一、板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)

? ? 冷卻板的冷卻原理是通過分散的冷卻元件伸進(jìn)爐內(nèi)(一般長度為700～800mm)來冷卻周圍的耐火材料，并通過耐火材料的熱傳導(dǎo)作用來冷卻爐殼，從而起到延長耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。冷卻壁的冷卻原理是通過冷卻壁形成一個(gè)密閉的圍繞高爐爐殼內(nèi)部的冷卻結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)耐火材料的冷卻和對(duì)爐殼的直接冷卻，從而起到延長耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。

　　對(duì)于全部使用冷卻板設(shè)備冷卻的高爐，冷卻板設(shè)置在風(fēng)口部位以上一直到爐身中上部。

　　爐身中上部到爐喉鋼磚和風(fēng)口以下采用噴水冷卻或光面冷卻壁冷卻。

　　全部使用冷卻壁設(shè)備冷卻的高爐，一般在風(fēng)口以上一直到爐喉鋼磚采用鑲磚冷卻壁，風(fēng)口以下采用光面冷卻壁。在實(shí)際使用中，大多數(shù)高爐根據(jù)冶煉的需要，在不同部位采用各種不同的冷卻設(shè)備。近十多年來，隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展和耐火材料質(zhì)量的提高，高爐壽命的薄弱環(huán)節(jié)由爐底部位的損壞轉(zhuǎn)移到爐身下部的損壞。因此，為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和保護(hù)爐殼，國內(nèi)外一些高爐的爐身部位采用了冷卻板和冷卻壁交錯(cuò)布置的結(jié)構(gòu)形式，這種冷卻結(jié)構(gòu)形式對(duì)整個(gè)爐體冷卻來說，稱為板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)，它起到了加強(qiáng)耐火材料的冷卻和支托作用，又使?fàn)t殼得到了全面的保護(hù)。

　　高爐爐身部位使用板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)形式，是一種新型的冷卻結(jié)構(gòu)形式。它既實(shí)現(xiàn)了，冷卻壁對(duì)整個(gè)爐殼的覆蓋冷卻作用，又實(shí)現(xiàn)了冷卻板對(duì)爐襯的深度方向的冷卻，并對(duì)冷卻壁上下層接縫冷卻的薄弱部位起到了保護(hù)作用，因而有良好的適應(yīng)性。

　　二、銅冷卻壁

? ? 由于球墨鑄鐵在高爐操作的條件下磨損嚴(yán)重，同時(shí)在熱負(fù)荷和溫度的急劇波動(dòng)條件下，其裂紋敏感性也很高，甚至在第四代鑄鐵冷卻壁上也不能完全克服這些不足之處，這就限制了冷卻壁壽命的進(jìn)一步提高。鑄鐵冷卻壁的冷卻水管是鑄人球墨鑄鐵本體內(nèi)的，由于材質(zhì)及膨脹系數(shù)不同，冷卻水管與鑄鐵本體之間存在0.1～0.3mm的氣隙，這一氣隙會(huì)成為冷卻壁傳熱的主要限制環(huán)節(jié)。另外，冷卻壁中鑄人冷卻水管而使鑄造本體產(chǎn)生裂紋，并且在鑄造過程中為避免石墨滲入冷卻水管中必須采用金屬或陶瓷涂料層加以保護(hù)，保護(hù)層起了隔熱夾層作用，引起溫度梯度增大，造成熱面溫度升高而產(chǎn)生裂紋。

　　鑄鐵冷卻壁主要存在著兩個(gè)問題，一是冷卻壁的材質(zhì)問題，二是水冷管的鑄人問題。為了解決這兩個(gè)問題，人們開始研究軋制銅冷卻壁。此種銅冷卻壁是在軋制好的壁體上加工冷卻水通道和在熱面上設(shè)置耐火磚。

　　銅冷卻壁與鑄鐵冷卻壁特性的比較見下圖：

　　銅冷卻壁有以下特點(diǎn)：

　　(1)銅冷卻壁具有熱導(dǎo)率高，熱損失低的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外銅冷卻壁大多以軋制純銅(Cu≥99.5％)為材質(zhì)，經(jīng)鉆孔加工而成的。這樣制作出來的銅冷卻壁的冷卻通道與壁體是一個(gè)有機(jī)的整體，消除了鑄鐵冷卻壁因水管與壁體之間存在氣隙而形成隔熱屏障的弊端，再加上銅本身具有的高導(dǎo)熱性，這樣就使得銅冷卻壁在實(shí)際使用過程中能保持非常低的工作溫度。

　　利于渣皮的形成與重建。較低的冷卻壁熱面溫度是冷卻壁表面渣皮形成和脫落后快速重建的必要條件。由于銅冷卻壁具有良好的導(dǎo)熱性，因而能形成一個(gè)相對(duì)較冷的表面，從而為渣皮的形成和重建創(chuàng)造條件。由于渣皮的導(dǎo)熱性極低，渣皮形成后就形成了由爐內(nèi)向銅冷卻壁傳熱的一道隔熱屏障，從而減少了爐內(nèi)熱損失。研究表明，在渣皮脫落后，銅冷卻壁能在15min內(nèi)完成渣皮的重建，而雙排水管球墨鑄鐵冷卻壁則至少需要4h。

　　銅冷卻壁的投資成本。使用銅冷卻壁，并不意味著高爐投資成本增加，這主要是基于以下幾點(diǎn)考慮：1)單位重量的銅冷卻壁比鑄鐵冷卻壁價(jià)格要高，但單位重量的銅冷卻壁冷卻的爐墻面積要比鑄鐵冷卻壁大1倍，這樣計(jì)算，銅冷卻壁的價(jià)格就相對(duì)便宜了些。

　　銅冷卻壁前不必使用昂貴的或很厚的耐火材料。使用鑄鐵冷卻壁時(shí)，對(duì)其前端砌筑的耐火材料要求較高，在爐腹、爐腰和爐身下部多使用碳化硅磚或氮化硅結(jié)合碳化硅磚，這些耐火磚的價(jià)格較高，相應(yīng)地增加了冷卻設(shè)備的投資。高爐使用銅冷卻壁，主要是利用其高導(dǎo)熱性形成較低的表面溫度，從而形成穩(wěn)定的渣皮來維持高爐生產(chǎn)，而不是主要靠砌筑在其前端的耐火材料來維持高爐生產(chǎn)，因此，銅冷卻壁前端的耐火材料的耐久性和質(zhì)量并不十分重要。西班牙兩座使用銅冷卻壁的高爐的生產(chǎn)實(shí)踐表明，銅冷卻壁前端砌筑的耐火材料在高爐開爐個(gè)月后就已侵蝕殆盡。當(dāng)然銅冷卻壁前還是有必要砌一定的耐火材料的，因?yàn)樵诟郀t開爐初期，銅冷卻壁需要耐火材料的保護(hù)。3)使用銅冷卻壁可將高爐壽命延長至15～20年，因此可縮短高爐休風(fēng)時(shí)間，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。

　　蒂森高爐的爐腰、爐腹采用銅冷卻壁后，爐缸壽命很難適應(yīng)爐體壽命。為了延長爐缸壽命，消除爐缸燒穿的危險(xiǎn)，德國SMS公司已開發(fā)出了安裝在爐缸部位的銅冷卻壁。