CN102443666B - 不降料线外顶法快速更换高炉冷却壁的装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不降料线外顶法快速更换高炉冷却壁的装置及施工方法。所述方法包括：拆除待更换冷却壁区域上的循环水管线；切割待更换的冷却壁区域的炉壳；设置顶架，顶架上设置顶进装置；使用顶进装置将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内，并在高炉的炉壳整体外表上形成开口；将新的冷却壁和新的炉壳安装在所述开口内。所述装置包括：顶架，在顶架上设置有顶进装置座板；顶进装置，安装在顶进装置座板上，所述顶进装置用于将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内。根据本发明的实施例的施工方法施工过程控制可靠，施工技术水平、技术难度要求不高，材料浪费小，施工设施可重复使用，工序较少，不占用清空料线时间和开炉装料时间。

Description

不降料线外顶法快速更换高炉冷却壁的装置及施工方法

技术领域

本发明涉及一种更换高炉冷却壁的装置及施工方法，更具体地说，涉及一种不降料线外顶法快速更换高炉冷却壁的装置及施工方法。

背景技术

高炉冷却壁是整座高炉运行生产时主要的冷却设备之一，置于炉壳与炉衬之间，主要材质为铸铁，铸钢或铜。高炉冷却壁在生产过程中，由于承重受力大、温度高和内部循环水的连续冲刷等原因，致使冷却壁容易损坏，严重时可能连高炉炉壳一起烧坏造成泄漏等情况。每次的修复已无法保证高炉生产的需要，因此需要定期更换冷却壁。

高炉作为炼铁生产的重要设备之一，其检修时间的长短将直接影响厂方的正常生产，而传统的更换冷却壁的施工方法一般是按照“休风→降料线→第一段冷却壁处出残铁→清炉内残渣铁→设置吊盘-拆除冷却壁”的方法进行施工，所谓料线，就是高炉中布置好的料的介面的曲线。再按照“安装冷却壁→拆除吊盘→重新上料→恢复第一段冷却壁→送风”的方法进行恢复，此类施工方法的工期一般在30天左右。

所谓料线，是指高炉炉内所装的各种原料上平面线，正常生产时料线距大钟下口2.5米左右，炉内钢砖、冷却壁等被埋在原料内，不与气流直接接触，对冷却壁起到较好的保护作用。长期以来，高炉冷却壁的更换采用降料线的方法，将料线降到风口以下，炉内打水，清渣后，炉内清空，旧冷却壁拆除安装很方便，但施工工期较长，影响高炉正常生产。目前高炉冷却壁的更换均采用降料线施工工艺。

然而，有时由于厂方生产条件、施工时间及安全生产等情况的限制，要求施工单位在短时间内更换完毕多块高炉冷却壁，存在现场环境复杂、工期紧张、施工区域狭窄、吊装空间不足的实际问题。

发明内容

为了解决更换冷却壁时其他部位不能保持不动并且需要降料线和重新上线的问题，本发明的目的在于提供一种快速更换高炉冷却壁的施工方法。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例提供了一种更换冷却壁的方法，所述方法包括：拆除待更换冷却壁区域上的循环水管线；切割待更换的冷却壁区域的炉壳；设置顶架，顶架上设置顶进装置；使用顶进装置将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内，并在高炉的炉壳整体外表上形成开口；将新的冷却壁和与之相连的炉壳安装在所述开口内。

顶架由工字钢焊接而成。

在顶架上设置有顶进装置座板，顶进装置安装在顶进装置座板上。

顶架具有两层，每层安装一个顶进装置。

所述顶进装置为液压顶进装置。

所述液压顶进装置为油压机。

顶架的左右两端臂安装固定在待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域上。

对待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域进行加固处理。

使用连接到高炉的***炉架的金属框架对待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域进行固定支撑。

在待更换的冷却壁区域的炉壳上设置挡料板。

在待更换的冷却壁区域的炉壳的上周缘、左侧周缘和右侧周缘上设置挡料板。

挡料板的厚度为16mm，材料为Q345B。

在炉壳上设置排料孔，用于在顶进冷却壁区域时排出多余的料。

排料孔的直径为80mm。

在将旧炉壳及冷却壁顶到位后，将挡料板与四周未被顶入的炉壳焊上，然后拆除顶进装置，接着安装新的冷却壁和与之相连的炉壳。

新更换的冷却壁不具有突出部。

新更换的冷却壁的周边不具有锥度。

新更换的炉壳及冷却壁的尺寸略小于顶开旧炉壳及冷却壁后所形成的开口的大小。

所切割的冷却壁区域的面积小于一块旧冷却壁的面积。

新炉壳与两侧旧炉壳对平整，打坡口焊接。

在新炉壳和其周围的炉壳上焊接龙门卡。

在将待更换冷却壁区域处的新炉壳和新冷却壁安装好之后，重复上述操作步骤，继续对其周围区域的冷却壁进行更换。

保证炉内与待更换的冷却壁区域所对应的位置是焦炭。

在高炉内设置摄像头，通过观察摄像头所形成的图像来确定焦炭是否处于与待更换的冷却壁区域对应的位置。

所使用的焦炭的粒度大于60mm。

装料顺序按照矿石原料和焦炭交替的顺序进行。

装入的焦炭层的厚度超过冷却壁自身的高度。

在切割待更换的冷却壁区域的炉壳时，首先根据循环水管线的位置来确定待更换的冷却壁的位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于更换冷却壁的装置，所述装置包括：顶架，在顶架上设置有顶进装置座板；顶进装置，安装在顶进装置座板上，所述顶进装置用于将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内，并在高炉的炉壳整体外表上形成开口。

顶架由工字钢焊接而成。

顶架具有两层，每层安装一个顶进装置。

所述顶进装置为液压顶进装置。

所述液压顶进装置为油压机。

顶架的左右两端臂安装固定在待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域上。

所述装置还包括：连接到高炉的***炉架的金属框架，用于对待更换的冷却壁区域的两侧的冷却壁区域进行加固处理。

根据本发明的实施例的高炉冷却壁更换采用不降料线更换冷却壁工艺。采用不降料线施工工艺，将不占用清空料线时间和开炉装料时间；减少烘炉便于检修完工后迅速开炉；不出残铁，少开残铁大门，不作残铁槽，不清炉内残渣铁，不开T形槽等，将大大缩短施工时间；减少打水凉炉对冷却壁损伤及炉体骤热骤冷影响，延长高炉使用寿命；减少周围环境噪声等优点。

根据本发明的实施例的施工方法简单易行，施工过程控制可靠，施工技术水平、技术难度要求不高，容易掌握。在实施过程中，材料浪费小，施工设施可重复使用，安全控制较好，工序较少，时间占用较少，质量容易控制。

根据本发明的实施例的施工方法延长了高炉冷却壁的使用寿命，减少了检修次数，节约了材料，缩短了更换施工工期。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是高炉全景图；

图2是示出设置有油压机的顶架结构的主视图；

图3示意性地示出了顶架上设置的油压机顶进旧炉壳并从旧炉壳缩回的俯视图；

图4是顶架上设置的油压机顶进旧炉壳但未示出挡料板的侧视图；

图5是顶架上设置的油压机顶进带有挡料板的旧炉壳的侧视图；

图6示意性示出了根据本发明的实施例的设置有三块挡料板的炉壳。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是高炉全景图，高炉中充满了各种炼铁原料(包括焦炭、烧结矿、块矿、灰石、球团等)。图1中的标号12、13所表示的均为冷却壁，其设置在炉壳14内侧。

图2是示出设置有油压机的顶架结构的主视图，图3示意性地示出了顶架上设置的油压机顶进旧炉壳并从旧炉壳缩回的俯视图，图4示意性地示出了顶架上设置的油压机顶进旧炉壳的侧视图(为清楚起见，图中未示出挡料板)，图5是顶架上设置的油压机顶进带有挡料板的旧炉壳的侧视图。

冷却壁位于炉壳14与炉衬之间，其是逐块安装的。在图2中示出了三个冷却壁区域4、5、6，每个冷却壁区域均包括一块冷却壁以及与其相连的炉壳，炉壳上穿过多个进水支管和出水支管3，炉壳外侧有水围管，水围管向各个冷却壁上的多个进水支管供水，用于向冷却壁通入循环水，然后水从出水支管排出到水槽中。每个冷却壁区域的进出水支管都是独立的。由于冷却壁是逐块安装的，因此更换冷却壁时也是逐块更换的。更换冷却壁时首先要停水，拆除待更换冷却壁区域的水围管、水槽和进出水支管，为施工创造方便。在拆除水管时，需堵住与周围区域的水围管相连的接口。由于冷却壁在制造时，其边缘与进出水支管的距离是固定的，因此可以根据进出水支管来确定拆除冷却壁位置，再用火焰切割器将待更换的冷却壁区域5的炉壳的周缘切出缝隙。

然后如图2和图3所示，开始设置顶架。顶架可以用工字钢(材料可以是例如I40a)等焊制而成，以保证一定的强度。当然本发明的顶架不是必须使用工字钢焊接而成，只要是使顶架能保证足够强度的框架结构均可。顶架分上下两层，可使用工字钢连接上下两层。工字钢上焊接有顶进装置座板2，在顶进装置座板2上安装液压顶进装置1(例如，300t油压机)。将顶架的左右两端臂A、B安装固定在待更换的冷却壁区域5两侧的冷却壁区域4、6上。同时，对暂时不更换的冷却壁区域4、6进行加固处理，例如，在其上使用连接到高炉的***炉架的金属框架等物件进行固定支撑，金属框架一端连接在炉架上，另一端支撑在暂时不更换的冷却壁区域4、6上，避免液压顶进装置1在顶进待更换的冷却壁区域5的同时损坏暂时不更换的冷却壁区域4、6，避免了暂时不更换的冷却壁区域4、6发生变形、甚至导致高炉内高温原料和/或焦炭露出的问题。

用两套液压站分别带动两个液压顶进装置1，将旧炉壳及冷却壁顶入炉内。本发明不限于使用液压顶进装置，也可以使用其他合适的顶进装置。需要将旧炉壳顶入一定的距离，也就是说需要朝炉内挤开一定体积的高温原料和/或焦炭，以保证具有足够使新炉壳及冷却壁安装到位的空间。

在本实施例中，顶架具有上下两层、每层设置一个液压顶进装置1。但是本发明不限于此，顶架可以设置多层，每层可以设置多个液压顶进装置1。

在炉壳上需要设置挡料板，这是由于将旧炉壳及冷却壁顶入炉内后，将在被顶进的冷却壁区域5的周缘与未被顶进的冷却壁区域4、6之间产生较大的豁口，如果800℃左右的高温原料和/或焦炭从更换冷却壁处的豁口位置涌出，会造成平台烧坏、水槽堵塞、电缆烧坏等事故，同时需清理大量的高温原料和/或焦炭，对施工和生产将造成非常大的影响，从而造成事故。因此需要堵住该豁口。

为此，如图5和图6所示，根据本发明的实施例，在与冷却壁一起拆除的旧炉壳的上周缘、左侧周缘和右侧周缘上分别焊接有挡料板9、8、10，挡料板9、8、10的厚度可以是δ＝16mm，可以采用材料为Q345B的挡料板，挡料板的尺寸根据实际情况而定，例如可以是长1600mm，宽945mm。为了图示的清楚起见，图5中仅示出了两块挡板8和9。旧炉壳的下周缘设置或者不设置挡料板均可。

如果顶旧冷却壁阻力较大，可在炉壳上钻或割多个排料孔7(如图2所示)，炉内的多余原料通过排料孔7被挤出，然后清除这一部分多余原料，边顶边清料，可将此称为“挤牙膏法”，顶到位后堵上排料孔7。排料孔7的直径可以为例如80mm，排料孔7也可以是椭圆形等形状。如果顶进过程非常容易，则可以不设置排料孔7。

顶旧炉壳及冷却壁到位后，安装新炉壳及冷却壁前必须拆卸液压顶进装置1，为了防止油压机拆卸完后，旧炉壳及冷却壁在高炉内的高温原料和/或焦炭的作用下可能往外回弹，导致影响新炉壳和冷却壁的安装。根据本发明的实施例，还可以在拆除液压顶进装置1之前，将挡料板与四周炉壳焊上，从而巧妙地解决了这个问题。

顶进旧炉壳和冷却壁后，开始安装新的冷却壁。新的冷却壁的结构可以与旧冷却壁不同，如图5所示，旧冷却壁具有突出部11，用于承接上面的冷却壁。如图1所示，在最开始砌筑高炉时，下方的冷却壁12设置有突出部11，以承受上方的冷却壁13的重量。然而一旦炉体形成之后，冷却壁和其内侧的耐火内衬会紧紧地烧结到炉壳上，上方的冷却壁再也无需下方的冷却壁的支撑。因此更换旧的冷却壁之后，新的冷却壁无需再具有突出部11，从而可以节省材料。从而，冷却壁的上部厚度可以由例如580mm减薄到345mm。

另外，在以前安装旧冷却壁时，由于是从内向外安装，旧冷却壁均具有外小内大的锥度(即冷却壁外表面的周缘尺寸小于内表面的周缘尺寸)。但是在更换时，新冷却壁是从外向内安装，需要将新冷却壁的全部改为直边(即，周边不具有锥度)，所有尺寸均制造成略小于顶开旧冷却壁后所形成的开口的大小，以利于将新冷却壁安装到开口中。

另外，对于高度较大的冷却壁(例如，高度为1625mm的第六带冷却壁)，如果整块安装，则顶进难度较大(阻力较大)，安全和质量不能得到有效保证，可将这种冷却壁制造成两段，分成两块拆除和安装(即，所切割的冷却壁区域的面积可以是一块旧冷却壁的面积的一半，顶进的是相当于旧冷却壁一半面积的冷却壁)，从而减小了顶进的阻力，保证了质量。也可以分两块拆除，接着安装一块面积与将冷却壁区域的面积基本相等的新冷却壁区域。本发明不限于分成两块拆除，可以分成多块拆除。

在安装新冷却壁时，需要严格按规范对炉壳及冷却壁进行安装，保证新冷却壁与四周旧冷却壁的间隙缝满足设计要求，新炉壳与两侧旧炉壳对平整，打坡口焊接后，打上卡子，例如，打上龙门卡，该龙门卡跨过炉壳间的缝隙，且两端分别被焊接在刚被更换的炉壳与其周围的炉壳上。

被顶进到高炉内的旧炉壳、旧冷却壁和挡料板将在高炉中被冶炼，不用人工清除。

在将冷却壁区域5处的新炉壳和新冷却壁安装好之后，可以继续对其周围区域的冷却壁进行更换，其操作步骤与上面的描述中的步骤类似，从而最终完成所有的冷却壁的安装。

为了保证能将旧炉壳及冷却壁顺利顶入炉内，根据本发明的实施例，可以有一个优化的设计，即由高炉的生产工艺创造必要的条件。为了使冷却壁容易被顶进，则冷却壁在顶进方向上所面对的最好是一些比较疏松的材料。例如，可以要求被顶进的对应位置炉内不能有矿石等原料，而最好是一些比较疏松的料，例如，焦炭，以有利于旧炉皮顶进。因为将旧炉壳及冷却壁顶入炉内的过程是一个压缩空间过程，需要背面炉料有一个比较好的压缩性能，而焦碳的气孔率在45％～53％，远大于矿石气孔率，且焦碳燃烧后体积缩小75％，矿石的体积收缩约30％。

由于焦炭粒度为25～40mm时强度最大，性能稳定，不易压缩，所以本发明采用粒度大于60mm的焦炭，粒度越大，焦炭间的孔隙率就越大，加上焦碳体积缩小率大，为顶冷却壁创造条件。

为了保证待更换的冷却壁所面对的是比较疏松的焦炭，可以使高炉装料满足一定的条件。下面具体列出一个实例，但是本发明不限于所列出的实例中的具体参数。假设如图1所示，需要更换下口标高为16.5米的第六段冷却壁(这一段冷却壁的自身高度为1.625米)，则使送风补料按照以下计算方式：炉壳受热后扩大系数10％，原燃料自重压缩系数12％，因此原燃料计算体积需加22％，以此计算装料高度。

第一批：装矿石原料(原料烧结矿、块矿、灰石、球团)到14米标高左右。

第二批：装焦碳180t，体积347m³，此处炉体内半径平均4.48米，装料高度347/(3.14×4.48×4.48)＝5.51米，焦碳上平面标高＝14+5.51＝19.51米。第六段冷却壁上口标高16.5+1.625＝18.125米，两者相差19.51-18.125＝1.385米，从而完全保证冷却壁背面全是焦碳，为拆旧炉壳冷却壁创造条件。

第三批至第五批：加原料541吨，加焦碳30吨，压料。

本发明不限于上面的这种装料顺序，而且可以在炉内的原料和焦炭高于14米时按新配比(甚至按其他配比)装料，只要装入的焦炭层的厚度超过冷却壁自身的高度(冷却壁自身的高度不是指冷却壁下部或中心所处的标高，而是指冷却壁自身沿竖直方向所覆盖的长度)即可，该焦炭层的标高可能开始在较高的位置，但随着底部原料和焦炭在高炉内的燃烧，新加入的焦炭层的标高也逐渐降低，通过装在高炉内的摄像头可以观察新焦炭层的位置，当该焦炭层正好能覆盖待更换的冷却壁时，开始利用液压顶进装置1顶进该冷却壁区域，此时可以容易地顶入。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (35)

1.一种更换冷却壁的方法，所述方法包括：

拆除待更换冷却壁区域上的循环水管线；

切割待更换的冷却壁区域的炉壳；

设置顶架，顶架上设置顶进装置；

使用顶进装置将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内，并在高炉的炉壳整体外表上形成开口；

将新的冷却壁和与之相连的炉壳安装在所述开口内。

2.根据权利要求1所述的更换冷却壁的方法，其中，

顶架由工字钢焊接而成。

3.根据权利要求1或2所述的更换冷却壁的方法，其中，

在顶架上设置有顶进装置座板，顶进装置安装在顶进装置座板上。

4.根据权利要求1或2所述的更换冷却壁的方法，其中，

顶架具有两层，每层安装一个顶进装置。

5.根据权利要求3所述的更换冷却壁的方法，其中，

所述顶进装置为液压顶进装置。

6.根据权利要求5所述的更换冷却壁的方法，其中，

所述液压顶进装置为油压机。

7.根据权利要求1或2所述的更换冷却壁的方法，其中，

顶架的左右两端臂安装固定在待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域上。

8.根据权利要求1或2所述的更换冷却壁的方法，其中，

对待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域进行加固处理。

9.根据权利要求8所述的更换冷却壁的方法，其中，

使用连接到高炉的***炉架的金属框架对待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域进行固定支撑。

10.根据权利要求1所述的更换冷却壁的方法，其中，

在待更换的冷却壁区域的炉壳上设置挡料板。

11.根据权利要求10所述的更换冷却壁的方法，其中，

在待更换的冷却壁区域的炉壳的上周缘、左侧周缘和右侧周缘上设置挡料板。

12.根据权利要求10所述的更换冷却壁的方法，其中，

挡料板的厚度为16mm，材料为Q345B。

13.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

在炉壳上设置排料孔，用于在顶进冷却壁区域时排出多余的料。

14.根据权利要求13所述的更换冷却壁的方法，其中，

排料孔的直径为80mm。

15.根据权利要求10所述的更换冷却壁的方法，其中，

在将旧炉壳及冷却壁顶到位后，将挡料板与四周未被顶入的炉壳焊上，然后拆除顶进装置，接着安装新的冷却壁和与之相连的炉壳。

16.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

新更换的冷却壁不具有突出部。

17.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

新更换的冷却壁的周边不具有锥度。

18.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

新更换的炉壳及冷却壁的尺寸略小于顶开旧炉壳及冷却壁后所形成的开口的大小。

19.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

所切割的冷却壁区域的面积小于一块旧冷却壁的面积。

20.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

新炉壳与两侧旧炉壳对平整，打坡口焊接。

21.根据权利要求20所述的更换冷却壁的方法，其中，

在新炉壳和其周围的炉壳上焊接龙门卡。

22.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

在将待更换冷却壁区域处的新炉壳和新冷却壁安装好之后，重复上述操作步骤，继续对其周围区域的冷却壁进行更换。

23.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

保证炉内与待更换的冷却壁区域所对应的位置是焦炭。

24.根据权利要求23所述的更换冷却壁的方法，其中，

在高炉内设置摄像头，通过观察摄像头所形成的图像来确定焦炭是否处于与待更换的冷却壁区域对应的位置。

25.根据权利要求23所述的更换冷却壁的方法，其中，

所使用的焦炭的粒度大于60mm。

26.根据权利要求23所述的更换冷却壁的方法，其中，

装料顺序按照矿石原料和焦炭交替的顺序进行。

27.根据权利要求23所述的更换冷却壁的方法，其中，

装入的焦炭层的厚度超过冷却壁自身的高度。

28.根据权利要求1、2、10中任一项所述的更换冷却壁的方法，其中，

在切割待更换的冷却壁区域的炉壳时，首先根据循环水管线的位置来确定待更换的冷却壁的位置。

29.一种用于更换冷却壁的装置，所述装置包括：

顶架，在顶架上设置有顶进装置座板；

顶进装置，安装在顶进装置座板上，所述顶进装置用于将待更换的冷却壁区域的炉壳和冷却壁顶入炉内，并在高炉的炉壳整体外表上形成开口。

30.根据权利要求29所述的更换冷却壁的装置，其中，

顶架由工字钢焊接而成。

31.根据权利要求29所述的更换冷却壁的装置，其中，

顶架具有两层，每层安装一个顶进装置。

32.根据权利要求29所述的更换冷却壁的装置，其中，

所述顶进装置为液压顶进装置。

33.根据权利要求32所述的更换冷却壁的装置，其中，

所述液压顶进装置为油压机。

34.根据权利要求29所述的更换冷却壁的装置，其中，

顶架的左右两端臂安装固定在待更换的冷却壁区域两侧的冷却壁区域上。

35.根据权利要求29所述的更换冷却壁的装置，所述装置还包括：

连接到高炉的***炉架的金属框架，用于对待更换的冷却壁区域的两侧的冷却壁区域进行加固处理。

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