汇集到自动排水装置13中，排水阀门14设置在自动排水装置13的底部。液位检测装置1301可实时检测自动排水装置13内的液面高度，自动排水装置13的液位检测信号与排水主管阀门12、排水阀门14的信号进行关联连锁；排水主管阀门12和排水阀门14根据液位检测装置1301的液位信号开闭排水，防止排水管路煤气外泄，实现自动排水。液位信号采集系统1302实时采集液位检测装置1301的液位信号，并与阀门控制系统1303进行关联连锁。当液面达到预设的高液面时，关闭排水主管阀门12、打开排水阀门14；随着积水排水，自动排水装置13中的液面逐渐降低；当液面达到预设的低液面时，关闭排水阀门14、打开排水主管阀门12，从而可防止排水管路煤气外泄，实现自动排水。

为了进一步清楚阐述说明排水管路在高炉炉缸上的具体安装方式列举以下实施例，但安装方式并非仅限于以下实施例。

实施例一：

如图1至图3、图5以及图8所示，排水短管5的进水端与其它孔口共用，伸入高炉炉缸内收集高炉炉内的积水，其它孔口可以为热电偶孔，或灌浆孔或预留孔等，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排水短管5。当排水短管5与灌浆孔或预留孔共用孔口时，填缝料2的冷面设置的冷却设备3为冷却壁，冷却壁外侧为由钢板制作的炉壳4，排水短管5依次穿过炉壳4、冷却设备3、填缝料2伸入耐火砖1中，排水短管5外端固定在高炉炉壳4上。排水短管5上设置压力检测装置6，压力检测装置6可为压力表或压力计，通过实时监控排水管路内的压力与高炉炉缸内的压力变化，判断排水管路是否堵塞，同时在排水短管5的末端设置检修阀门7，在排水支管9上设置检修三通阀8，便于及时清理堵料。当压力检测装置6的压力值低于炉内压力时，则该组排水管路内存在堵料16，需要及时进行清堵。此时关闭排水支管阀门10，分别打开检修阀门7和调整检修三通阀8，利用堵料疏通棒15分别从排水短管5的末端和检修三通阀8处插入管内将堵料16从排水管路内疏通出来，从而保证排水管路的畅通。在本实施例中，排水短管5为DN50钢管，排水支管9为DN25钢管，排水短管5上的检修阀门7为DN50电动球阀，排水支管9上的检修三通阀8为DN25三通球阀，排水支管阀门10为DN25球阀，排水主管为DN50钢管，排水主管阀门12和排水阀门14均为电动球阀，自动排水装置13的设置位置要低于所有排水管路，可以将自动排水装置13设置在地面上，安装完成后，在正常生产状态下，检修阀门7处于常闭状态，支管阀门10、排水主管阀门12保持常开状态，排水阀门14处于关闭状态。当达到最高液位高度时，关闭排水主管阀门12，打开排水阀门14，排出炉内的积水。

实施例二：

如图1、图2、图4、图6至图8所示，排水短管5的进水端穿过高炉炉墙上收集高炉炉内的积水，安装时，还可以利用冷却设备3的固定螺栓孔设置排水管路，排出炉缸内的积水。一般冷却设备3采用4支实心螺栓19固定到炉壳4上，可以在保证安全前提下，将其中1～2支实心螺栓19改为空心螺栓18，排水短管5与冷却设备3的固定螺栓孔共用，待冷却设备3安装完毕后，在其螺栓孔密封罩17上进行开孔，排水短管5穿过螺栓孔密封罩17后与空心螺栓18进行连接，可直接排出炉缸内的积水，可减小现场开孔，操作简单方便。排水管路及排水方式的与实施例一一致，不再重复叙述。

本方案通过在高炉炉缸侧壁上设置结构简单的排水系统，可不断排出高炉生产过程中炉内产生的积水，避免因炉缸内积水对炉缸耐火材料及传热体系产生较大破坏，可有效减缓炉缸耐材侵蚀，延长高炉炉缸使用寿命，提高经济效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高炉炉缸积水的排水系统，包括排水管路与自动排水装置，排水管路主要由排水短管、排水支管以及排水主管组成，其中排水短管有若干根，各排水短管的进水端伸入进高炉炉缸内并到达炉内耐火材料的冷面端，各排水短管通过对应配对的排水支管与排水主管相连接，排水主管的末端与自动排水装置相接；其特征在于：各排水短管上均设有压力检测装置与检修阀门，其中检修阀门设置在压力检测装置后方的排水短管末端处；各排水支管均包括直管段Ⅰ与直管段Ⅱ，直管段Ⅰ的一端通过检修三通阀与直管段Ⅱ的一端连成L型管体结构，直管段Ⅰ的另一端接在排水短管上，直管段Ⅱ的另一端接在排水主管上。

2.根据权利要求1所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水管路设置在高炉炉缸的高温区。

3.根据权利要求1所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水管路有多组，绕高炉炉墙圆周方向依次设置，每组排水管路中的多个排水短管沿高炉高度方向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水短管的进水端穿过高炉炉墙上的孔口，该孔口为热电偶孔、灌浆孔、预设孔或是冷却设备固定螺栓孔中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：当冷却设备通过空心螺栓紧固在高炉的炉壳上时，排水短管的进水端穿过设置在炉壳外的冷却设备密封罩、并伸入进螺栓空心内，空心螺栓的内端头与耐火材料的冷面端相接触。

6.根据权利要求1～5任一所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水支管中的直管段Ⅱ上设有排水支管阀门。

7.根据权利要求6所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水支管中的直管段Ⅰ垂直于排水短管设置。

8.根据权利要求6所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：自动排水装置包括排水主管阀门和自动排水器，排水主管阀门安装在排水主管上，自动排水器上设置有液位检测装置，自动排水器底部设置有排水阀门；液位检测装置与排水主管阀门以及排水阀门进行信号关联连锁。

9.根据权利要求8所述的高炉炉缸积水的排水系统，其特征在于：排水主管阀门以及排水阀门均为电动阀。

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