摘 要：對馬鋼2500m3高爐冷卻壁的破損及變更改造原因進行了分析比較，認為使用銅冷卻壁對高爐長壽有著決定性的影響。通過對銅冷卻器冷卻強度的摸索控制，改善了高爐的穩定順行。
關 鍵 詞：大型高爐；冷卻壁；銅冷卻器；漏水
馬鋼二鐵總廠現有2500m3高爐2座。1號高爐1994年4月投產，2007年2月停爐大修，2007年6月投產；2號高爐2003年10月投產。高爐爐腹至爐身下部冷卻壁，經歷了由球墨鑄鐵→鑄鋼→銅的演變。本文重點闡述銅冷卻壁、銅冷板在馬鋼二鐵的使用情況。
1 高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷
1號高爐爐體的冷卻壁為高韌性球磨鑄鐵冷卻壁，冷卻水為開路循環工業凈化水。由于冷卻壁的大量破損，于2000年12月5日被迫進行第一次項修，大面積更換冷卻壁，12月21日重新點火服役。第一代爐役未中修服役期為6年7個月。隨后，由于爐腹第6～7段冷卻壁的大量破損，2003年進行年修更換，材質改為鑄鋼。2007年，高爐大修爐腹至爐身下部冷卻壁改為軋制銅，同時取消了爐腰板。高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷見表1。
1．1 1號高爐(第一代)項修前冷卻壁的破損情況
1994年4月—2000年11月，1號高爐(第一代)爐役中修前，各段冷卻壁的破損情況見表2。
對破損冷卻壁分段，第6、7段為爐腹段；爐腰板、第8、9段為爐腰段；第10、11、12、13段為爐身中下部。其中，爐腰段冷卻壁破損率最高，開爐后至第三年即有51．66％冷卻壁發生破損漏水；至開爐后第五年，破損率已高達81．66％，說明1號高爐此部位冷卻壁破損最嚴重。
至2000年10月，1號高爐冷卻壁已有72．7％破損。值得特別注意的是，開爐后的第一年，1號高爐即有5塊冷卻壁破損，其后全爐冷卻壁的破損速度相當快。2000年中修，對損壞最嚴重的爐腰板進行全部更換，材質改為銅，對第6～7段漏水冷卻壁進行更換，材質未改。隨后，由于第6～7段爐腹段冷卻壁的大量破損，2003年被迫進行年修更換，材質改為鑄鋼。
1．2 鑄鋼冷卻壁及銅冷卻壁比較
由于大量冷卻壁破損，1號高爐在2000年12月曾安排項修。在更換爐腹段冷卻壁時，使用了1塊銅冷卻壁用作試驗，至2007年2月第一代爐役停爐時，共使用了6年零1個月。此塊銅冷卻壁使用無氧軋制銅板加工，采用四進四出直列水通道獨立給水，安裝在第6段第28~29號風口的上方(第38塊)，與此次解剖的同段第27～28號風口上方的鑄鋼冷卻壁(第37塊)并列，使用環境和工況相同，因而易于進行解剖比較。
(1)解剖方法。實體解剖在馬鋼第二機制公司的6m龍門刨床上進行，自熱面向冷面連續逐段刨切，至水通道中心線斷面止。鑄鋼、銅冷卻壁解剖如圖1所示。
(2)鑄鋼冷卻壁刨切過程中的裂縫及水管拉斷情況。自熱面刨下86mm后的情況如圖2所示，自熱面刨下86mm后冷卻壁的斷面情況如圖2(a)所示；此斷面上清晰可見壁體多處的顯裂縫，固定螺栓中心線橫向貫穿整個冷卻壁的大裂縫，寬約8mm[如圖2(b)所示]；冷卻壁邊緣水管已拉斷開裂，裂縫貫穿冷卻壁并連通到固定螺栓處[如圖2(c)所示]；冷卻壁下部固定螺栓處應力集中產生的放射狀斷裂縫，縫寬5～8mm[如圖2(d)所示]。產生裂縫及水管拉斷的主要原因應為熱應力導致。
(3)銅冷卻壁熱面燕尾槽的剖面情況。解剖表明，熱面燕尾槽剖面無任何燒損、侵蝕，也無任何氣孔和缺陷，無裂紋裂縫，且表面光滑(如圖3所示)。
銅冷卻壁刨切至燕尾槽底時的剖面情況如圖4所示，圖4中黑色部分為固定螺栓位置，小的斑點為刨床漏下的油漬，表面仍非常光滑，無任何細小的裂紋和缺陷。
解剖的銅冷卻壁采用直進直出四通道進出水布置，水通道為直接在軋制銅坯上鉆孔而成。解剖至水通道中心線時的斷面情況如圖5所示。由圖5可見，水道內面依舊光滑，且無任何結垢現象，說明銅材質冷卻壁具有優良的抗結垢性能。
2 銅冷卻器的使用情況
根據2號高爐爐腰銅冷板及其他高爐的使用情況后，1號高爐在2007年大修時作出了取消爐腰板的選擇，目前第6～8段銅冷卻壁使用正常。
2號高爐于2003年10月投產，設計采用全冷卻壁、磚壁合一、噴涂內襯、銅冷卻壁、銅冷板、水冷炭磚爐底、進口“陶瓷杯”爐缸等當時的先進技術。從爐底到爐喉鋼磚下沿共19段冷卻壁和3段銅冷板過渡，根據爐內縱向各區域不同工作條件和熱負荷大小，采用不用結構形式和不同材質的冷卻壁(見表3)。關鍵部位采用銅冷卻壁并在爐皮的拐點處增加3段銅冷板(每段48塊)，當時的設計思想是以便有機過渡，做到冷卻壁間安裝面過渡平滑。
(1)銅冷卻壁使用情況。2號高爐爐體第6～9段安裝了4段銅冷卻壁，每塊有4個通道至下而上串聯給水，供水環管Φ720mm×10mm。2004年7月26日，首次發現漏水現象，漏水很小。經多次確認后，認定為通道漏水，懷疑為銅冷卻壁接頭管道處受應力拉伸開焊而漏水，銅冷卻壁壁體應是完好的。
至目前為止，共發現11個通道漏水，均進行了控水及拆分處理，對高爐生產影響不大。
(2)銅冷卻板使用情況。2號高爐爐體第9段與第10段、第10段與第11段、第11段與第12段之間安裝了3段銅冷卻板。3段銅冷板每塊有冷熱面兩個通道，自聯后再兩塊水平串聯給水(兩塊一聯)，供水環管Φ26min×8mm。2007年4月13日，檢查出第9段1號第一塊銅冷卻板破損開始，發現其漏水危害極大，且較難控制，影響到高爐的生產與順行。因銅冷卻板供水方式是兩塊水平串聯，一旦破損后，必須先控水，待休風時再進行拆分?？赏ㄟ^幾次拆分，發覺無論怎么控制破損板的進水量，一段時間后，還是保不住破損的這一塊，爐皮也出現滲水，爐況受到影響。即使內向灌漿，外向單獨供水，最終冷面仍然損壞，究其原因可能還是在于控水后破壞了外向的使用效果。為了保住銅冷卻板及對高爐爐殼的保護作用，經研究后決定改造銅冷卻板的冷卻方式，即先在內向的進出水管上焊灌漿閥，提前灌樹脂耐磨料盲死內向，達到保護外向不被損壞，然后把外向供水再兩塊水平串聯，其改造前后示意如圖6所示。
2008年3月19日，利用定修機會，先在第9段銅冷卻板做改造性試驗。改造后，第9段銅冷卻板進出水狀態正常，保留的板體外向無一例破損漏水，也未發現其他異常狀況。鑒于效果較好，于2009年4月13日利用年休機會，對未改造的第10、11段銅冷卻板進行了全部改造(無論好壞)。截至目前，此3段銅冷卻板使用狀況穩定，有效地控制住了破損銅冷卻板漏水給高爐生產造成的影響，提升了高爐的使用壽命，改造非常成功。
從我廠的使用情況看，銅冷板的破損與高爐的順行密切相關。1號高爐順行狀況較2號高爐好，1號高爐2000年12月爐腰板換為銅冷板后至2007年2月高爐停爐大修，銅冷板完好無損，無一漏水；而2號高爐僅生產3年半就發現銅冷板漏水，且破損速度快，2007年4月13日檢查出第9段1號第一塊銅冷卻板破損開始，當年就破損了10塊。
(3)高爐生產對銅冷卻器的控制情況。由于銅冷卻壁在我國實際使用時間較短，幾乎沒有完整使用一代爐齡的高爐，可借鑒的資料很少。2號高爐2003年10月開爐起初，對銅冷卻壁、銅冷板的進水量是不控制的。2008年的一段時間，渣皮頻繁脫落，時常發生砸歪風口小套現象。高爐操作上經常感覺邊緣有自動加重現象，后將風口小套長度由575mm縮短至525mm，渣皮脫落砸歪風口小套現象有所好轉，但爐況穩定性未有根本好轉，基本上高爐每年都有一次大的波動，且基本發生在10—12月秋冬換季時節。后來感覺跟銅冷卻壁冷卻強度高有關，由于沒有使用銅冷卻壁的經驗，為防止控水對銅冷卻壁的損壞，2008年開始逐步摸索小步控水，控制水溫差，采取控制一段，穩定一段，再控制的方法。至目前為止，銅冷卻壁平均進水量較未控前減少35％的進水，水溫差提高1．5℃。銅冷卻壁、銅冷板進水量、水溫差控制見表4。
經過對銅冷卻器冷卻強度的控制，配合高爐下部擴風口，大風量，活躍爐缸等措施，2號高爐基本走出了每年秋冬季爐況失常的怪圈，風口小套長度也由525mm,恢復至575mm。
3 結語
從馬鋼二鐵廠高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷來看，使用銅冷卻壁對高爐長壽有著決定性的影響。由于我廠所處的地理位置，秋冬換季時溫差大，應對冷卻器水溫差進行及時調整。從銅冷板的實際使用情況來看，爐況順行狀況對其壽命起著決定性的影響，破損以后對高爐爐況影響很大。綜合來看，銅冷板的取消是正確的。