萊鋼5#高爐冷卻壁破損調(diào)查分析

邢士建

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 萊蕪 271100）

萊鋼5#高爐2008年10月因限產(chǎn)停爐，期間對六層冷卻壁進(jìn)行了更換，冷卻壁內(nèi)測鑲磚（鋁碳磚）材質(zhì)為QT400—18。2008年12月18日重新開爐，開爐后爐況順行，各項(xiàng)指標(biāo)位于行業(yè)領(lǐng)先水平，然而2009年1月更換不久的六層冷卻壁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，并且裂化趨勢發(fā)展很快，狀況十分嚴(yán)峻，截至2009年5月六層冷卻壁水管損壞數(shù)量達(dá)99根，損壞比例達(dá)60%。在冷卻系統(tǒng)正常，爐況順行的情況下，冷卻壁損壞到如此程度十分少見。為此，高爐大修期間對損壞的冷卻壁進(jìn)行了調(diào)查研究。

1 損壞的冷卻壁取樣分析

以往對冷卻壁損壞原因只是定性地估計(jì)分析，本次損壞情況極其異常，為了準(zhǔn)確找到本次冷卻壁的損壞機(jī)理，大修時(shí)對更換下來的冷卻壁進(jìn)行標(biāo)號(hào)登記，定點(diǎn)存放，對試樣的制作和檢驗(yàn)項(xiàng)目都按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了安排。對舊冷卻壁進(jìn)行解剖，按試樣標(biāo)準(zhǔn)制備了冷卻壁冷面、熱面、水管試樣。檢測內(nèi)容主要有：拉力強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸強(qiáng)度、延伸率和面收縮率；化學(xué)成分；金相組織、鐵素體含量、滲碳層、內(nèi)部有無氧化進(jìn)行了測試。

1.1 冷卻壁化學(xué)成分、力學(xué)性能分析

表1 化學(xué)成分

表2 力學(xué)性能

按QT400-18制造技術(shù)要求，球墨鑄鐵冷卻壁化學(xué)成分為：C 3.2%～4.0%；Si≤2.6%；Mn≤0.5%；P≤0.07%；S≤0.03%。由檢測表1可知，萊鋼5#高爐冷卻壁化學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

球墨鑄鐵冷卻壁抗拉強(qiáng)度、延伸率和面收縮率受溫度影響很大。力學(xué)性能要求應(yīng)滿足：室溫下抗拉強(qiáng)度大于400N/mm2；室溫下延申率δ≥18%。由檢測表2可知，萊鋼5#高爐冷卻壁遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到此技術(shù)要求。冷卻壁在工作過程中受到熱應(yīng)力作用時(shí)，熱應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度極限致使龜裂損壞。

1.2 壁體及水管金相組織分析

圖1 熱面中部 50×

圖2 熱面中部 視場 100×

圖1、圖2為冷卻壁熱面中部視場，水管滲透4mm。從圖中可以看出管子大部分是珠光體，滲碳比較嚴(yán)重，個(gè)別地方基本整個(gè)管子全滲。在試樣中未發(fā)現(xiàn)球狀石墨，石墨大部分呈片狀，為灰鑄鐵。

圖3 水管與鑄鐵接觸面 100×

圖4冷卻壁冷面中部 100×

圖5靠近水管部位熱面 100×

圖6 熱面中部 100×

通過圖3、4、5、6理化指標(biāo)分析數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)冷卻壁所有的金相顯示為灰鑄鐵的特征，石墨呈現(xiàn)片狀沒有球化，延伸率很低，金相組織中大量珠光體甚至萊氏體，及滲碳體，呈灰鑄鐵特性。這與力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果相吻合，使用過程中由于熱應(yīng)力左右，導(dǎo)致冷卻壁斷裂。

通過圖1、3可以看出水管滲碳較為嚴(yán)重，個(gè)別部位已經(jīng)把整個(gè)管子在厚度方向上全部滲透，90%為珠光體，導(dǎo)致水管材質(zhì)變硬、變脆、延伸率降低。冷卻壁在使用過程中，因應(yīng)力作用使冷卻壁水管斷裂漏水。

2 冷卻壁損壞原因分析

針對上述對舊冷卻壁的理化性能、機(jī)械性能的定量分析，萊鋼5#高爐冷卻壁的異常損壞原因已比較明確。

（1）冷卻壁的材質(zhì)應(yīng)為球墨鑄鐵QT400-18，而實(shí)際檢驗(yàn)指標(biāo)表明，壁體的球化率極低，呈灰鐵狀，自然機(jī)械性能變差，不能滿足生產(chǎn)要求，屬于制造過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，材料不達(dá)標(biāo)造成。

（2）作為冷卻壁制造的關(guān)鍵點(diǎn)，冷卻水管在澆注前應(yīng)做好防滲碳涂層，且厚度要到達(dá)技術(shù)要求，太薄起不到有效防護(hù)作用，易造成水管滲碳和熔合；涂層過厚會(huì)降低水管的導(dǎo)熱性能，壁體與水管的熱交換變差，同樣會(huì)加快冷卻壁的損壞。檢測表明，水管涂層保護(hù)失效，水管滲碳脆裂，也是水管漏水的直接原因。由于水管漏水，控制水量和倒流循環(huán)，進(jìn)而影響整個(gè)冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度，又加速了冷卻壁的損壞，發(fā)展成了一種惡性循環(huán)。

（3）冷卻壁水管呈“U”形，在彎頭部位的防護(hù)和套管的固定和封堵存在細(xì)節(jié)上的疏漏，導(dǎo)致套管滲碳，使得水管彎頭部位極易損壞。

3 結(jié)語

冷卻壁的損壞原因是多種多樣的，常常與制造過程、安裝和使用過程密不可分，科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選型，嚴(yán)格的制造工藝流程控制非常重要。

[1]程樹森，楊天鈞等，長壽高爐設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案評價(jià)系統(tǒng)初探[J].鋼鐵，2000（5）：10-13.