淺析高爐安全供水的發展與研究

任遠芳

摘 要：我國鋼鐵工業發展半個多世紀以來，高爐的安全用水一直冶金企業煉鐵分廠的重中之重，一旦高爐遭遇停電事故，爐況也隨著急劇變化。此時，如何保證高爐的正常的正常冷卻對穩定高爐正常使用壽命至關重要。根據前人研究經驗，我們從高爐水冷裝置的熱流強度與正常運行時的差異情況，借助生產運行的實踐，首次進行了研究，從而提出了高爐安全供水的新觀念和新方法。

關鍵詞：高爐；安全供水；熱流強度

1 歷史的沿革

高爐安全供水，一直是高爐供水重要的系統之一。其主要方式包括 20 世紀 50 年代初的蘇聯模式、70 年代末的日本模式、90 年代的歐洲的模式和直至目前仍沿用的我國模式。

2 高爐安全供水

2.1 前蘇聯模式

早在 20 世紀 50 年代初，當我國恢復鞍鋼三大工程的時候，蘇聯承擔了主要的設計工作，并派出了大批的專家來華，指導施工、指導生產。同時，還在培養我國鋼鐵工業設計力量方面，做了近乎啟蒙性的工作。蘇聯專家特別強調設置高爐安全供水的必要性和重要性。并指出在高爐供水系統中，給水泵組應設置備用泵、水泵供電應設置兩路獨立的電源、水泵站與高爐之間的給水與回水管道，應為兩條，而且，當其中一條管道發生故障時，另一條管道應能通過 70%的流量。此外，還必須考慮兩路電源同時失電的可能性，并采取相應的應對措施，防患于然。其應對措施就是修建水塔或高位水池，屆時用以提供 70%的水量，以免在兩路電源同時失電時，避免高爐的水冷設備燒損、爐襯被侵蝕。

2.2 日本模式

日本模式基本上以 20 世紀 70 年代末、80 年代初，新日鐵在設計寶鋼 4063 耐的 1 號高爐的設計為典型。在高爐事故用水的設計中，除了引人柴油泵作為安全供水的設施之一外，高爐的事故供水，大體上與原蘇聯相同。不同之處在于：

（l）設置柴油泵。柴油泵共分兩組，一組是用于風口供水；一組是用于爐體供水，前者所提供的事故用水相當于正常水量的 59%，而后者達 100%；

（2）設置壓力型安全水塔，安全水塔為球型；水塔可貯存10min 的事故用水；

（3）設置事故切斷閥，當發生事故時，用以保證關鍵用戶的用水；

（4）安全用水的覆蓋面，包括高爐爐體、爐底和熱風閥純水閉路系統（臨時工業水替代純水）、以及水渣切換為干渣時所需的用水量。

2.3 歐洲模式

歐洲模式主要以德國和法國為代表。其高爐循環水系統一般為軟水閉路循環水系統。其安全供水往往只設置事故用水柴油泵，而不設水塔。

2.4 我國模式

我國的模式基本上體現在 1978 年出版的《鋼鐵企業給水排水設計參考資料》和 2002 年出版的《鋼鐵工業給水排水設計參考手冊》中。

3 研究安全供水的切人點

上述的高爐事故供水的規定和要求，都是來自感性認識，是我們對高爐發生停電事故時，對水冷裝置的熱流強度，還沒有足夠的認識的情況下制定的。所以，其安全供水措施難免偏保守。研究安全供水的難點在于，是人們不可能通過模擬停電的方式來進行研究并取得數據。作者有幸，繞過了模擬停電的方式，借助于高爐的休風，取得了大量的熱流強度的數據，進而進行歸納、分析和比較，找到一條經濟和有效的設計方法。高爐突然停電與高爐計劃休風之間的熱流強度差異在于：（1）前者是突然發生的，而后者是有序進行的；（2）前者延續的時間一般不會超過一兩個小時，而后者卻以天計；（3）兩者的熱流強度基本相同。因此，我們完全可以用休風時的爐況及其熱流強度，作為我們研究的依據。

4 安全用水的作用與實效

從我廠大型高爐近 5 次的休風資料中，我們僅摘出最近的 5次（76 一 80 次）的有關數據（包括供水系統設備的運行情況、高爐的供水水量、供水水溫、出水水溫、進出水的溫差等等），這 5 次休風的時間最長的為 1900min；最短的也有 1600min：平均為 1750min。休風前后爐體供水熱流強度過程存在變化。經過分析我們可以得出，在休風的全過程中熱流強度有了明顯下降；休風前后均出現一個漸變過程。休風前期的下降較快，它顯示了休風前準備階段的熱流強度的變化過程；而休風后期的熱流強度平緩上升，是由于復風之后冶煉強度有一個逐步增加的過程，也就反映了熱流強度緩慢增加的過程；經過分析與計算，可以得出休風前后的熱流量。休風前為67.64GJ/小時；而在休風期間其熱流量僅為 21.97GJ/小時；后者僅為前者 32.48%。

5 關于安全供水的構想

基于休風期間的熱流量不到正常運行的 1 半的現實出發，我們對現行的安全供水的觀念和措施，應該進行必要的修正。

其主要內容如下：

（l）不應強調“若條件允許，可建造兩個或兩個以上的水源”；

（2）不必強調“備用水泵不應當少于 2 臺”；

（3）不應強調“水泵站內管道的聯絡和閘閥的配置，應滿足所有機組都能互進行轉換”；

（4）對于“水泵站的電源應設計有來自不同電源點的兩路獨立電源并有自動倒換裝置。當兩路獨立電源來自一個電源點時，還應設有能保證 100%工作水泵機組需要的保安電源”可改為“還應設有能保證 l/2 工作水泵機組需要的保安電源”；

（5）對于“當為壓力輸水時，一般應設兩條輸水管道。當其中一條管道發生事故時，另一條應能供給總輸水量的 70%以上的水量”可改為“當為壓力輸水時，一般應設兩條輸水管道。一條應能供給總輸水量的 70%的水量；而另一條可供30%的水量”：

（6）對于“能源轉換用水塔容量（事故水水量）按安全供水量 10min 的容量慮”可以考慮取消能源轉換用的水塔。

對上述的修正，還要做以下的幾點補充：

第一，目前，我國大多數企業，只有一個水源。因而不可能為高爐的事故供水，特地增加水源；

第二，我國大多數水泵站內管道，沒有設聯絡管和閘閥，其備用水泵一般為 1 臺；

第三，對于“輸水管道，一條應能供給總輸水量的 70%的水量；而另一條可供 30%的水量；”其理由是，目前，我國鋼鐵企業的地下管道均為鋼管，比鑄鐵管的壽命長得多。

6 結論

對高爐的事故用水應該予以足夠的重視。過去，由于我們對高爐事故用水過程中的熱流量缺乏理性認識，難免從感性出發，盡可能做得安全一些，這也無可非議。但是，通過上述對生產運行的具體分析、研究，我們就能實現從感性認識到理性認識之能動的飛躍，不僅如此，更重要的還需表現于從理性的認識到生產的實踐這一個飛躍。然而，畢竟科學研究往往需要經歷若干次的反復探索、修正，方能夠得出一個接近真理的結論。本文所提供的一些數據及其觀點，至少可以作為這一問題研究的起點。在這個基礎上，集思廣益、群策群力，進而把高爐的事故供水做得更符合實際。

參考文獻：

[1]錢平、鄒德才.《鋼鐵工業給水排水設計參考手冊》，北京、冶金工業出版社，2002.01