席 軍，梁榮利，周寶亮

(內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

摘 要:文章介紹了包鋼 6 # 高爐冷卻系統(tǒng)的工藝流程、運(yùn)行工藝狀況，結(jié)合高爐冷卻壁的使用，闡述了冷卻壁破損原因，通過加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)日常管理，及時(shí)調(diào)節(jié)冷卻參數(shù)，嚴(yán)格控制冷卻壁溫度和對(duì)冷卻壁進(jìn)行精心維護(hù)等措施，延長(zhǎng)高爐的使用壽命。

關(guān)鍵詞:高爐；冷卻壁；維護(hù)

包鋼 6 # 高爐有效容積為 2 500 m³ ，2006 年12 月 12 日投產(chǎn)，累計(jì)出鐵2 149． 6 萬 t，單位爐容產(chǎn)鐵量達(dá)到 8 598 t/m³ ，平均利用系數(shù) 2． 11 t/m³ ·d，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改善，一代爐齡已連續(xù)生產(chǎn)達(dá) 11 年以上，冷卻壁使用正常，期間無中修，無項(xiàng)修，更沒有停爐噴補(bǔ)造襯，目前正在步入國(guó)內(nèi)大型高爐長(zhǎng)壽的先進(jìn)行列。

1 爐體冷卻結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

冷卻壁是高爐重要的冷卻設(shè)備，在高溫狀態(tài)下工作，工作條件惡劣直接影響高爐爐體的使用壽命。6 # 高爐本體采用全冷卻壁結(jié)構(gòu)，自下而上設(shè)置 15 段冷卻壁，冷卻壁配置見表 1。

冷卻壁和爐底水冷管為一個(gè)單獨(dú)的軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，1 ～15 段冷卻壁從下至上采用“步步高一竄到頂”直冷式布置，水路由下部向上串聯(lián)冷卻，回水系統(tǒng)沿圓周方向分 4 個(gè) 90°區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)有 4 根集水管，以保證水量分布的均勻性。

2 冷卻壁使用情況

2． 1 鑄鐵冷卻壁的使用

6 # 高爐 1 ～3 段冷卻壁采用普通灰口鑄鐵光面冷卻壁，4 ～5 段冷卻壁采用低鉻鑄鐵光面球墨鑄鐵冷卻壁，加入少量的鉻(Cr ＜ 0. 6%)提高了允許使用溫度，低鉻鑄鐵冷卻壁的導(dǎo)熱性較灰鑄鐵差，在風(fēng)口帶使用。

11 ～14 段冷卻壁采用球墨鑄鐵全覆蓋鑲磚冷卻壁，特點(diǎn)是:當(dāng)冷卻壁受高溫作用發(fā)生裂紋時(shí)，裂紋不向熱影響區(qū)以外傳播;允許使用溫度較高，適合于爐腹、爐腰和爐身部位使用;球墨鑄鐵耐磨性比灰口鑄鐵好，有利于渣皮形成。爐身最上部第 15 段冷卻壁采用球墨鑄鐵光面冷卻壁。投產(chǎn)前，高爐本體冷卻壁在做酸洗，鈍化打壓過程中，發(fā)現(xiàn) 3 段和 4 段冷卻壁各有一根冷卻水管泄壓，確定這兩根冷卻水管漏水，采用穿管的修復(fù)方法處理好。投產(chǎn)后高爐第 15 段冷卻壁開始破損，到 2009 年底 15 段冷卻壁破損了 17 根冷卻水管，占到 15 段冷卻壁總破損量的 64%。2009 年以前 15 段冷卻壁破損先后穿管修復(fù)了 3 根水管，對(duì)穿管修復(fù)的冷卻壁單根管流量檢測(cè)，比穿管之前流量減少1 ～1. 5 m³ /h，影響到15 段以下其它冷卻壁的冷卻效果，之后再破損的 15 段冷卻壁直接堵死，對(duì) 15 段以下破損的鑄鐵冷卻壁都進(jìn)行穿管修復(fù)，沒有一塊冷卻壁失去冷卻功能。歷年冷卻壁破損情況及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表 2。到目前為止，鑄鐵冷卻壁總計(jì)破損 71 根管(包括投產(chǎn)前破損的 2 根管)。

2． 2 銅冷卻壁的使用

6 # 高爐在爐腹至爐身下部采用 5 段軋制壓延銅板鉆孔鑲磚冷卻壁，厚度 120 mm。這種銅冷卻壁的水流通道是鉆孔加工而成的，導(dǎo)熱性能良好。銅冷卻壁還具有抗熱震、耐高熱流沖擊和長(zhǎng)壽等優(yōu)越性能，在其熱面能夠形成保護(hù)性渣皮。即使渣皮瞬間脫落，也能在其熱面迅速地形成新的渣皮，保護(hù)冷卻壁，銅冷卻壁使用在高爐熱負(fù)荷最大的區(qū)域，在此區(qū)域使用銅冷卻壁對(duì)于延長(zhǎng)高爐壽命具有重要作用。6 # 高爐在爐腹采用了一段 L 形銅冷卻壁，如圖 1 所示。L 形銅冷卻壁可以依照爐腹角的大小，確定推向爐內(nèi)的深度，以實(shí)現(xiàn)與風(fēng)口帶光面鑄鐵冷卻壁的較好銜接。該銅冷卻壁下部結(jié)構(gòu)是壁體的一部分，同樣有很強(qiáng)的冷卻能力。該爐腹冷卻壁和風(fēng)口帶冷卻壁做到了銜接平緩，運(yùn)行安全可靠，能夠滿足高爐長(zhǎng)壽要求并可消除爐腹角。自投產(chǎn)以來，雖然經(jīng)常發(fā)生爐墻粘結(jié)和脫落，熱負(fù)荷大幅波動(dòng)情況(見圖 3)。目前為止，6 # 高爐采用 5 段銅冷卻壁，只有一根管出現(xiàn)破損，破損率僅為 0. 01%，實(shí)現(xiàn)了高爐關(guān)鍵部位冷卻壁的長(zhǎng)壽。

3 冷卻壁破損原因

3． 1 鑄鐵冷卻壁破損原因

6 # 高爐在熱負(fù)荷較小的區(qū)域采用光面鑄鐵冷卻壁和鑲磚鑄鐵冷卻壁。鑄鐵冷卻壁的力學(xué)性能、伸長(zhǎng)率受溫度影響很大，球墨鑄鐵溫度在400 ℃以下，性能保持不變，溫度再升高，抗拉強(qiáng)度迅速下降，伸長(zhǎng)率也在 400 ℃開始產(chǎn)生變化，這樣它的工作溫度不應(yīng)超過 400 ℃，當(dāng)溫度過高時(shí)，就會(huì)縮短使用壽命。有 實(shí) 驗(yàn) 證 明: 球 墨 鑄 鐵 冷 卻 壁 反 復(fù) 在200 ～800 ℃區(qū)間升溫降溫，經(jīng)過 150 次發(fā)生斷裂。隨著溫度升高，冷卻壁熱面材料的磨損及熔損將加劇，這是鑄鐵冷卻壁破損的主要原因之一。鑄鐵冷卻壁最大的問題是無縫鋼管與鑄鐵之間的矛盾:一是如果鑄鐵本體與鋼管直接接觸，鋼管滲碳變脆，在外力和熱應(yīng)力作用下鋼管破裂漏水;二是鋼管與鑄鐵本體之間存在氣隙，出現(xiàn)大熱阻影響冷卻傳熱，造成鑄鐵本體溫度上升，當(dāng)鑄鐵溫度達(dá)到 570 ～750 ℃就變質(zhì)而剝落破損 ^［1］。6 # 高爐投產(chǎn)前的鑄鐵冷卻壁破損與冷卻壁制造質(zhì)量和材質(zhì)有直接關(guān)系;第 15 段冷卻壁破損的主要原因是因?yàn)?15 段冷卻壁安裝時(shí)和爐殼之間空隙大(間距 285 mm)，空隙使用自流料填充，投產(chǎn)不久，自流料被沖刷掉，15 段冷卻壁冷面受到高溫煤氣竄流，15 段爐殼受熱變形，導(dǎo)致冷卻壁進(jìn)出水管根部剪斷。第 11 ～13 段冷卻壁大都為每塊冷卻壁的第一根管和第四根管破損，損壞原因是冷卻壁受到劇烈的熱流沖擊使冷卻壁內(nèi)表面的溫度產(chǎn)生波動(dòng)。由于溫度波動(dòng)，內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，產(chǎn)生熱疲勞，致使冷卻壁破損。再就是 6 # 高爐鑄鐵冷卻壁每段之間進(jìn)出水管道采用剛性連接方式，因而容易在較大熱應(yīng)力下被剪斷，致使冷卻壁破損，冷卻壁進(jìn)水管連接方式見圖 2，冷卻壁破損圖見圖 3。

3． 2 銅冷卻壁破損的原因

6 # 高爐銅冷卻壁使用在高爐熱負(fù)荷最大的區(qū)域，即爐腹、爐腰和爐身下部，該區(qū)域是高爐異常破損嚴(yán)重且造成高爐短壽的關(guān)鍵部位，銅冷卻壁受到高溫沖擊，在渣皮的頻繁脫落和再粘結(jié)過程中所遭遇熱沖擊尤為嚴(yán)重，極易損壞冷卻壁。其次高爐銅冷卻壁損壞的原因是由于冷卻強(qiáng)度嚴(yán)重不足引起本體溫度過高而出現(xiàn)“氫病”所致^［2］。據(jù)資料記載，氫對(duì)含氧銅的危害與溫度有關(guān)，在150 ℃時(shí)，水蒸氣處于凝聚狀態(tài)，不產(chǎn)生氫對(duì)含氧銅的危害，含氧銅在150 ℃氫氣中可放置十年不裂。在 200 ℃的氫氣中經(jīng)一年半、在 400 ℃的氫氣中只經(jīng) 70 小時(shí)就開裂。

爐役期內(nèi)不應(yīng)輕易斷水或過度降低冷卻強(qiáng)度，生產(chǎn)過程中不要使用“中部調(diào)劑”手段，因?yàn)檫^度降低冷卻強(qiáng)度對(duì)于銅冷卻壁的使用，可能使銅冷卻壁大量破損。再有銅冷卻壁確實(shí)存在一些內(nèi)在問題，如對(duì)磨損的敏感性，特別是爐腹部分，國(guó)內(nèi)其它高爐已發(fā)現(xiàn)過每月 10 mm 的磨損速率，這會(huì)在數(shù)月內(nèi)導(dǎo)致災(zāi)難性泄露，尤其是對(duì)超薄銅冷卻壁。這是由于銅冷卻壁缺少對(duì)渣皮的錨固功能，使得渣皮粘結(jié)不牢固，頻繁粘結(jié)和脫落造成銅冷卻壁磨損。

4 高爐冷卻壁維護(hù)

4． 1 重視冷卻壁水質(zhì)管理與監(jiān)測(cè)

軟水水質(zhì)好壞直接關(guān)系到冷卻壁的冷卻效果，進(jìn)而影響到高爐一代壽命，如水質(zhì)不合格，會(huì)使管道腐蝕速度加快，冷卻壁壽命縮短。6 # 高爐在日常生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，一方面每周對(duì)軟水的水質(zhì)進(jìn)行取樣化驗(yàn)，另一方面定期進(jìn)行“掛片”檢查。使水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到控制要求(見表 3)，為冷卻壁維護(hù)創(chuàng)造有利的條件。

4． 2 控制合理的冷卻參數(shù)

一般情況下，不允許隨便調(diào)節(jié)水量，高爐處于特殊狀況時(shí)，首先提高或降低供水溫度，再增加或減少冷卻壁的水量。6 # 高爐自開爐投產(chǎn)以來，冷卻壁系統(tǒng)最大用水量達(dá)到過 5 400 m³ /h，最小用水量3 350 m³ /h。供水溫度最低 38 ℃，最高 62 ℃。正常生產(chǎn)時(shí)水量 4 500 ～5 100 m³ /h 。根據(jù)銅冷卻壁溫度和水溫差來調(diào)節(jié)供水溫度，銅冷卻壁溫度控制在50 ～80 ℃之間，水溫差一般在 4 ～ 6 ℃ 范圍內(nèi)。高爐冷卻壁熱負(fù)荷控制在 80 000 ～ 120 000 MJ/h 之內(nèi)。

4． 3 加強(qiáng)冷卻壁系統(tǒng)的維護(hù)

每班檢查冷卻壁溫度及爐底溫度，檢查冷卻壁各區(qū)集管的水量，溫度及系統(tǒng)補(bǔ)水情況。監(jiān)控好系統(tǒng)補(bǔ)水周期趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水曲線變快，立即查明原因。若因冷卻設(shè)備損壞向爐內(nèi)漏水，要及時(shí)查清是內(nèi)漏和外漏;如果是冷卻壁漏水，及時(shí)組織查漏，找出漏水的準(zhǔn)確部位，并且采取措施，避免向爐內(nèi)漏水，影響高爐順行。二是冷卻水管有氣泡產(chǎn)生，影響流量與流速，這時(shí)要及時(shí)逐根冷卻水管排氣，避免因“氣塞”而導(dǎo)致冷卻壁燒壞。

4． 4 損壞冷卻壁的維護(hù)

發(fā)現(xiàn)冷卻壁損壞后，不要采取把該冷卻壁的冷卻水關(guān)閉并堵死冷卻壁的措施來處理，這樣處理的結(jié)果會(huì)造成該冷卻壁過早被燒壞，使高爐爐殼失去保護(hù)，并殃及相鄰的冷卻壁。要判斷冷卻壁是內(nèi)漏還是外漏，對(duì)內(nèi)漏的冷卻壁要采取穿管修復(fù)的方法恢復(fù)其冷卻功能;如果是外漏等到計(jì)劃休風(fēng)割開冷卻壁密封套筒焊好后打壓恢復(fù)其正常通水冷卻。不要輕易將其斷水堵死，這有利于保護(hù)爐內(nèi)冷卻壁、減緩燒損的速度，從而有利于高爐長(zhǎng)壽。

5 問題與建議

(1)針對(duì)高爐投產(chǎn)前和生產(chǎn)期間鑄鐵冷卻壁破損，要提高冷卻壁的鑄造質(zhì)量，從冷卻壁的水管質(zhì)量、水管彎曲、除銹和防滲碳處理以及冷卻壁鑄造等全過程都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作。要加強(qiáng)冷卻壁出廠驗(yàn)收，保證冷卻壁的質(zhì)量，確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

(2)改進(jìn)設(shè)計(jì)缺陷，光面冷卻壁(15 段)，和鑲磚冷卻壁(14 段)，由于兩種冷卻壁厚度不一樣，設(shè)計(jì)兩段冷卻壁銜接熱面與高爐內(nèi)型線一致，導(dǎo)致15 段冷卻壁與爐殼間隙過大，今后設(shè)計(jì)冷卻壁和爐殼之間空隙要小于 100 mm。冷卻壁和爐殼間隙灌漿料不采用爐外壓力灌漿，而應(yīng)改用邊安裝邊充填的施工方法。爐缸冷卻壁內(nèi)水管間距再小點(diǎn)，比表面積應(yīng)大于 1． 0。

(3)銅冷卻壁渣皮頻繁脫落，不能長(zhǎng)期穩(wěn)定地保存住，建議使用凸臺(tái)銅冷卻壁，設(shè)計(jì)銅冷卻壁凸臺(tái)不易過大，能托住 100 mm 厚的渣皮就可以。

6 結(jié)束語(yǔ)

包鋼 6 # 高爐生產(chǎn)實(shí)踐證明，高爐長(zhǎng)壽離不開冷卻設(shè)備維護(hù)和冷卻水的管理。穩(wěn)定冷卻水水質(zhì)，是維護(hù)冷卻壁的基礎(chǔ)措施，在生產(chǎn)中合理選擇冷卻壁的冷卻參數(shù)，是延長(zhǎng)冷卻壁使用壽命的重要措施之一。高爐配管工加強(qiáng)對(duì)冷卻壁的檢查，冷卻壁破損后進(jìn)行修復(fù)，通過對(duì)破損冷卻壁的修復(fù)，避免高爐冷卻壁破損逐年遞增，保持高爐合理操作爐型，延長(zhǎng)包鋼 6 # 高爐使用壽命。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 張福明，程樹森． 現(xiàn)代高爐長(zhǎng)壽技術(shù)［M］． 北京:冶金工業(yè)出版社，2012．

［2］ 佘京鵬，陳鋼． 對(duì)高爐銅冷卻壁應(yīng)用特性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］． 煉鐵，2013，(4):22 －26．