专利名称：一种高炉炉顶打水降温装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及炉顶冷却设备，更具体地说，涉及一种高炉炉顶打水降温装置。
背景技术：
正常生产条件下高炉炉顶温度基本在100 200°C，而当高炉上料系统出现故障不能上料，导致低料线或当高炉内部煤气流分布异常出现崩滑料、管道行程时，炉顶煤气温度会迅速上升，超过300°C时就要进行炉顶打水冷却，以保护炉顶设备不被烧坏。现有的大型高炉炉顶打水降温装置一般由高压水管路、氮气吹扫管路和打水枪组成。其中，打水枪的数量由高炉大小决定，4000m3以上的高炉打水枪10数量要达到11 12支，沿圆周方向均匀分布安装在炉顶封罩I上(见图1)，枪头透过封罩I插入炉内。请结合图2所示，目前常见的打水枪10结构为套管式,分为内管和外管，内管和外管呈同心圆式结构。内管为水路通道，在需要打水时有高压水通过，在不需要打水时为空管没有水流通过。外管与内管之间为氮气通道，长时间通有高压氮气。打水枪的手动阀门处于常开状态，在炉顶需要打水时，开启炉顶高压水主管的阀门，此时高压水通过打水枪10枪头的雾化装置充分雾化后均匀地喷洒到炉内，冷却炉料和煤气，打水流量160t/h，水压16kg。由于高炉煤气中富含粉尘，在高炉不需要打水时粉尘会进入打水通道，造成打水通道堵塞。为了在高炉不需要打水时，特别是长时间不打水时，不使粉尘堵塞打水通道，现有技术无论是在打水或不打水时，采用在外管中始终通入氮气进行吹扫，氮气通道的前端成锥体型向内收，使吹出的氮气在枪头前端形成一道锥型的气幕，将试图靠近枪头的煤气和粉尘隔离，从而避免粉尘进入枪头堵塞打水通道，造成打水通道堵塞。但是，采用上述打水枪存在以下诸多缺陷:1、其结构为套管式，分为同心的内管和外管，打水枪的结构复杂，制造难度和成本都很闻;2、在不打水时，内管中没有水流等压力介质，呈管口开启的中空状态，虽有外管氮气封闭和吹扫，在长时间不打水时还是难免会有粉尘进入，造成内管前端堵塞，影响打水；3、无论是打水或不打水，在外管中始终通入氮气进行吹扫，氮气耗费大，使用成本闻;4、在内管通水打水时，外管吹出的封闭气流会干扰内管的水流喷出，等缺陷。5、现有打水枪的结构决定了其控制方法存在的局限性，所以在方法上也难以有突破性的改进。
实用新型内容针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种高炉炉顶打水降温装置，使打水枪的结构简化，降低打水枪的制造难度和制造成本，比现有技术更好的冷却、防堵、节能等效果。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:[0013]一种高炉炉顶打水降温装置，包括均设于高炉炉顶的数个打水枪，每个打水枪包括枪体、喷头、水气输入管和水气切换阀，枪体为内部具有单一的水气合用通道的单管式结构，喷头安装于水气合用通道的头部，水气输入管一端与水气合用通道尾部连通，水气切换阀设于水气输入管的另一端，并且通过水气切换阀分别与冷却水总管和氮气总管相连。所述的枪体外壳与内部水气合用通道之间还填充有绝热材料。所述的枪体头部设有内凹的安装台阶，喷头设于安装台阶内，并通过螺纹与安装台阶相固定。所述的枪体外壳与内壁为不锈钢材料。所述的喷头为雾化喷头。该打水降温装置还包括均匀设于炉顶的用于测量煤气温度的测温装置、外部信号输入电路、微处理器、控制信号输出电路和人机界面，外部信号输入电路接收测温装置的检测信号及运程控制信号并输入微处理器，经微处理器的存储、比较、运算处理，由控制信号输出电路输出控制信号至水气切换阀，进行切换控制，人机界面与微处理器相连，用以工作状态选择、控制参数设置、显示及操作。在上述技术方案中，本实用新型的高炉炉顶打水降温装置，包括设于高炉炉顶的数个打水枪，每个打水枪包括枪体、喷头、水气输入管和水气切换阀，枪体为内部具有单一的水气合用通道的单管式结构，雾化喷头安装于水气合用通道的头部，水气输入管一端与水气合用通道尾部连通，水气切换阀设于水气输入管的另一端，并且通过水气切换阀分别与冷却水总管和氮气总管相连。该打水枪采用水、气共用同一枪体通道，结构简单、成本低，通过雾化喷头可取得较佳的冷却效果，并且通过自动控制，在不打水时通氮气，不但可有效阻止粉尘进入，防止堵塞，并且由于水气合用通道的通径远小于现有技术的同心圆通径，因此还能够减少氮气用量，节能环保。
图1是现有技术的降温装置的安装俯视图；图2是现有技术的打水枪的剖视图；图3是本实用新型的降温装置的安装俯视图；图4是本实用新型的打水枪的剖视图；图5是本实用新型的打水枪头部的放大剖视图；图6是本实用新型的打水枪头部的轴向视图；图7是本实用新型的降温装置的控制原理框图；图8是本实用新型的间歇控制通气的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。请结合图3 图6所示，本实用新型的高炉炉顶打水降温装置与现有技术相同的是，同样也包括均匀设于高炉炉顶的数个打水枪，与之不同之处在于，每个打水枪20包括枪体21、喷头22、水气输入管23和水气切换阀24，枪体21为单管式结构，内部设有单一的水气合用通道25,喷头22可米用雾化喷头,安装于枪体21头部，水气输入管23 —端与枪体21尾部连通，水气切换阀24设于水气输入管23的另一端，并且通过水气切换阀24分别与一路高压冷却水管26和一路高压氮气管27相连。其中，采用雾化喷头22的作用是可将进入枪体21内的高压水形成雾化状态，冷却效果更好，并且该雾化喷头22的具体可采用如下安装方式:在枪体21头部设置一内凹的安装台阶，将雾化喷头22设于安装台阶内，并通过螺纹28与安装台阶相旋紧固定，十分方便。上述水气切换阀24，主要用于控制其对应打水枪20分别与高压冷却水管和高压氮气管相连，该水气切换阀24可以使用三位二通阀，即一个位置接通水到打水枪，另一个位置接通气到打水枪，还有一个位置水与气和打水枪都不通。当然也可以采用水与气单独各使用一个阀进行切换控制的形式。由于炉内正常生产时炉顶温度处于100 200°C，异常状态下瞬间温度可能会超过500°C，但通过炉内减风和炉顶打水可迅速降温，因此打水枪20在实际使用中不会承受很高的工作环境温度，为此，将枪体21外壳与内壁设计为采用不锈钢材料，并且在枪体21外壳与内壁之间还填充有诸如隔热耐材、纤维等绝热材料29，如此能够提高枪体21的耐热性能，并保证其使用寿命，当然成本也不会太高。上述水气切换阀24可采用手动或自动控制，当炉顶需要打水时，通过水气切换阀24控制高压水经水气输入管23进入枪体21内的水气合用通道25，通过雾化喷头22使喷出的高压水成雾化状态，对炉顶进行有效冷却；当炉顶不打水时，通过水气切换阀24控制氮气进入枪体21，对水气合用通道25进行吹扫，可有效防止粉尘进入枪体21内，高压吹扫氮气流经水气合用通道25从雾化喷头22喷出，直接吹扫水气合用通道25和雾化喷头22，且雾化喷头22的出气通径较小，在减少吹扫氮气流量的同时增加了出口气体的压力，在节气的同时防堵效果更好。请结合图7所示，作为一个实施例，该降温装置20还包括用于自动控制的测温装置、外部信号输入电路、微处理器、控制信号输出电路和人机界面，测温装置均匀设于炉顶，在图3中的测温装置30安装数量为四个，分别以互成90度夹角分布在炉顶同一水平面上，用以分别检测高炉炉顶内四个象限的煤气温度，当然测温装置的数量还可根据具体高炉情况进行增减。外部信号输入电路接收测温装置的实测温度信号及运程控制信号并输入微处理器，其中远程控制信号主要有各种远程控制动作信号和故障复位信号。人机界面与微处理器相连，向微处理器送入各种控制需要的设置参数、工作状态选择、以及显示和操作。微处理器接收实测温度信号和存储控制参数，并经过内部控制程序进行运算、处理，然后向控制信号输出电路和人机接口输出各种控制信息和显示信息。控制信号输出电路将控制信号输出至打水枪20的水气切换阀24及远程控制室，分别进行水气切换阀24的切换控制(SP打水降温和吹扫的切换控制)及各种状态信号和报警信号的远程传送。如此，本实用新型的高炉炉顶打水降温控制方法的主要步骤包括:A.在高炉炉顶均匀设置数个打水枪，每个打水枪包括枪体、雾化喷头、水气输入管和水气切换阀，枪体为内部具有单一的水气合用通道的单管式结构，喷头安装于水气合用通道的头部，水气输入管一端与水气合用通道尾部连通，水气切换阀设于水气输入管的另一端，并且通过水气切换阀分别与冷却水总管和氮气总管相连；B.在高炉炉顶均匀设置数个测温装置，用以实时测量炉顶相应位置的煤气温度，并通过外部信号输入电路送到微处理器；[0037]C.通过微处理器将实测温度与人机界面预设温度进行比较运算，当实测温度超过预设上限温度时，由微处理器通过控制信号输出电路发出打水信号，控制各打水枪的水气切换阀动作，以切断氮气总管并使冷却水总管与打水枪连通，对炉顶内部的煤气流进行打水降温；D.经降温后，当实测温度低于预设下限温度时，由微处理器输出停止打水信号，控制各打水枪的水气切换阀动作，以切断冷却水总管的冷却水进入打水枪，并使氮气总管与打水枪连通，使氮气进入打水枪，通过吹氮从喷头前端吹出，用以对打水枪内部及喷头进行吹扫，防止堵塞。为了节能，所述的氮气吹扫，可以是连续吹扫，也可以是根据情况由微处理器中预先设置的方式，通过控制水气切换阀的动作进行间歇式节能吹扫，具体吹扫步骤可见图8。综上所述，采用本实用新型的高炉炉顶打水降温装置，存在以下优点:1、打水枪的结构为单管形式，打水枪内部只有一根管道，结构简单，制造容易，设备投资及维护费用下降。2、单一管道的打水枪，在炉顶煤气需要降温冷却时管道通水，在炉顶煤气不需要降温冷却时管道通气进行防尘。在喷头喷水时喷出的水流不受防尘气流干扰，冷却水流喷射范围大，特别是在有雾化喷头的场合，效果更为明显，增加降温效果。3、在不打水时，防尘气体从喷头喷出，与喷水采用同一通道，没有开启的空间，长时间不打水也不会有粉尘进入和积聚。4、在不打水时，防尘气体从喷头喷出，喷头出口通径较小，氮气耗费量因此也减少，使用成本降低。由于喷头出口通径较小，在同等进气压力下，气体喷射压力和流速增大，有利于提闻防止积尘效果。5、根据打水枪不同状态和枪体容易不容易粘灰的情况需要，进行不同的间歇控制
通气控制方法，更是在很大程度上节约了大量的氮气耗费量。6、由于采用了不同以往的方法和装置结构，决定了本实用新型的控制方法在以往的技术上有突破性的改进和效果。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
权利要求1.一种高炉炉顶打水降温装置，包括均设于高炉炉顶的数个打水枪，其特征在于: 每个打水枪包括枪体、喷头、水气输入管和水气切换阀，枪体为内部具有单一的水气合用通道的单管式结构，喷头安装于水气合用通道的头部，水气输入管一端与水气合用通道尾部连通，水气切换阀设于水气输入管的另一端，并且通过水气切换阀分别与冷却水总管和氮气总管相连。
2.如权利要求1所述的高炉炉顶打水降温装置，其特征在于: 所述的枪体外壳与内部水气合用通道之间还填充有绝热材料。
3.如权利要求1所述的高炉炉顶打水降温装置，其特征在于: 所述的枪体头部设有内凹的安装台阶，喷头设于安装台阶内，并通过螺纹与安装台阶相固定。
4.如权利要求1所述的高炉炉顶打水降温装置，其特征在于: 所述的枪体外壳与内壁为不锈钢材料。
5.如权利要求1所述的高炉炉顶打水降温装置，其特征在于: 所述的嗔头为雾化嗔头。
6.如权利要求1所述的高炉炉顶打水降温装置，其特征在于: 该打水降温装置还包括均匀设于炉顶的用于测量煤气温度的测温装置、外部信号输入电路、微处理器、控制信号输出电路和人机界面，外部信号输入电路接收测温装置的检测信号及运程控制信号并输入微处理器，经微处理器的存储、比较、运算处理，由控制信号输出电路输出控制信号至水气切换阀，进行切换控制，人机界面与微处理器相连，用以工作状态选择、控制参数设置、显示及操作。
专利摘要本实用新型公开了一种高炉炉顶打水降温装置，该降温装置包括设于高炉炉顶的数个打水枪，每个打水枪包括枪体、喷头、水气输入管和水气切换阀，枪体为内部具有单一的水气合用通道的单管式结构，雾化喷头安装于水气合用通道的头部，水气输入管一端与水气合用通道尾部连通，水气切换阀设于水气输入管的另一端，并且通过水气切换阀分别与冷却水总管和氮气总管相连。由于该打水枪采用水、气共用同一枪体通道，结构简单、成本低，通过雾化喷头可取得较佳的冷却效果，并且通过自动控制，在不打水时通氮气，不但可有效阻止粉尘进入，防止堵塞，并且还能够减少氮气用量，节能环保。
文档编号C21B7/10GK203007286SQ20122035615
公开日2013年6月19日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者梁利生, 韩明明, 王麟 申请人:宝山钢铁股份有限公司