鞍鋼3200 m3高爐銅冷卻壁破損維護(hù)實(shí)踐

謝明輝，曾宇，佟敏英，李曉春

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

2000年以后，銅冷卻壁在我國大型高爐開始廣泛應(yīng)用。在高爐爐腹、爐腰、爐身下部高負(fù)荷的區(qū)域使用銅冷卻壁，利用銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性、易形成渣皮等特點(diǎn)，大幅度延長了高爐爐身冷卻壁的使用壽命。但高爐爐役中、后期，銅冷卻壁破損時(shí)有發(fā)生，對(duì)高爐順行、焦比產(chǎn)生不利影響。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠3號(hào)高爐使用的是軋銅冷卻壁，由于軋銅冷卻壁高爐自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，給維護(hù)工作帶來一定困難。通過對(duì)爐體冷卻壁破損進(jìn)行維護(hù)攻關(guān)，成功地實(shí)施了冷卻壁穿管、安裝柱狀銅冷卻器、壓漿造襯、爐皮噴水等措施。在冷卻壁大量損壞的情況下，保證了高爐的穩(wěn)定順行，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

1 爐身冷卻壁破損情況

1.1 鞍鋼3號(hào)高爐爐身冷卻壁結(jié)構(gòu)

鞍鋼3號(hào)高爐于2005年12月24日投產(chǎn)，高爐有效容積3200 m3。爐體采用板壁結(jié)合冷卻方式，在爐腹下部使用4層銅冷卻板，爐腹上部至爐身下部使用4段銅冷卻壁。銅冷卻壁為軋制銅板結(jié)構(gòu)，厚度為125 mm，熱面加工多個(gè)燕尾槽，燕尾槽間距為104 mm，燕尾槽深度35 mm、寬度為50 mm，以固結(jié)氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料，每塊有4通道當(dāng)量直徑Ф50 mm水道,通道間距220 mm。鞍鋼3號(hào)高爐銅冷卻壁結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 鞍鋼3號(hào)高爐銅冷卻壁結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 鞍鋼3號(hào)高爐冷卻壁破損情況

2010年3月鞍鋼3號(hào)高爐因爐缸磚襯溫度高，高爐進(jìn)行大修，于2010年5月26日投產(chǎn)。大修期間更換爐底、爐缸磚襯及爐缸冷卻壁，但爐身冷卻壁沒有更換。2013年9月爐身下部9段及10段冷卻壁陸續(xù)出現(xiàn)破損現(xiàn)象，2014年1月破損趨勢(shì)開始加快，截止2015年3月中修前，冷卻壁水管共破損164根，破損比例達(dá)到42.7%，其中9段、10段冷卻壁水管分別破損11.2%、72.4%，破損水管呈現(xiàn)集中分布的特點(diǎn)，最嚴(yán)重的區(qū)域連續(xù)破損水管數(shù)量為81根。2015年3月中修更換冷卻壁時(shí)發(fā)現(xiàn)，個(gè)別破損嚴(yán)重的區(qū)域，冷卻壁已經(jīng)完全燒損。期間采取了冷卻壁穿管、安裝微型銅冷卻器、壓漿造襯、爐皮噴水等一系列措施，保證了高爐安全生產(chǎn)并獲得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。鞍鋼3號(hào)高爐爐身冷卻壁損壞情況見表2。

表2 鞍鋼3號(hào)高爐爐身冷卻壁損壞情況

2 爐身冷卻壁破損后的維護(hù)措施

2.1 銅冷卻壁穿金屬軟管

冷卻壁穿管技術(shù)是指在冷卻壁破損后，為了防止冷卻水大量漏入爐內(nèi)，向冷卻壁破損的水管內(nèi)部穿入金屬軟管，恢復(fù)冷卻壁的部分冷卻功能[1]。冷卻壁穿管技術(shù)在高爐爐身使用鑄鐵冷卻壁時(shí)就開始使用。由于鑄鐵冷卻壁內(nèi)部水管為鑄造的無縫鋼管，轉(zhuǎn)彎處為圓弧形，穿管作業(yè)比較容易。鞍鋼3號(hào)高爐爐身所采用的是軋制銅板冷卻壁，每塊冷卻壁內(nèi)有4條冷卻通道，均為鉆孔形成。本文按習(xí)慣將冷卻通道仍稱為冷卻壁水管。水管為圓孔，直徑為50 mm。水管在冷卻壁的兩端轉(zhuǎn)彎處為直角彎。穿管用的金屬軟管直徑有32 mm和21 mm兩種規(guī)格，冷卻壁水管破損后首先穿入直徑為32 mm的金屬軟管。金屬軟管破損后再穿入直徑為21 mm的金屬軟管。

起初冷卻壁穿管工作很不順利，金屬軟管到達(dá)冷卻壁水管直角彎處便卡住了，每次16 h休風(fēng)只能穿入1～2根金屬軟管。破損冷卻壁只能繼續(xù)通工業(yè)水冷卻，致使向高爐內(nèi)大量漏水，對(duì)高爐順行和焦比產(chǎn)生不利影響。經(jīng)過多次嘗試，逐漸摸索出軋銅冷卻壁穿管的操作方法和技巧，因此，提高了穿管的速度和成功率，10 h休風(fēng)即可穿入10～15根金屬軟管，穿管成功率達(dá)到95%以上。金屬軟管內(nèi)通高壓凈環(huán)水冷卻，每根水管的冷卻水量為8～10 m3/h。由于受冷卻壁破損程度、高爐內(nèi)不同區(qū)域煤氣流、下料速度等因素的影響，冷卻壁穿管的壽命差別很大。壽命最長的可達(dá)5個(gè)月，壽命最短的只有2個(gè)月左右。實(shí)踐證明，冷卻壁破損后采用穿管恢復(fù)冷卻功能的方法是可行而且有效的。

2.2 安裝微型冷卻器

高爐冷卻壁破損后安裝微型柱狀冷卻器在多個(gè)企業(yè)有比較廣泛的應(yīng)用[2]。高爐采用鑄鐵冷卻壁的情況下，在冷卻壁上面鉆孔比較容易。采用銅冷卻壁以后，由于銅冷卻壁材質(zhì)較軟，普通鉆機(jī)在鉆孔時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)夾轉(zhuǎn)頭的問題。鞍鋼3號(hào)高爐開始安裝柱狀銅冷卻器時(shí)，鉆一個(gè)孔需要10～15 h，安裝速度十分緩慢。為了提高銅冷卻壁鉆孔速度，鞍鋼煉鐵總廠與鞍鋼附企冶煉工程技術(shù)服務(wù)公司合作共同開發(fā)銅冷卻壁鉆孔技術(shù)。經(jīng)過多次試驗(yàn)，終于取得成功，鉆孔速度不斷提高，目前鉆一個(gè)孔的時(shí)間縮短到1 h左右，為大量安裝柱狀銅冷卻器提供了技術(shù)保障。

鞍鋼3號(hào)高爐采用的柱狀銅冷卻器規(guī)格為長度270 mm（從爐殼外部至銅冷卻器前端），直徑90 mm，采用高壓凈環(huán)水供水，水壓為1.6 MPa，流量為10～15 m3/h。鞍鋼3號(hào)高爐從2014年4月開始安裝柱狀銅冷卻器，至2015年2月累計(jì)安裝柱狀銅冷卻壁210個(gè)。安裝柱狀銅冷卻器位置示意圖見圖1所示。

在安裝柱狀銅冷卻器的同時(shí)利用其自帶的壓漿孔進(jìn)行壓漿造襯。壓漿料采用剛玉、莫來石、藍(lán)晶石等優(yōu)質(zhì)原料配制，以液態(tài)合成樹脂做粘結(jié)劑，具有良好的壓入施工性能和較好的燒結(jié)性。灌漿采用的壓漿泵出口壓力為2.0 MPa，保壓5 min，每個(gè)柱狀銅冷卻器的壓入量控制200 kg。

2.3 爐殼噴水冷卻

隨著高爐冷卻壁破損情況的加劇，部分冷卻壁的冷卻水管已經(jīng)全部破損，只能采取外部噴水冷卻。在10段爐皮上方安裝噴水環(huán)管，采用高壓凈環(huán)水冷卻爐殼。為防止噴水流到鐵口區(qū)域，在8段爐皮安裝接水槽，排水進(jìn)入風(fēng)口平臺(tái)水槽內(nèi)。另外在爐皮上安裝測(cè)溫裝置，溫度信號(hào)傳輸?shù)礁郀t操作室內(nèi)電腦，高爐人員根據(jù)溫度變化調(diào)整爐殼噴水量。

圖1 安裝柱狀銅冷卻器位置示意圖

2.4 安裝爐皮無線測(cè)溫系統(tǒng)

采用爐皮無線測(cè)溫系統(tǒng)，用來監(jiān)測(cè)高爐爐皮外表面關(guān)鍵點(diǎn)溫度，建立數(shù)據(jù)曲線、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄。可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高爐外部爐皮冷卻的實(shí)際工況，有效預(yù)防高爐冷卻壁失效所帶來的一系列嚴(yán)重事故，同時(shí)管理人員和操作人員分析存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)由無線測(cè)溫終端、無線中繼器、無線采集器及電腦構(gòu)成。無線測(cè)溫終端-S用磁力吸附在測(cè)量點(diǎn)上，測(cè)量出的溫度數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射，經(jīng)過若干個(gè)無線中繼器的轉(zhuǎn)發(fā)，被無線采集器接收，無線采集器通過232串口線把溫度數(shù)據(jù)送入電腦，電腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。爐皮測(cè)溫系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 爐皮測(cè)溫系統(tǒng)示意圖

3 結(jié)論

（1）高爐爐腹、爐腰及爐身下部采用銅冷卻壁，有效地改善了冷卻效果，起到了穩(wěn)定渣皮的作用，但銅冷卻壁發(fā)生大量破損時(shí)，由于銅冷卻壁自身的特性決定了爐體維護(hù)工作相比鑄鐵冷卻壁要困難，處理不好對(duì)高爐順行及焦比會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（2）銅冷卻壁破損初期，破損程度輕，采用冷卻壁穿金屬軟管，可防止破損冷卻壁漏水，有效恢復(fù)冷卻壁冷卻功能。

（3）銅冷卻壁破損后期，破損數(shù)量增多，程度加重，多數(shù)冷卻壁已經(jīng)無法進(jìn)行冷卻壁穿管作業(yè)。只能將冷卻壁原有水管斷水，防止向爐內(nèi)漏水。此時(shí)可采用安裝柱狀銅冷卻器配合硬質(zhì)壓入造襯的措施，恢復(fù)冷卻壁部分冷卻功能，利用柱狀銅冷卻器向爐內(nèi)的突起穩(wěn)定渣皮，減緩冷卻壁破損速度。

（4）安裝爐皮無線測(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)爐皮關(guān)鍵部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用其報(bào)警功能，一旦爐皮溫度超過警戒值，可及時(shí)采用措施，避免事故發(fā)生。

[1]李懷遠(yuǎn)，董漢東，李向偉．武鋼4號(hào)高爐延緩冷卻壁損壞的實(shí)踐[J]．煉鐵，2004， 23（44）： 11-14.

[2] 張澤潤，楊占海，王長華，等．邯鋼8號(hào)高爐銅冷卻壁破損誘發(fā)爐況失常的處理[J]．煉鐵，2016， 35（6）：．50-52.