一种高炉有压封闭水冷系统及高炉的制作方法

1.本实用新型属于铁或钢的冶炼技术领域，具体来讲，涉及一种高炉有压封闭水冷系统及高炉。


背景技术：

2.目前高炉炉顶的布料器水冷系统多为开放式结构，即在高炉炉顶的喉管本体外壁、旋转体上部及外壁设置冷却水腔，冷却水由布料器壳体外部进入喉管本体水腔底部后，再导入至旋转体上部水腔，再依靠重力作用沿旋转体外壁水腔自由流出至水冷盘，再经由水冷盘出水口流出至布料器外部，完成对布料器内部的冷却。此结构中冷却水的整个流动过程都是开放的，冷却水会与布料器的润滑油污及炉内煤气粉尘等介质接触，导致旋转体水腔及水冷盘底部积满油污，影响冷却效果，同时容易堵塞出水管路，进而导致冷却水溢入高炉内部，严重影响高炉的正常生产运行；另外，混入冷却水的油污会进入布料器外部循环水冷系统，严重影响其过滤及通水能力，降低布料器冷却效果。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术存在的上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种构造简单、可有效阻隔炉顶布料器内各介质与冷却水的接触的高炉有压封闭水冷系统。
4.本实用新型实施例采用的技术方案是，一种高炉有压封闭水冷系统，包括：
5.第一水腔，围绕高炉的炉顶布料器的喉管设置；
6.进水管，与所述第一水腔的顶部连通，用于向所述第一水腔内送入冷却水；
7.第二水腔，至少围绕所述炉顶布料器的旋转体设置，并与所述第一水腔连通，以使所述第一水腔内的冷却水进入所述第二水腔，所述第二水腔的底端封闭，所述第二水腔的顶端与所述炉顶布料器的内腔分隔开；
8.排水管，一端伸入至所述第二水腔内，并形成进水口，另一端位于所述炉顶布料器的外部，并形成排水口，所述排水口的位置低于所述进水口的位置。
9.在一些实施例中，所述第二水腔的顶部局部向上延伸至所述喉管与位于所述喉管周向外侧的回转支承之间，并形成环形的筒腔，所述筒腔的内筒壁与所述第一水腔的外壁之间形成迷宫密封，所述筒腔的外筒壁与位于所述喉管外侧的回转支承之间形成迷宫密封。
10.在一些实施例中，所述排水管上设有注水口和虹吸管口控制装置，所述注水口用于向所述排水管内注满冷却水，所述虹吸管口控制装置用于控制所述排水管的进水口的启闭，以使排水管建立虹吸效应，当所述炉顶布料器内的压力与外界大气压相同时，利用虹吸效应，所述第二水腔内的冷却水能够通过所述排水管排出。
11.在一些实施例中，所述虹吸管口控制装置包括牵引装置、堵头、复位弹簧和控制器；所述牵引装置包括设于所述排水管外的第一部分和穿设于所述排水管内的第二部分，所述第二部分的一端伸入至所述排水管的进水口，并与所述堵头连接，用于对所述堵头施
加向上的牵引力，使所述堵头封堵所述进水口；所述复位弹簧与所述堵头连接，用于对所述堵头施加向下的作用力，使所述堵头打开所述排水管的进水口；所述控制器与所述牵引装置电连接，用于控制所述牵引装置对所述堵头进行牵引或停止牵引。
12.在一些实施例中，所述高炉有压封闭水冷系统还包括液位测量装置，所述液位测量装置包括：
13.液位计水箱，其设于所述炉顶布料器的侧面的外部，所述液位计水箱的底部设有放水口；
14.内水箱，其设于所述液位计水箱内；
15.出水管，其第一端伸入至所述第二水腔内，第二端由所述炉顶布料器的侧部穿出并伸入至所述内水箱中，所述出水管上设有注水口；
16.连通管，其一端与所述液位计水箱内连通，另一端与所述炉顶布料器内连通，以使所述液位计水箱内的压力与所述炉顶布料器内的压力相同；
17.虹吸管口控制装置，其用于分别控制所述出水管的第一端和第二端的打开或关闭，在所述出水管内注满冷却水时，所述出水管形成虹吸管，通过所述出水管使所述内水箱的水位与所述第二水腔的水位持平；
18.液位计，其设于所述内水箱内，用于检测所述内水箱内的水位。
19.在一些实施例中，所述虹吸管口控制装置包括牵引装置、堵头、复位弹簧和控制器；所述堵头为两个，并分别对应所述出水管的第一端和第二端设置，所述牵引装置与所述堵头连接，用于对所述堵头施加向上的牵引力，使所述堵头封堵所述出水管的第一端和第二端；所述复位弹簧为两个，并分别与两个所述堵头一一对应连接，用于对所述堵头施加向下的作用力，使所述堵头打开所述出水管的第一端和第二端；所述控制器与所述牵引装置电连接，用于控制所述牵引装置对所述堵头进行牵引或停止牵引。
20.在一些实施例中，所述第二水腔内设置隔板，以将所述第二水腔分隔成环形的内水腔和围绕于所述内水腔外的环形的外水腔，所述隔板的底部与所述第二水腔的腔底形成间隔；所述内水腔的内壁的顶部向上凸出于所述隔板，且向上凸出于所述外水腔的外壁，以阻挡所述内水腔和所述外水腔内的冷却水流入所述炉顶布料器。
21.在一些实施例中，所述内水腔的内壁由所述旋转体的外周侧形成；所述隔板靠近顶部的位置设有溢流孔；所述第一水腔的顶部连接溢流管，所述溢流管的底端伸入至所述内水腔内，以使所述第一水腔内的冷却水溢流到所述内水腔，所述内水腔内的冷却水通过所述间隔流入所述外水腔。
22.在一些实施例中，所述进水管为多根，并围绕所述喉管的周向设置；所述排水管为多根，多根所述排水管分别围绕所述喉管的周向设置，并由所述喉管的径向方向伸出所述炉顶布料器的外部。
23.本实用新型实施例同时提供了一种高炉，该高炉包括炉顶布料器，还包括上述任一实施例所述的高炉有压封闭水冷系统，所述高炉有压封闭水冷系统设于所述炉顶布料器上，至少用于对所述炉顶布料器的喉管和旋转体进行冷却。
24.与现有技术相比，本实用新型实施例的高炉有压封闭水冷系统的有益效果在于，能够实现冷却水介质与油污及高炉内煤气粉尘的有效隔离，避免以往水腔内部油污沉淀及堵塞出水管道，进而导致冷却水溢入高炉，影响生产的问题；同时旋转体水腔液面高度精确
可控，提高了冷却效果。
25.应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本实用新型。
26.本实用新型中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
27.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所实用新型的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
28.图1为本实用新型实施例的高炉有压封闭水冷系统应用于高炉炉顶的一个视角的剖视图，其中示出了排水管。
29.图2为本实用新型实施例的高炉有压封闭水冷系统应用于高炉炉顶的另一个视角的剖视图，其中示出了液位测量装置。
30.图3为本实用新型实施例的旋转体及第二水腔的结构示意图。
31.图4为本实用新型实施例的虹吸管口控制装置的结构示意图，其中排水管处于排水状态。
32.图5为本实用新型实施例的虹吸管口控制装置的结构示意图，其中排水管处于建立虹吸过程状态。
33.图6为本实用新型实施例的高炉有压封闭水冷系统应用于高炉炉顶的另一种结构的剖视图。
34.附图标记：
35.1-第一水腔；2-第二水腔；3-筒腔；4-进水管；5-排水管；6-虹吸管口控制装置；7-牵引装置；8-堵头；9-复位弹簧；10-控制器；11-管状体；12-液位计水箱；13-内水箱；14-出水管；15-连通管；16-第一注水口；17-第二注水口；18-放水口；19-溢流管；20-液位计；21-排水口；22-隔板；23-内水腔；24-外水腔；25-内壁；26-外壁；27-溢流孔；28-间隔；
36.101-箱体；102-顶盖；103-喉管；104-回转支承；105-旋转体；106-托架。
具体实施方式
37.为了使得本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及
类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
39.为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明，本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。
40.本实用新型实施例提供了一种高炉有压封闭水冷系统，用于对高炉的炉顶布料器进行冷却。炉顶布料器包括箱体101、顶盖102、喉管103、回转支承104、旋转体105和布料溜槽等。顶盖102封盖于箱体101的顶部，两者共同围成炉顶布料器内腔。喉管103装设于顶盖102上，并伸入至炉顶布料器内腔中。回转支承104位于炉顶布料器内腔中，并围绕喉管103的外周设置。旋转体105位于喉管103的下方，由回转支承104带动而旋转。布料溜槽通过托架106与旋转体105连接，以在旋转体105的带动下旋转进行布料。该部分为现有技术，在此不作过多介绍。
41.如图1和图2所示，所述高炉有压封闭水冷系统包括第一水腔1、进水管4、第二水腔2和排水管5。第一水腔1围绕炉顶布料器的喉管103设置。进水管4位于炉顶布料器的外部，并与第一水腔1的顶部连通，用于向第一水腔1内送入冷却水。第二水腔2至少围绕炉顶布料器的旋转体105设置，并与第一水腔1连通，以使第一水腔1内的冷却水进入第二水腔2，第二水腔2的底端封闭，第二水腔2的顶端与炉顶布料器的内腔分隔开。排水管5的一端伸入至第二水腔2内，并形成进水口，排水管5的另一端位于炉顶布料器的外部，并形成排水口21，排水口21的位置低于进水口的位置，通过排水管5将第二水腔2中的冷却水排出。
42.本实用新型实施例的高炉有压封闭水冷系统，冷却水由进水管4先进入到喉管103外壁周侧的第一水腔1，然后再流至旋转体105外壁周侧的第二水腔2，第二水腔2的底部完全封闭，冷却水不再流至炉顶布料器底部的水冷底盘。冷却水在第一水腔1和第二水腔2经过热交换后，经由排水管5导出至炉顶布料器外部。本实用新型实施例将第二水腔2的底端封闭，且顶端与炉顶布料器的内腔分隔开，可有效阻隔炉顶布料器内各介质与冷却水的接触，能够有效避免油脂及高炉粉尘对冷却水系统的污染，提高冷却效果。
43.在一些实施例中，如图2所示，第二水腔2的顶部向上延伸至喉管103与回转支承104之间，并形成环形的筒腔3，筒腔3的内壁25与第一水腔1的外壁之间具有较小的第一缝隙s1，筒腔3的外壁26与回转支承104之间具有较小的第二缝隙s2，第一缝隙s1和第二缝隙s2内分别形成迷宫密封。第二水腔2的顶部位于喉管103和回转支承104之间，回转支承104将第二水腔2的上端口与炉顶布料器内腔分隔开，且由于筒体与喉管103及回转支承104之间间隙很小，并形成迷宫密封可有效防止粉尘进入第二水腔2。
44.可以理解的是，第一水腔1的顶部和底部均是封闭的，第二水腔2的底部封闭，而向上延伸形成的筒腔3的顶部是敞口的(参见图1和图2)，如此能够使第二水腔2内的气压与炉顶布料器内腔内的气压保持一致，形成有压状态。
45.在一些实施例中，排水管5上设有第一注水口16和虹吸管口控制装置6，通过第一注水口16用于向排水管5内注满冷却水。虹吸管口控制装置6用于控制排水管5的进水口的
启闭，使排水管5建立虹吸效应，以当炉顶布料器内腔的压力(也即第二水腔2内的压力)与外界压力相同时，利用虹吸效应，使第二水腔2内的水通过排水管5排出。而在炉顶布料器内腔压力大于外部工况压力时，可利用布料器内外存在的较大压力差使第二水腔2内的冷却水排出，而不必启用第一注水口16和虹吸管口控制装置6。两种工况条件下可以共用同一套排水系统(排水管5、第一注水口16和虹吸管口控制装置6可以看作是排水系统)。
46.当炉顶布料器内外无压差(例如，炉顶布料器处于检修状态)时，首先从外部关闭排水管5的排水口21，再利用虹吸管口控制装置6控制排水管5的进水口封闭，最后通过第一注水口16向排水管5内注满冷却水，如此，即可建立起虹吸效应，同时开启排水管5的排水口21和进水口，第二水腔2内的冷却水便能够通过排水管5排出。
47.在一些实施例中，如图4和图5所示，虹吸管口控制装置6包括牵引装置7、堵头8、复位弹簧9和控制器10。牵引装置7包括设于排水管5外的第一部分和穿设于排水管5内的第二部分，第二部分的一端伸入至排水管5的进水口，并与堵头8连接，用于对堵头8施加向上的牵引力，使堵头8封堵进水口。复位弹簧9与堵头8连接，用于对堵头8施加向下的作用力，使堵头8打开排水管5的进水口。控制器10与牵引装置7电连接，用于控制牵引装置7对堵头8进行牵引或停止牵引。
48.牵引装置7的第一部分可以为动力机构，第二部分可以为绳索类结构，通过动力机构拉动绳索类结构带动堵头8运动，实现对排水管5的进水口的封堵和打开。动力机构与控制器10电连接，接收控制器10的控制信号，根据接收到的控制信号拉动第二部分运动。绳索类结构在排水管5内延伸，排水管5内可以设置换向及导向结构，利于绳索类结构顺畅的穿设于排水管5内，且不妨碍排水管5内冷却水的流通。
49.如图1所示，排水管5弯折呈开口朝向的u形，排水管5的水平部分上连接有管状体11，管状体11的下端与排水管5内连通，第一注水口16设于管状体11的侧壁，管状体11的上端设置控制器10及牵引装置7的第一部分，牵引装置7的第二部分经由管状体11的上端进入排水管5的水平部分，然后再延伸至排水管5的位于右侧的竖直部分，一直至排水管5的进水口，并与堵头8连接。该结构布局合理，便于控制进水口的封堵或打开。
50.本实用新型实施例在炉顶布料器的箱体101内外无压差工况(例如炉顶布料器检修，拆开箱体101和顶盖102时)时利用虹吸原理将冷却水排出；在炉顶布料器箱体101内部压力大于外部工况时(炉顶布料器正常工作时)利用布料器内部压力将冷却水排出，无需设置排水动力源。同时将布料器内旋转体105冷却水完全封闭，有效的避免了布料器内冷却水被润滑油污及炉内粉尘等介质污染，避免了循环水系统堵塞，避免了冷却水往高炉内部泄漏的风险。
51.为了精确控制水冷系统的冷却水量及第二水腔2内的液面高度，同时保证排水管5顺利排水，以保证炉顶布料器的冷却效果，在一些实施例中，高炉有压封闭水冷系统还包括液位测量装置，通过液位测量装置实时监测第二水腔2内的水位，控制第二水腔2内的水位保持在预设范围。即，水位既不能高于设定的最高水位，也不能低于设定的最低水位。如图1所示，图中示出了最高水位线h1和最低水位线h2，最高水位线h1和最低水位线h2均位于筒腔3上。排水管5的一端的进水口可以设置在靠近筒腔3的底部的位置，并位于最低水位线h2以下，使排水管5的进水口是在没在水中，利于第二水腔2内水的排出，以使冷却水形成循环流动。
52.如图3所示，液位测量装置包括液位计水箱12、内水箱13、出水管14、连通管15和虹吸管口控制装置6。液位计水箱12设于炉顶布料器的侧面的外部。内水箱13设于液位计水箱12内。出水管14的第一端伸入至第二水腔2内，第二端由炉顶布料器的侧部穿出并伸入至内水箱13中，出水管14上设有第二注水口17。连通管15的一端与液位计水箱12内连通，另一端与炉顶布料器内连通，以使液位计水箱12内的压力与炉顶布料器内的压力相同。虹吸管口控制装置6用于分别控制出水管14的第一端和第二端的打开或关闭，在出水管14的第一端和第二端均关闭，且出水管14内注满冷却水时，建立起虹吸效应，出水管14形成虹吸管，当通过虹吸管口控制装置6同时打开出水管14的第一端和第二端时，第二水腔2内水能够通过出水管14排出到内水箱13中，使内水箱13的水位与第二水腔2的水位高度相同。液位计20设于内水箱13内，用于检测内水箱13内的水位。内水箱13的水位能够表征第二水腔2的水位，这样，通过测量内水箱13中的液位便可知第二水腔2内的液位。通过设于内水箱13上的液位计20便可精确测量第二水腔2内部液面高度，方便控制冷却水量。
53.本实施例的液位测量装置设置于炉顶布料器的侧方，且出水管14由顶盖102的侧部引出，不占用炉顶布料器顶部的空间，可以解决炉顶布料器顶部没有空间直接设置液位计20的问题。
54.如图6所示，当炉顶布料器的顶部具有设置液位计20的空间时，也可以将液位计20直接穿过顶盖102，伸入至第二水腔2内。
55.液位计20的类型不限，可以根据实际需要选择，例如可采用射频液位计。射频液位计使用方便，而且耐高温高压、耐磨损，适合炼铁炼钢领域使用。
56.液位测量装置中的虹吸管口控制装置6可以采用与排水系统中的虹吸管口控制装置6基本相同的结构。出水管14的第一端和第二端可以通过同一个虹吸管口控制装置6同时控制而封闭或打开，保证同时封闭或打开的一致性。出水管14的第一端和第二端也可以分别通过两个虹吸管口控制装置6分别控制。当出水管14的第一端和第二端通过同一个虹吸管口控制装置6单独控制时，虹吸管口控制装置6包括两个堵头8、两个复位弹簧9、一套牵引装置7和一个控制器10。两个堵头8分别对应出水管14的第一端和第二端设置。牵引装置7至少部分设于出水管14内，并分成两根分别朝向出水管14的第一端和第二端延伸，以分别与两个堵头8连接。牵引装置7与控制器10电连接，用于控制牵引装置7同时对两个堵头8进行牵引或停止牵引，用于对两个堵头8同时施加向上的牵引力，使两个堵头8同时封堵出水管14的第一端和第二端。两个复位弹簧9分别与两个堵头8一一对应连接，用于对堵头8施加向下的作用力，当牵引装置7停止对堵头8向上牵引时，在复位弹簧9的作用下，两个堵头8同时向下运动，并打开出水管14的第一端和第二端。当出水管14的第一端和第二端分别通过两个虹吸管口控制装置6单独控制时，如图3所示，该虹吸管口控制装置6与排水系统的虹吸管口控制装置6的结构和工作原理完全相同，在此不再赘述。
57.可以理解的是，液位测量装置中的虹吸管口控制装置6需要在水冷系统启动之前先封闭出水管14的第一端和第二端，然后通过第二注水口17往出水管14内注满冷却水，待水冷系统启用后，再打开出水管14的两端，便可顺利建立虹吸过程，使第二水腔2的水位和内水箱13的水位保持相同。
58.在一些实施例中，继续结合图3，内水箱13上端敞口，内水箱13的上沿高度与第二水腔2的最高水位高度相等。如此，当第二水腔2内的水位超过最高水位时，第二水腔2内的
冷却水就会通过出水管14排出，使第二水腔2内的水不会超过最高水位。内水箱13内的水满后会溢流到液位计水箱12中，液位计水箱12的底部设有放水口18，液位计水箱12中的冷却水可通过打开放水口18排出。
59.在一些实施例中，如图2所示，第二水腔2内设置隔板22，以将第二水腔2分隔成环形的内水腔23和围绕于内水腔23外的环形的外水腔24，隔板22的底部与第二水腔2的腔底形成间隔28(参见图1和图3)，以使内水腔23和外水腔24连通。内水腔23的内壁25的顶部(即筒腔3的内壁25)向上凸出于隔板22，且向上凸出于外水腔24的外壁26(即筒腔3的外壁26)，以阻挡内水腔23和外水腔24内的冷却水流入炉顶布料器。
60.在一些实施例中，继续结合图2，内水腔23的内壁25由旋转体105的外周侧形成。如此，既可以时内水腔23内的冷却水直接与旋转体105接触，提高冷却效果，还能够简化结构，降低成本。
61.第一水腔1和第二水腔2的连通方式不限，例如，可以是第一水腔1的底部直接与第二水腔2的顶部连通，也可以是通过导水管将第一水腔1内的冷却水导流至第二水腔2。在一些实施例中，如图1和图3所示，第一水腔1的顶部连接溢流管19，溢流管19的底端伸入至第二水腔2内，以使第一水腔1内的冷却水溢流到第二水腔2。具体的，溢流管19的底端伸入至内水腔23内，以使第一水腔1内的冷却水溢流到内水腔23，内水腔23内的冷却水通过隔板22与第二水腔2底部的间隔28流入外水腔24。如此，使得第一水腔1内的冷却水首先进入与旋转体105贴合靠近的内水腔23，并在内水腔23内自上而下流下进行冷却，然后再进入外水腔24自下而上流出，大大增强了冷却效果。其中，图1和图3中的箭头方向表示冷却水的流动方向。
62.隔板22靠近顶部的位置设有溢流孔27，水冷系统故障，冷却水不能顺畅的从底部的间隔28流入外水腔24时，水流可经此溢流孔27溢流至外水腔24，保证水流不会流入炉顶布料器或者高炉内。
63.在一些实施例中，如图1所示，溢流管19可以为多根，多根溢流管19围绕第一水腔1的周向设置，以使第一水腔1内的冷却水均匀的流入到第二水腔2内，并使第二水腔2内的冷却水均衡。进一步的，溢流管19穿过第二水腔2的筒腔3，伸入至第二水腔2的主体部分内，以利于冷却水向下流动至旋转体105下部外周的第二水腔2内，提高冷却效果。
64.在一些实施例中，进水管4可以为多根，多根进水管4围绕喉管103的周向设置，并分别由喉管103的径向方向伸入至第一水腔1的底部内。排水管5也可以为多根，多根排水管5围绕喉管103的周向设置，并由喉管103的径向方向伸出炉顶布料器的外部。如此，使得进水管4和排水管5都不占用炉顶布料器的上方空间，方便炉顶布料器上方零部件的布置。当排水管5为多根时，其中一根排水管5可以用作出水管14。
65.本实用新型实施例还提供了一种高炉，该高炉包括炉顶布料器，还包括上述任一实施例中的高炉有压封闭水冷系统，高炉有压封闭水冷系统设于炉顶布料器上，至少用于对炉顶布料器的喉管103和旋转体105进行冷却。
66.本实用新型实施例的高炉的炉顶布料器采用有压封闭水冷系统，能够实现冷却水介质与油污及炉内煤气粉尘的有效隔离，避免以往水腔内部油污沉淀及堵塞出水管道，进而导致冷却水溢入高炉，影响高炉生产的问题；同时旋转体105水腔液面高度精确可控，提高了冷却效果。
67.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。而且上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。