柳鋼5號(hào)1500 m3高爐冷卻壁漏水的影響及應(yīng)對(duì)措施

錢海濤，雷發(fā)榮，文 雅

(柳州鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，廣西 柳州 545000)

柳鋼5號(hào)高爐有效容積1500 m3，設(shè)有22個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口，采用陶瓷杯爐缸，高爐本體采用三段式銅冷卻壁和爐身鋼冷卻壁的薄壁爐襯技術(shù)，以及應(yīng)用了軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)PW標(biāo)準(zhǔn)型串罐式無料鐘爐頂，雙均排壓系統(tǒng)，皮帶輸送機(jī)上料，4座大型頂燃球式熱風(fēng)爐，嘉恒法渣?；に嚭腿煞ǔ龎m等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。5號(hào)高爐2008-06-02擴(kuò)容中修，投產(chǎn)已達(dá)12年，后期爐役冷卻壁破損漏水的情況呈現(xiàn)加速的趨勢(shì)，影響高爐生產(chǎn)指標(biāo)和爐況穩(wěn)定性。本文簡(jiǎn)要分析了銅冷卻壁的破損機(jī)理和對(duì)高爐的影響，重點(diǎn)總結(jié)了高爐軟水冷卻壁查漏方法、冷卻壁漏水的處理技術(shù)和使用維護(hù)技術(shù)。高爐在操作應(yīng)對(duì)中，采取了科學(xué)的管理方法，合理維護(hù)高爐操作爐型，保證了安全生產(chǎn)，促進(jìn)了生產(chǎn)指標(biāo)的進(jìn)步。

1 漏水冷卻壁情況簡(jiǎn)介

1.1 冷卻壁破損情況

柳鋼5號(hào)高爐從爐底至爐喉下部共設(shè)置14段冷卻壁。爐底爐缸設(shè)置5段光面鑄鐵冷卻壁，爐腹至爐腰采用3段銅冷卻壁，爐身設(shè)置6段鑄鐵鑲磚冷卻壁，采用軟水密閉循環(huán)進(jìn)行冷卻。2018年1月冷卻壁開始出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，第6段銅冷卻壁漏水26塊，2019年1月停爐一個(gè)月進(jìn)行性能恢復(fù)檢修，整體更換第6段銅冷卻壁共40塊，之后因爐況波動(dòng)，冷卻壁又開始出現(xiàn)漏水，2019-1-25查出10層17#冷卻壁漏水，9層45#、46#、51#、52#、97#、98#、140#、141#冷卻壁漏水，2019-8-10查出9層99#冷卻壁漏水，2019年11月10日查出7層16#銅冷卻壁漏水，2019-11-13查出7層41#銅冷卻壁漏水。2019年共查出漏水冷卻壁12塊。

1.2 冷卻壁破損原因分析

(1)爐況的波動(dòng)，2018～2019懸料總計(jì)26次，邊沿氣流的不穩(wěn)定，尤其是邊沿管道氣流，會(huì)導(dǎo)致爐墻渣皮掛不住，頻繁脫落，冷卻壁溫度大幅度波動(dòng)產(chǎn)生的熱震對(duì)冷卻壁的傷害非常大[1]。

(2)由于銅冷卻壁熱面壁體溫度過高造成的直接燒損，這主要發(fā)生在如下兩種情況中：一種是發(fā)生在冷卻水嚴(yán)重不足時(shí)，銅冷卻壁原有的渣皮得不到冷卻，溫度逐漸升高，當(dāng)溫度升高到紫銅熔點(diǎn)1083 ℃以上時(shí)，冷卻壁直接燒損[2]；另一種是邊沿出現(xiàn)局部氣流發(fā)展，而局部的冷卻能力又相對(duì)不足，局部氣流通道內(nèi)無爐料補(bǔ)充渣皮，一定時(shí)間的沖刷后渣皮脫落，造成冷卻壁直接燒損。

2 冷卻壁漏水對(duì)高爐的影響

2.1 冷卻壁漏水導(dǎo)致消耗增加

理論上1 kg水漏入爐內(nèi)消耗的熱量需要1.117 kg焦炭來補(bǔ)償，由于1 kg水分解產(chǎn)生氫氣有1/3參加還原反應(yīng)，1 kg水抵消氫氣參加還原反應(yīng)后要消耗0.753 kg焦炭[3]。因此漏入的高爐水越多，消耗越高。2019年6月冷卻壁有漏水，2019-8-10查出9層99#冷卻壁漏水，從圖1可以看出2019年6月開始燃料比逐步上升，從2019年2月的529.3 kg/t上升到2019年7月的565.8 kg/t，燃料比上升36.5 kg/t，說明入爐的水較多，漏水冷卻壁水沒有控制好[4]。

2.2 冷卻壁漏水影響高爐內(nèi)部氣流分布

水進(jìn)入高溫區(qū)造成爐墻黏結(jié)影響氣流分布，操作爐型發(fā)生變化。漏水部位煤氣量增加，煤氣流上升過程中在煤氣流增加的部位重新分布，導(dǎo)致氣流不穩(wěn)定，局部方位管道較盛[4]。爐況穩(wěn)定性變差，上部調(diào)劑作用不明顯。

圖1 2019年2-12月燃料比

2.3 造成爐溫波動(dòng)

冷卻壁漏水無法定量分析，操作上把控爐溫難度增大，由于煤氣分布不均勻，變化較大導(dǎo)致高爐爐溫波動(dòng)增加[4]，另外由于氣流的波動(dòng)造成渣皮頻繁脫落也會(huì)引起爐溫大幅度波動(dòng)。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 查出漏水的冷卻壁

冷卻壁漏水后，給高爐操作指標(biāo)提升，甚至是順行都帶來了極大的挑戰(zhàn)，高爐根據(jù)冷卻壁漏水的苗頭及時(shí)查漏并妥善的處理，可有效的避免大量冷卻壁漏水引起的爐況波動(dòng)，為保證查漏過程中作業(yè)人員及冷卻設(shè)備安全，具體操作應(yīng)遵循以下步驟進(jìn)行查漏作業(yè)。

(1)初查階段：

①閥門檢查。查漏操作前須檢查相關(guān)閥門處于正確的開或閉狀態(tài)，并確認(rèn)通暢無堵塞；打開所查管段上下兩端的排水閥確認(rèn)能正常排水、排氣；所查管段除兩端總閥外，如中間還有隔斷三通閥，需確認(rèn)該閥處于打開通水狀態(tài)。②安裝壓力表。在待查管路排水閥上安裝壓力表，安裝位置以方便操作、觀察為原則視現(xiàn)場(chǎng)具體情況定。③管路憋壓。關(guān)閉管路上端出水總閥與下端進(jìn)水總閥，觀察壓力表壓力變化情況，若壓力下降則可以初步判斷該管路漏水，繼而進(jìn)行控水查漏最終確認(rèn)。

(2)確認(rèn)階段：

①控水操作。關(guān)閉管路上端出水總閥→控小下端進(jìn)水總閥→打開上端排水閥→根據(jù)排水閥出水情況適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水總閥開度(控水至管內(nèi)壓力小于爐內(nèi)壓力，保證排水閥有水出、冷卻壁不斷水)。②查漏操作。便攜式煤氣報(bào)警儀檢測(cè)查漏、觀察出水頭是否有氣泡、點(diǎn)火查漏。

(3)送水操作。查漏完成后應(yīng)及時(shí)恢復(fù)冷卻壁供水，送水操作程序：

①如確認(rèn)該冷卻水管無漏水時(shí)，應(yīng)盡快恢復(fù)正常軟水冷卻，下部人員:送水前先聯(lián)系并確認(rèn)上部人員遠(yuǎn)離排水閥，然后緩慢開啟下端進(jìn)水總閥直至全開；上部人員：觀察排水閥水流穩(wěn)定、水溫下降后，關(guān)閉排水閥并將上端出水總閥打開，恢復(fù)正常供水?；謴?fù)送水后，上、下部人員檢查管路各排氣、排水閥是否關(guān)閉，閥門方向是否正確，有無異常漏水、排水情況。②如確認(rèn)該冷卻水管漏水時(shí)，可改通工業(yè)水臨時(shí)恢復(fù)冷卻，改工業(yè)水應(yīng)采用下進(jìn)上出的方式供水，如漏水較大，經(jīng)技術(shù)部門同意也可采用上進(jìn)下出的供水方式。強(qiáng)調(diào)：無論采用哪種方式供水，在恢復(fù)通水時(shí)閥門都必須緩慢開啟，待出水口水流穩(wěn)定后才能全開閥門。③查出漏水并改通工業(yè)水的管路，應(yīng)盡快查出漏水點(diǎn)所在的冷卻壁層數(shù)，并擇機(jī)實(shí)施穿管修復(fù)，或?qū)⒙┧趯铀芊珠_單獨(dú)通工業(yè)水冷卻，其余上下層不漏的水管盡快恢復(fù)軟水冷卻。④記錄匯報(bào)。查漏結(jié)束且恢復(fù)正常后，班組做好交接班記錄，書面告知其它班組，并于2個(gè)工作日內(nèi)將查漏結(jié)果、管路改造(或通水)情況書面報(bào)技術(shù)科、機(jī)動(dòng)科、點(diǎn)檢站等主管部門。⑤任何時(shí)候出現(xiàn)金屬軟管爆裂，確認(rèn)安全情況下盡快關(guān)閉爆裂水管的上、下端水閥，避免大量冷卻水外排影響高爐的正常冷卻從而影響高爐的正常生產(chǎn)。

3.2 漏水冷卻壁處理技術(shù)

(1)漏水冷卻壁通工業(yè)水冷卻，減少入爐水量。

查出漏水并改通工業(yè)水的管路，應(yīng)盡快查出漏水點(diǎn)所在的冷卻壁層數(shù)，單層通工業(yè)水冷卻，銅冷卻壁如果破損面積擴(kuò)大，爐內(nèi)的焦炭會(huì)經(jīng)過銅壁破損的地方進(jìn)入銅冷卻壁水管內(nèi)造成水管堵塞，如果冷卻壁外不能及時(shí)打水降溫就會(huì)發(fā)生爐殼發(fā)紅燒穿的事故，影響高爐安全生產(chǎn)。5號(hào)高爐在銅冷卻壁破損后，冷卻壁進(jìn)水改成上進(jìn)下出，進(jìn)水管內(nèi)徑由DN25改成DN40，排水管內(nèi)徑由DN25改成DN50，進(jìn)水管應(yīng)保持一定的高度以保證足夠的水壓沖擊爐內(nèi)壓力，排水管末端長(zhǎng)1.5米成90°豎直安裝，使管里形成一定的水壓與爐內(nèi)的壓力形成一個(gè)相互阻力，這樣可以保證排水量夠大，進(jìn)入管內(nèi)的焦炭及鐵礦石便會(huì)隨著水流更順暢地排出。為了防止冷卻壁被焦炭堵塞，5號(hào)高爐冷卻壁排水管加裝了一個(gè)反沖裝置如圖2，冷卻壁排水管DN25(4)閥門接一條高壓水管。如果冷卻壁管被堵塞，就把排水管的DN50(7)閥關(guān)閉，而打開DN25(3)、DN25(4)閥開高壓水反沖。反沖3-5秒之后，打開DN40(6)閥門排出堵塞的焦炭，反沖完恢復(fù)閥門即可。

圖2 冷卻壁排水管反沖裝置示意圖

(2)利用休風(fēng)機(jī)會(huì)將漏水的冷卻壁穿管。

冷卻壁穿管修復(fù)原理為：在破損的冷卻壁內(nèi)穿入小于原水管內(nèi)徑的軟金屬波紋管，軟金屬波紋管的兩端分別與冷卻水連接形成新的冷卻通道，并在軟金屬波紋管和原水管之間灌入高導(dǎo)熱的碳質(zhì)灌漿料[5]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

冷卻壁穿管的方法：高爐休風(fēng)后首先找出破損冷卻壁的位置，斷開破損冷卻壁的進(jìn)出水管，在破損冷卻壁內(nèi)用鋼絲做引線，將相應(yīng)長(zhǎng)度的軟金屬波紋管由引線引出，焊好進(jìn)出水管后，對(duì)破損冷卻壁進(jìn)行封堵，用專用設(shè)備向波紋管與水管間空隙壓入碳質(zhì)灌漿料，波紋管內(nèi)通工業(yè)凈環(huán)水，開路循環(huán)[5]。

5號(hào)高爐冷卻壁穿管修復(fù)后，既消除了向高爐內(nèi)漏水的現(xiàn)象，又不影響冷卻壁的冷卻效果，徹底解決了漏水造成的各種危害和損失，效果較好。修復(fù)后的冷卻壁水管未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，延長(zhǎng)了冷卻壁的使用壽命。

3.3 調(diào)整操作制度，穩(wěn)定邊沿氣流，爐內(nèi)維持良好的掛渣環(huán)境

2020年5月在操作思路上進(jìn)行了大的調(diào)整,摒棄了以往靠上部料制過度壓邊來穩(wěn)定邊沿的做法,通過綜合調(diào)劑手段來穩(wěn)定操作爐型，調(diào)劑高爐操作爐型處于合理狀態(tài)。

圖3 冷卻壁穿管示意圖

(1)下部調(diào)整重視爐缸熱量。為解決爐缸活躍的問題,滿足鼓風(fēng)動(dòng)能和實(shí)際風(fēng)速的要求，在穩(wěn)定爐溫基礎(chǔ)上，以風(fēng)為綱，風(fēng)量由原來的3500 m3/min加至3650 m3/min。另外,考慮到冷卻璧破損以后漏水的影響,將鐵水物理熱控制在1500-1510 ℃、爐渣堿度定在1.15-1.20，以高物理熱及良好的渣鐵流動(dòng)性來保證爐缸的熱狀態(tài)，防止因?yàn)槁┧斐蔂t涼，或者釀成其他的生產(chǎn)事故。

(2)調(diào)整冷卻制度。高爐爐身下部至爐缸風(fēng)口區(qū)域是高爐冶煉的敏感區(qū)域，也是軟熔帶根部形成的區(qū)域，該部位對(duì)煤氣流變化非常敏感，渣皮穩(wěn)定性差且易脫落。通過調(diào)劑高爐中部區(qū)域的爐體冷卻制度，使高爐有適宜的熱流強(qiáng)度，促進(jìn)煤氣流的合理分布，有效防止和消除爐墻結(jié)厚?；謴?fù)爐況時(shí)，將高爐的軟水流量下調(diào)了300-500 m3/h，進(jìn)水溫度上調(diào)3-5 ℃，有效地消除了爐墻結(jié)厚。目前軟水溫差控制4.5-5.5 ℃。

(3)氣流調(diào)整方向。在氣流的調(diào)整上，按照“穩(wěn)定邊緣，打開中心，穩(wěn)定中心，照顧邊緣”的原則，調(diào)整好中心和邊緣兩道煤氣流。爐況波動(dòng)和冷卻壁漏水爐墻會(huì)出現(xiàn)結(jié)厚，需要經(jīng)過一段時(shí)間適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流，逐步糾正操作爐型。爐況恢復(fù)初期礦石平臺(tái)搓堆，增加焦炭外環(huán)的布料圈數(shù)，疏導(dǎo)兩道氣流利于加風(fēng)。逐步加風(fēng)后料速加快，礦石平臺(tái)外移，擴(kuò)礦批趕上料。通過整體外移布料平臺(tái)來壓住邊緣氣流，使邊緣形成穩(wěn)定渣皮，穩(wěn)定操作爐型。在確定中心是否強(qiáng)勁和邊沿是否穩(wěn)定上，制訂相關(guān)操作參數(shù)。中心相關(guān)的操作參數(shù)主要有：爐頂溫度與圓周均勻性，十字測(cè)溫次中心溫度，以及探尺動(dòng)態(tài)與是否偏尺；與邊沿相關(guān)的操作參數(shù)主要有：爐體總水溫差，爐身中下部溫度參數(shù)，以及爐頂溫度等。

3.4 建立高爐體檢評(píng)分

將判斷爐況趨勢(shì)，由經(jīng)驗(yàn)判定向數(shù)據(jù)化判定轉(zhuǎn)變，通過采集、分析的高爐各環(huán)節(jié)參數(shù)，制定高爐體檢評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；研究各時(shí)間段參數(shù)與高爐體檢評(píng)分的相關(guān)性，以量化反應(yīng)高爐的操作，降低生產(chǎn)中處理爐況時(shí)的失誤次數(shù)，使得判定結(jié)果更加準(zhǔn)確。

建立高爐體檢評(píng)分后，將爐體水溫差、爐內(nèi)壓差和煤氣利用率控制在合理的操作范圍內(nèi)，當(dāng)操作參數(shù)偏離控制范圍后，體檢制度表就會(huì)相應(yīng)的報(bào)警提醒。例如，以前在控制爐體水溫差的過程中，受冷卻壁破損的影響，總是有意識(shí)地將爐體水溫差控制的低一些。建立高爐體檢評(píng)分后，確定將爐體水溫差控制在4-6 ℃，當(dāng)其他操作參數(shù)與之相沖突時(shí)都要服從之。

4 效果

通過采取上述操作措施后，生產(chǎn)的穩(wěn)定性及各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都取得了較大的進(jìn)步(如圖4所示)，爐況能夠保證長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，爐墻也再?zèng)]有發(fā)生過結(jié)厚的癥狀，高爐操作爐型得到了合理維護(hù)。

操作思路改變以后，由于對(duì)邊沿氣流控制得當(dāng)，中心氣流能夠得到保證，爐況能夠達(dá)到長(zhǎng)周期的穩(wěn)定順行。隨著爐況穩(wěn)定性的增強(qiáng)，爐內(nèi)壓量關(guān)系得到改善，風(fēng)氧量的使用得到有效保證。通過上下部調(diào)劑相結(jié)合，不斷地提高煤氣利用，焦比得到控制，并且基本上能夠穩(wěn)定在380 kg/t左右。其他技術(shù)指標(biāo)不斷提升，尤其是煤比， 2020年3月煤比132 kg/t，2020年6月煤比提升至151 kg/t，提煤降焦達(dá)到了較好的效果。

圖4 2020年3-6月焦比

5 結(jié)語

(1)爐料磨損和邊沿氣流發(fā)展是冷卻壁破損的主要原因。

(2)冷卻壁漏水要抓住苗頭及時(shí)查漏并妥善的處理，可有效的避免大量冷卻壁漏水引起的爐況波動(dòng)，為保證查漏過程中作業(yè)人員及冷卻設(shè)備安全，應(yīng)制定查漏作業(yè)規(guī)定，規(guī)范查漏作業(yè)。

(3)冷卻壁穿管技術(shù)可以解決冷卻壁破損漏水給高爐造成的危害和損失，保證冷卻壁冷卻效果，并延長(zhǎng)冷卻壁的使用壽命。

(4)高爐冷卻壁使用維護(hù)技術(shù)關(guān)鍵是冷卻壁熱面必須要有一定厚度的渣皮，而維持穩(wěn)定的渣皮，一是爐外要強(qiáng)化冷卻效果，二是爐內(nèi)維持良好的掛渣環(huán)境。

(5)采取科學(xué)的管理，并建立爐況管控預(yù)警機(jī)制后，杜絕人為的干預(yù)，使得指標(biāo)及爐況穩(wěn)定性逐漸改善。