李樂明 鄭義勍

1  簡介

安鋼1#高爐由中冶南方設計，高爐有效容積為2200m³,2005年10月15日正式點火投產。高爐本體采用全冷卻壁結構，爐體自下而上共設置14段冷卻壁。其中1——3段為低鉻鑄鐵光面冷卻壁，3個鐵口設置在2、3段冷卻壁之間，風口設在第四段冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身下部即5——7段為四通道銅冷壁，爐身8——10段為背部設有蛇形管的雙層球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，11——12段為單層水冷球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，13——14層為倒扣式球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁。高爐在投產不到一年的時間就出現了冷卻壁漏水的情況，之后隨著高爐的強化冶煉，高爐冷卻壁漏水數量呈現快速發展趨勢，嚴重影響高爐的安全穩定生產，針對高爐不同部位冷卻壁漏水的原因進行分析并采取有效應對措施，確保了高爐爐況穩定順行并獲得了較好的經濟指標。

2  冷卻壁在高爐生產中的重要性

冷卻壁是高爐生產中重要的冷卻設備，冷卻壁壽命的長短對一代高爐爐齡的影響十分重大。隨著高爐冶煉強度的不斷提高，高爐單位時間內所產生的熱量也相應增加，高爐內襯和冷卻壁所承受的熱負荷也越來越大。冷卻壁的重要作用是：把單位時間內從高爐內部吸收的熱量及時傳遞出去，在冷卻壁熱面形成保護性渣皮，避免高溫煤氣、爐料、熔渣、鐵水等直接沖刷爐殼，同時降低爐殼溫度，保護爐殼在熱應力的溫度變化范圍內不變形、不開裂。使高爐長期保持較好的操作爐型，保證高爐正常生產，爐況順行及高爐長壽。

3  高爐冷卻壁的漏水狀況

3.1  風口帶冷卻壁

2006年5月4日，高爐在生產不到一年的時間就首次出現第四段冷卻壁支管漏水，后續又有8根支管出現相同的情況，直接導致高爐鐵口區域灌漿孔滲水，鐵口孔道潮濕嚴重影響爐前出鐵安全，同時對高爐爐況造成較大影響。2008年12月20日，高爐停爐降料面檢修更換損壞的冷卻壁，發現風口帶冷卻壁風口大套以上部分耐材全部侵蝕脫落，冷卻壁基體侵蝕嚴重，大部分冷卻壁的最外層水管露出，與銅冷卻壁的過渡處已變成凹坑狀，銅冷卻壁已經懸空，風口及以下部分冷卻壁被包在厚厚的磚襯和渣皮中未見侵蝕。              

3.2  銅冷卻壁

銅冷卻壁漏水主要有兩個階段及兩種漏水形式，1、第五段銅冷卻壁的下部工藝孔滲漏，主要發生在2007年，僅一年就發現8根冷卻壁支管工藝孔漏水，2008年12月20日高爐降料面檢修更換損壞的鑄鐵冷卻壁，進入爐內發現銅冷卻壁下部燕尾槽侵蝕非常嚴重，幾乎已侵蝕到工藝孔位置，個別冷卻壁工藝孔向外滲水。

 2、第七段銅冷卻壁出水管根部開裂漏水。自2013年10月25日1#支管第七段漏水開始至2017年3月已有52根支管即30塊銅冷卻壁出現漏水，2017年3月高爐降料面檢修更換漏水嚴重的15塊銅冷卻壁，檢修發現第七段銅冷卻壁熱面僅燕尾槽磨損略為嚴重，本體并未出現大的熔損和侵蝕，可以判斷漏水主要發生在冷面即冷卻壁的進出水管部位。  

3.3  爐身球墨鑄鐵冷卻壁

爐身球墨鑄鐵冷卻壁漏水，主要表現在冷卻壁出水管根部冷卻水管開裂漏水，其次是冷卻壁熱面鑲磚脫落，冷卻水管外露，發展到一定程度即可造成冷卻水管損壞漏水。

 4  冷卻壁漏水的原因分析

1、風口第四段冷卻壁的漏水與高爐設計及冷卻壁結構有極大關系，1#高爐爐體裝備情況為：爐缸 （風口區）為4段光面球墨鑄鐵冷卻壁；爐腹、爐腰及 爐身下部為3段銅冷卻壁，爐身下部以上到爐喉鋼磚下沿也是球墨鑄鐵冷卻壁，屬于爐體全部冷卻的高爐。其中爐腹、爐腰及爐身中下部冷卻壁為滿鑲磚全覆蓋式冷卻壁，耐火磚鑲嵌在冷卻壁上并在冷 卻壁表面覆蓋150 mm（即鑲磚覆蓋厚度），爐腹、爐 腰及爐身不再另外砌磚，屬于“薄壁”爐型高爐。這種“薄壁”爐型高爐在維護操作爐型方面有一定優勢，但在爐體結構方面存在一定缺陷，特別是爐缸風口區冷卻壁，由于上端設計得較厚和相對較高， 直接接觸爐腹高溫區和風口回旋區，因此容易損壞。據了解和此類設計類似的濟鋼、武鋼高爐也存在類似問題。

2、銅冷卻壁漏水的主要原因有兩種，一種是第五段銅冷卻壁工藝孔位置不當及焊接材料與母材不同導致的焊縫出現應力裂紋；另一種是第七段銅冷卻壁本體過長造成的撓度變形使冷卻壁進出水管受剪應力的影響而出現斷裂所致，與冷卻壁的安裝質量密切相關。

3、爐身鑄鐵冷卻壁的主要原因主要表現在冷卻壁出水管根部由于剪應力導致的冷卻水管開裂漏水，其次是冷卻壁熱面鑲磚脫落，冷卻壁受爐料及煤氣流的沖刷和侵蝕逐漸變薄，使熱面產生橫向和縱向裂紋，導致冷卻水管外露，發展到一定程度即可造成冷卻水管損壞漏水。

5  針對冷卻壁漏水采取的對策

1、高爐生產期間，對漏水的鐵冷卻壁主要采取穿管再生的方式恢復冷卻壁的正常使用，同時結合銅冷卻壁的制造工藝，采用沉積法處理第五段冷卻壁工藝孔漏水的難題。

2、通過工藝操作的改進及對送風制度的調整來避免風口帶冷卻壁的侵蝕。主要措施有：①、將風口由斜5度改為斜8度，消除因風口中套上翹對風口回旋區的影響，促進爐缸煤氣初始氣流的合理分布；②、風口長度逐漸由585mm逐漸加長，目前已加長到650mm；

3、針對爐身部位冷卻壁的漏水情況，重點從兩個方面入手：①、高爐操作以發展中心，合理控制邊緣氣流并力保氣流穩定為指導方針，避免冷卻壁熱面因爐內煤氣流的不穩定導致冷卻壁溫度應力的產生；②、調整冷卻壁的冷卻水量流量，同時適當降低冷卻壁的供水溫度，提高系統的冷卻強度，促進冷卻壁熱面保護性渣皮的形成及穩定，避免冷卻壁本體過早侵蝕或燒損。2017年3月1#高爐降料面搶修更換冷卻壁，對爐內進行檢查發現，風口帶冷卻壁及第五段銅冷卻壁的侵蝕情況與2008年搶修時相比并未出現惡化趨勢。爐身部位鑄鐵冷卻壁熱面燕尾槽侵蝕嚴重，但是爐身中下部的冷卻壁熱面基本都存在一層保護性渣皮，未出現大的燒損和冷卻水管完全暴露的情況。

4、針對冷卻壁結構的不合理導致漏水的情況，與生產廠家和設計院溝通后，對第五段銅冷卻壁結構設計上進行突破改進，在冷卻壁壁體下部設計刀頭部分增大與第四段冷卻壁的接觸面，改善拐點區域的冷卻強度，促進渣皮生成，進而起到保護風口帶冷卻壁免受侵蝕的作用，同時可以消除因原有銅冷卻壁壁體與爐殼間的間隙過大，導致高溫煤氣流竄入的可能，杜絕并減少冷卻壁背面受高溫煤氣流沖擊發生的變形及進水管斷裂的發生；另外，針對銅冷卻壁下部工藝孔漏水的情況，將爐腹部位銅冷卻壁工藝孔位置由下部鉆孔改為上部鉆孔。冷卻壁的改型2007年主要應用在安鋼2#高爐的建造，該高爐2016年10月中修時檢查發現第四段冷卻壁本體幾乎完好無損，未出現1高爐嚴重侵蝕導致水管外露的情況。銅冷卻壁也未出現大的漏水現象，驗證了銅冷卻壁改型成功，應用效果非常明顯。

5、停爐更換冷卻壁，2017年10月以及2019年12月1#高爐又分別利用利用兩次檢修機會，對高爐本體冷卻壁再次進行全面隱患處理和更換，將第五段銅冷卻壁徹底進行了全面改型，爐身上部鑄鐵冷卻壁進行了整體更換，爐內耐材，風口及以上采用了整體澆注方式，高爐內型得以優化，自2020年4月15日開爐以來，高爐持續保持穩產、高產，各項指標全面得以優化。

6  結論

1、 冷卻系統設計本體流量偏低，冷卻壁結構設計不合理，冷卻壁制造工藝缺陷是造成冷卻壁漏水的重要原因；

2、 冷卻系統中位于爐身中、下部的雙層冷卻壁使用壽命不佳，嚴重影響冷卻系統的長期穩定運行，將雙層冷卻壁構型改為單層可消除冷卻壁壁厚帶來的負面影響，同時利于冷卻系統工藝的優化增加本體冷卻水流量。（安鋼2#高爐于2016年10月檢修進行了改型，截止到目前，爐身區域僅出現3根水管輕微漏水）

3、針對冷卻壁漏水日益發展的情況，采取穿管再生修復，倒工業水冷卻，爐皮外噴水冷卻等應對措施取得了較好的穩定效果；

4、完全根除漏水隱患，利用高爐環保停爐機會進行搶修，更換冷卻壁，并對第五段銅冷卻壁的結構缺陷進行改進，防止風口帶冷卻壁破損漏水；

5、改進高爐工藝操作，維持合理的煤氣流分布，保證高爐爐況的持續穩定，是冷卻設備安全穩定運行的堅實基礎。