2005中国钢铁年会论文集梅钢1501转炉炉身压缩空气射流冷却装置的研制施卫忠1陈德亮1黄超21.宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司210039；2.北京冶金设备研究设计总院100029搁要本文针对梅山钢铁公司炼钢厂1号转炉炉壳改造，分析了转炉炉身段高温蠕变的成因，提出了种新型压缩空气射流冷却装置，实践证明该装置的可行性，为9，1以上级转炉炉身冷却提供可靠的参考。
1概述上海梅山钢铁股份有限公司炼钢厂两台转炉公称容童150，炉壳属日本销售给墨西哥方迪拉多钢厂的手炉壳，材质成分与国内的16压容钢的成分相近。因在我厂更换为镁碳砖炉衬，其炉身段吹炼时的温度，经热成像检测达390以上；原设计炉身外壁与托圈内壁之间的冷却间隙为150，回国修配改安装时实测约120，经3年生产使用后，停炉冷态检测间隙约1520，吹炼时热态估计已无间隙；该炉壳材料长期工作在390以上高温状态，受炉衬膨胀压力热应力机械应力的综合作用下而发生温蠕变变形。在新炉壳更换立项时，拟采用压缩空气射流冷却技术，将炉身段温度控制在300以下吹炼时，减少或避免高温蠕变变形，延长炉壳使用寿命。
国内外在15，1级容量以上的转炉炉身段冷却降温实用技术方面，尚无压缩空气射流冷却技术成功应用的范例。此项技术使用工厂的普通压缩空气0.83作为引射介质，能耗小，价格低，易于获得，不必新上专门的供气系统及设备。输送管道结构简单造价低维护方便且工作量小。即使生产使用中出现管道破裂而泄漏压缩空气，处理也简单快捷，更不会造成安全事故威胁生命和财产安全，比使用水作为冷却介质更安全可靠。
2技术内容2.1总体思路国内外转炉炉壳的炉身段，均在使用过程中不同程度的发生椭圆变形温蠕变，其椭圆长轴方向在出钢加料侧俗称桃核形鼓肚，这已是世界冶金行业的难。究其温蠕变变形的主要成因主要有以下几方面由于大童冶炼品种钢，出钢温度升，炉衬使用导热系数大的镁碳砖，特别是炉役后期炉衬严重烧损减薄等，都将导致炉壳单位时间内传递的热量显著增大。
炉壳板的厚度偏薄，应力大；炉壳材质16MnR属于CMn低合金高强钢，其温屈服强度抗拉强度及抗热蠕变性能均较差。
出钢出渣或测温取样无副枪或副枪故障停用操作时，炉内钢水的全部重量均集中在炉子的出钢加料侧俗称前后大面。
出钢出渣时，受到钢水罐或渣罐反射回来的大量辐射热及温烟气速冲刷等带来的附加热量。
热炉衬1000以上的径向热膨胀量远大于炉壳钢板的径向热膨胀量而产生膨胀压力，钢水钢渣及炉衬的重力炉壳自重及摇炉操作等机械应力的综合作用，大大超过钢板的高温屈服强度。
托圈与炉身段外壳之间环形间隙的气流不畅，辐射和对流传热散发出去的热童少，致使炉壳长期工作在350，4701的温状态下；炉壳工作温度350 470，远高于水冷托圈工作温度50以下的热膨胀差以及炉壳温蟠变椭圆变形等，均使炉壳与托圈之间的冷却间隙，在实际工作状态下比设计理论值要小些，这就更加恶化了炉身段壳板的散热条件，引起该段炉壳板工作温度的上升热应力增大。
同时，由于炉身段与托圈之间的冷却间隙减小，使自然对流强度减弱，所以附着在该段炉壳壳板面的热气膜难以破裂，该热气膜阻隔外层冷空气的后续热交换作用；极大地削弱了壳板与空气的自然对流传热效果另外该热气膜还反射部分壳板的热辐射能量，回壳板也使壳板辐射传热效果下降。
鉴于上述主要成因，除开发研制炉壳板新材料和增加壳板厚度外另篇叙述；为加强托圈与壳板冷却间隙的传热效果，拟研制压缩空气射流冷却装置，即在炉身段壳体与托圈之间的环形冷却间隙理组压缩空气喷嘴作为射流源压缩空气源压力为0.8；优化选择喷嘴与炉壳板之间的距离角度喷嘴之间的间距喷嘴数量喷嘴射流气束流速压力喷射角等系列技术参数。*终通过流出喷嘴的若干压缩空气射流气束的冲击作用破除覆盖在炉身段壳板外面的热气膜，并借助该射流气束的卷吸作用引导和带动环形冷却间隙周围空气强制对流，改善传热条件，加强传热效果，达到降低该段炉壳板工作温度的目的。
2.2技术方案从转炉车间普通压缩空气的输气干管上引接路，用于射流冷却用的压缩空气压力约0.8，流量约25353管道，该引接管道设置有流量压力检测仪及调节阀门，再分路通过新改进的转炉自由端气水双相旋转接头的个气相通道送到布置在托圈底部的环形汇集总管内；再经几十组支管流向数百只喷嘴，喷射到炉身壳板外面上，起到射流冷却作用。每个支管上均装有检测仪和控制阀门调节压缩空气的压力和流量等状态参数，借助热成像观测炉身段壳板的温度场分布和大小，再借助前述的调节装置调整压缩空气射流场分布方向和大小；*终达到通过对压缩空气射流场的调节，以控制炉身段壳板温度场分布和大小的目的。
通过事先进行了空气射流喷吹冷却模拟试验，摸清了包括流体流动类型物性壁面热状态和喷嘴位置的几何条件等各种参数对炉壳传热强度的影响，确定了它们的定量关系。
努塞尔数，=，义；雷诺数，办=10；空气的普朗特数；对流换热系数，空气的导热系数，WrnK；v空气的喷吹速度，空气的运动黏度，2喷孔直径，喷孔间距，爪；喷孔到热面距离，计算系数。
该方案的主要做法是1采用压缩空气；2将炉外风管的直径适当加大，以减少管路中的压力损失；3耳轴中心的通风孔直径不变，以减少设备的改动；4炉上风管的布置在托圈下侧，5喷吹管改为管式，炉壳圆周上设置若干块开有喷吹孔的冷却管，插到托圈和炉壳之间的间隙中，使冷风直接喷吹到炉壳热面，以增加冷却效果。
2.3实施方式射流冷却装置简，包括压缩空气输气管对系统2005中国钢铁年会论文集提供射流气源，炉外引接总管7与气水旋转接头2与托圈底部的环形汇集总管3相联，该汇集总管通过支撑夹持装置固定在托圈4的底面上；若干组支管5设置于炉身段板壳6与托圈4之间的环形冷却间隙中，并与汇集总管3相联，其上还分布有不同数目的喷嘴根据炉身段壳板各部分温度场大小和分布的调节需要，每支路的射流速度和压力等状散热效果差，工作温度过高的关键原因之。
创新点。通过设置压缩空气射流装置，方面破除附着在壳板外面的热气膜，另方面利用射流气束的卷吸作用带动周围空气强制对流；极大地加强了壳板的散热效果，降低了壳板的工作温度。
4保密要点态参数均可通过阀门分别调节来满足。
2.4实施效果通过年的在线投用，热成像观测结果明该气水双相旋转接头的结构原理纸；压缩空气射流装置的纸系统安装射流喷嘴的型号规格等参数；炉身段壳板面温度250它以下参热成像2，均达到预期控制在3001以下的目标值，且环形带温度场分布均匀极差50；停炉检测托圈与炉身段壳板之间的环形间隙仍为142，未发现炉壳板出现温蠕变现象。该射流冷却装置自投产以来喷嘴与炉壳板之间的距离人射角度喷嘴之间的间距喷嘴数量喷嘴射流气束的流速压力喷射角等系列技术参数5应用情况无任何故障，安全稳定，全面超越预期效果，2.
3发现发明及创新点1发现炉身段与托圈之间的环形空间自然对流，受托圈和炉帽防热板的双重屏蔽的制约，无法自本压缩空气射流装置研制成功后，利用梅钢1号炉改造大修，安装本装置，于2004年4月16日次投人成功，已投用年；通过热成像检测停炉检测，全面超越了预期效果。
本装置拟在即将开展的梅钢2号炉改造大修中发形成强制对流传热状态；另方面，正是由于对流推广应用。本装置具有在9，1级容童以上的大很弱，附着在该段炉壳板外面的热气膜很难破除，型转炉上均有极广泛应用前景。本装置属梅钢自主阻隔了周围空气的后续冷却；这是造成该段炉壳板开发，拥有自主知识产权。
泰，史小路等。宝钢3，1转炉炉壳变形测试研究。冶金设备，谭牧田。氧气转炉炼钢设备。北京机械工业出版社，1983 3谭立华译。镁碳转的性能及其对8炉炉衬和炉壳应力气影响。
国外耐火材料2，1993 4大手彰等。用冷却炉壳及单层衬提离转炉寿命。耐火物7，5严春吉，解茂昭。气动力对空心圆柱形液体射流分裂与雾化特性
