高爐銅冷卻壁破損的原因分析與防治

王鍵

摘 要：很多鋼鐵企業(yè)高爐銅冷卻壁在經(jīng)過多年使用后，有時會出現(xiàn)冷卻壁破損甚至是漏水的情況，對冷卻效果和高爐運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性造成很大的影響。本文根據(jù)生產(chǎn)實踐，結(jié)合邯鋼8#高爐在運行過程中出現(xiàn)的銅冷卻壁破損漏水問題，對其原因進行了分析，并提出了控制和解決措施。

關(guān)鍵詞：高爐;銅冷卻壁;破損漏水;原因分析;防治

高爐冷卻壁是高爐冷卻系統(tǒng)的核心部件，主要起到冷卻內(nèi)襯，保護爐殼和減少高爐熱量損失的作用。目前，我國大型的高爐設(shè)備普遍都是采用銅制冷卻壁，在高爐爐腰、爐腹及爐體下部高負(fù)荷區(qū)域采用銅冷卻壁，利用其良好的導(dǎo)熱、散熱性和易于形成渣皮保護的特點，有效提高了冷卻和保護性能，延長了冷卻壁的使用壽命。很多鋼鐵企業(yè)高爐銅冷卻壁在經(jīng)過多年使用后，有時會出現(xiàn)冷卻壁破損甚至是漏水的情況，對冷卻效果和高爐運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性造成很大的影響。本文根據(jù)生產(chǎn)實踐，結(jié)合邯鋼8#高爐在運行過程中出現(xiàn)的銅冷卻壁破損漏水問題，對其原因進行了分析，并提出了控制和解決措施。

1 高爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計特點

邯鋼8#高爐于2009年7月投產(chǎn)，高爐有效爐容3200m3，設(shè)計利用系數(shù)2.3，年產(chǎn)鐵水258萬t，設(shè)有4個鐵口，32個風(fēng)口，設(shè)計一代爐齡15年。該高爐采用全冷卻壁爐體結(jié)構(gòu)，高爐本體分為17段，冷卻系統(tǒng)為磚壁合一全冷卻壁，軟水密閉循環(huán)，爐腹、爐腰至爐身下部6～9段為4段銅冷卻壁薄壁內(nèi)襯;爐底爐缸采用光面低鉻鑄鐵冷卻壁，陶瓷杯、碳磚與風(fēng)口組合磚綜合結(jié)構(gòu)。爐體共設(shè)計有808塊冷卻壁，合計冷卻水量4000m3，其中爐體、爐底、風(fēng)口大套與風(fēng)口中套冷卻水質(zhì)為軟水，設(shè)計水壓0.8MPa，串聯(lián)使用;風(fēng)口小套、爐頂打水、爐喉鋼磚、十字測溫等為工業(yè)水，設(shè)計水壓1.8MPa，供水量1600m3。

2 銅冷卻壁破損問題及原因分析

我廠3200m3高爐在熱流強度最大的爐腹至爐身下部4段采用銅冷卻壁，每段圓周分布48塊，每塊銅冷卻壁均設(shè)計有4根橢圓形水管做為水流進出通道。在高爐運行數(shù)年后，高爐冷卻軟水供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常，液位下降較快，補水更加頻繁，經(jīng)排查確認(rèn)為爐腰部位銅冷卻壁漏水。在分析銅冷卻壁材料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合爐體運行工藝參數(shù)，認(rèn)為爐況周期性波動和邊緣氣流發(fā)展是導(dǎo)致冷卻壁出現(xiàn)磨損漏水的癥結(jié)所在，其原因主要有以下：

2.1 銅冷卻壁材料性能

銅冷卻壁熱阻小、散熱性能好、工作溫度低，一般以150攝氏度做為其允許使用溫度，在此溫度下，銅的金相組織較為穩(wěn)定，各項機械性能也處于較高水平。如果銅冷卻壁為純銅材質(zhì)，在超過其允許使用溫度的情況下，則銅冷卻壁的金相組織和工作性能將會受到很大影響，導(dǎo)致其高溫耐磨性和耐沖刷性能下降。根據(jù)8#高爐運行工況，銅冷卻壁在沒有渣皮保護的時間段，其熱流強度達(dá)到了180kW/m3，最高溫度已超過其允許溫度，因而在長期使用以后導(dǎo)致磨損漏水問題。此外，由于煤氣中氫含量長期偏高，爐溫波動較大，渣皮穩(wěn)定性差，由此而帶來的銅的“氫病”現(xiàn)象也加劇了銅冷卻壁的破損。

2.2 生產(chǎn)原料質(zhì)量差

受各種外部因素干擾，期間生產(chǎn)原料質(zhì)量受到很大影響，焦炭機械性能較差，粒度偏小;混勻料中優(yōu)質(zhì)含鐵料配比偏低，爐渣中鎂鋁比偏低。以上原因?qū)е聽t缸的透氣性、透液性變差，活躍性受到很大影響，繼而使死料堆體積變大了爐渣流動性較低。受此影響，高爐爐況變的極不穩(wěn)定，高爐靜壓、冷卻系統(tǒng)熱負(fù)荷、冷卻壁溫度的工藝指標(biāo)時常發(fā)生劇烈變化。銅冷卻壁在極不穩(wěn)定的工況條件下，磨損速度加劇。

2.3 布料偏析導(dǎo)致爐況周期性波動

高爐布料設(shè)備采用PW并罐式無鐘爐頂，本身存在布料偏析的情況;此外長期生產(chǎn)后爐頂翻轉(zhuǎn)的不對稱磨損也加劇了布料偏析。布料偏析帶來的則是爐溫隨倒罐而出現(xiàn)的周期性波動，繼而造成渣皮脫落，冷卻系統(tǒng)水溫差和熱負(fù)荷升高等問題，使冷卻壁工況環(huán)境嚴(yán)重惡化，損壞加劇。

3 高爐銅冷卻壁的保護措施

3.1 保證原料質(zhì)量

選用高品質(zhì)的干熄焦炭，嚴(yán)格控制焦炭的灰分、硫分等各項指標(biāo)，保證入爐焦粒度不小于高爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的28mm;料場優(yōu)化混勻料配料方式，提高優(yōu)質(zhì)含鐵料配比;在原料生產(chǎn)的燒結(jié)工序，穩(wěn)定燒結(jié)礦的氧化鎂配比，保證爐渣中氧化鎂含量不低于7.5%，鎂鋁比穩(wěn)定在0.48～0.5范圍內(nèi)。通過穩(wěn)定煉鐵原料質(zhì)量穩(wěn)定了生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，為高爐平穩(wěn)運行提供了保障。

3.2 采用上下部調(diào)節(jié)手段抑制邊緣氣流

邊緣氣流作用是影響高爐壽命，導(dǎo)致冷卻壁損壞的重要原因。為抑制邊緣氣流，可采取以下措施：利用休風(fēng)機會，合理添加長風(fēng)口;在高爐容量和產(chǎn)能允許下，盡量加大礦批，以1.4m料線為基準(zhǔn)，維持礦角40°不變，將焦角降至37.5°;保證高爐送風(fēng)量，適當(dāng)減少富氧量，在煤比保持100kg/t不變的基礎(chǔ)上，風(fēng)量加大至5900m3，富氧標(biāo)準(zhǔn)降低至4000m3/h。

3.3 減少布料偏析的影響

應(yīng)對原有的布料系統(tǒng)進行改進，結(jié)合生產(chǎn)合理調(diào)整導(dǎo)罐周期，以盡量減少布料后期壓量關(guān)系緊張的情況;利用休風(fēng)檢修的時間，對磨損嚴(yán)重的翻板表面襯板進行更換;針對因上料主皮帶與料罐之間存在夾角而導(dǎo)致的爐頂翻轉(zhuǎn)磨損，應(yīng)在不影響上密封座的前提下，盡量減小夾角;認(rèn)真研究高爐爐況的周期性變化規(guī)律，在爐溫出現(xiàn)較大波動時，及時調(diào)整加濕量，以穩(wěn)定爐溫變化，實現(xiàn)爐況平穩(wěn)過渡。

參考文獻：

[1]馬繼文.本鋼五號高爐銅冷卻壁破損原因分析及處理技術(shù)的研究[J].金屬世界，2009（6）.