鞍鋼3200 m3高爐銅冷卻壁破損維護實踐

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用。在高爐爐腹、爐腰、爐身下部高負荷的區域使用銅冷卻壁，利用銅冷卻壁的高導熱性、易形成渣皮等特點，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，銅冷卻壁破損時有發生，對高爐順行、焦比產生不利影響。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠3號高爐使用的是軋銅冷卻壁，由于軋銅冷卻壁高爐自身結構的特點，給維護工作帶來一定困難。通過對爐體冷卻壁破損進行維護攻關，成功地實施了冷卻壁穿管、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，保證了高爐的穩定順行，獲得了較好的經濟技術指標。

1 爐身冷卻壁破損情況

1.1 鞍鋼3號高爐爐身冷卻壁結構

鞍鋼3號高爐于2005年12月24日投產，高爐有效容積3200 m3。爐體采用板壁結合冷卻方式，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構，厚度為125 mm，熱面加工多個燕尾槽，燕尾槽間距為104 mm，燕尾槽深度35 mm、寬度為50 mm，以固結氮化硅結合碳化硅耐火材料，每塊有4通道當量直徑Ф50 mm水道,通道間距220 mm。鞍鋼3號高爐銅冷卻壁結構參數見表1。

表1 鞍鋼3號高爐銅冷卻壁結構參數

1.2 鞍鋼3號高爐冷卻壁破損情況

2010年3月鞍鋼3號高爐因爐缸磚襯溫度高，高爐進行大修，于2010年5月26日投產。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段冷卻壁陸續出現破損現象，2014年1月破損趨勢開始加快，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%，破損水管呈現集中分布的特點，最嚴重的區域連續破損水管數量為81根。2015年3月中修更換冷卻壁時發現，個別破損嚴重的區域，冷卻壁已經完全燒損。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并獲得了較好的經濟技術指標。鞍鋼3號高爐爐身冷卻壁損壞情況見表2。

表2 鞍鋼3號高爐爐身冷卻壁損壞情況

2 爐身冷卻壁破損后的維護措施

2.1 銅冷卻壁穿金屬軟管

冷卻壁穿管技術是指在冷卻壁破損后，為了防止冷卻水大量漏入爐內，向冷卻壁破損的水管內部穿入金屬軟管，恢復冷卻壁的部分冷卻功能[1]。冷卻壁穿管技術在高爐爐身使用鑄鐵冷卻壁時就開始使用。由于鑄鐵冷卻壁內部水管為鑄造的無縫鋼管，轉彎處為圓弧形，穿管作業比較容易。鞍鋼3號高爐爐身所采用的是軋制銅板冷卻壁，每塊冷卻壁內有4條冷卻通道，均為鉆孔形成。本文按習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，金屬軟管到達冷卻壁水管直角彎處便卡住了，每次16 h休風只能穿入1～2根金屬軟管。破損冷卻壁只能繼續通工業水冷卻，致使向高爐內大量漏水，對高爐順行和焦比產生不利影響。經過多次嘗試，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休風即可穿入10～15根金屬軟管，穿管成功率達到95%以上。金屬軟管內通高壓凈環水冷卻，每根水管的冷卻水量為8～10 m3/h。由于受冷卻壁破損程度、高爐內不同區域煤氣流、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5個月，壽命最短的只有2個月左右。實踐證明，冷卻壁破損后采用穿管恢復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企業有比較廣泛的應用[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，由于銅冷卻壁材質較軟，普通鉆機在鉆孔時，經常出現夾轉頭的問題。鞍鋼3號高爐開始安裝柱狀銅冷卻器時，鉆一個孔需要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服務公司合作共同開發銅冷卻壁鉆孔技術。經過多次試驗，終于取得成功，鉆孔速度不斷提高，目前鉆一個孔的時間縮短到1 h左右，為大量安裝柱狀銅冷卻器提供了技術保障。

鞍鋼3號高爐采用的柱狀銅冷卻器規格為長度270 mm（從爐殼外部至銅冷卻器前端），直徑90 mm，采用高壓凈環水供水，水壓為1.6 MPa，流量為10～15 m3/h。鞍鋼3號高爐從2014年4月開始安裝柱狀銅冷卻器，至2015年2月累計安裝柱狀銅冷卻壁210個。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利用其自帶的壓漿孔進行壓漿造襯。壓漿料采用剛玉、莫來石、藍晶石等優質原料配制，以液態合成樹脂做粘結劑，具有良好的壓入施工性能和較好的燒結性。灌漿采用的壓漿泵出口壓力為2.0 MPa，保壓5 min，每個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管，采用高壓凈環水冷卻爐殼。為防止噴水流到鐵口區域，在8段爐皮安裝接水槽，排水進入風口平臺水槽內。另外在爐皮上安裝測溫裝置，溫度信號傳輸到高爐操作室內電腦，高爐人員根據溫度變化調整爐殼噴水量。

圖1 安裝柱狀銅冷卻器位置示意圖

2.4 安裝爐皮無線測溫系統

采用爐皮無線測溫系統，用來監測高爐爐皮外表面關鍵點溫度，建立數據曲線、存儲數據記錄?？梢詫崟r監測高爐外部爐皮冷卻的實際工況，有效預防高爐冷卻壁失效所帶來的一系列嚴重事故，同時管理人員和操作人員分析存儲數據。系統由無線測溫終端、無線中繼器、無線采集器及電腦構成。無線測溫終端-S用磁力吸附在測量點上，測量出的溫度數據以無線方式發射，經過若干個無線中繼器的轉發，被無線采集器接收，無線采集器通過232串口線把溫度數據送入電腦，電腦對數據進行處理。爐皮測溫系統示意圖見圖2。

圖2 爐皮測溫系統示意圖

3 結論

（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，起到了穩定渣皮的作用，但銅冷卻壁發生大量破損時，由于銅冷卻壁自身的特性決定了爐體維護工作相比鑄鐵冷卻壁要困難，處理不好對高爐順行及焦比會產生較大影響。

（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，有效恢復冷卻壁冷卻功能。

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

（4）安裝爐皮無線測溫系統可以對爐皮關鍵部位溫度進行實時監控，利用其報警功能，一旦爐皮溫度超過警戒值，可及時采用措施，避免事故發生。

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

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