5 100 m3高爐鐵口鑄銅冷卻壁的質量管控措施

孫 超

1 前言

山鋼集團日照鋼鐵精品基地1#5 100 m3高爐自投入建設以來，一直以優質、高產、低耗、長壽為目標，在工藝路線選擇、技術方案、設備選型等各方面都全面落實了新一代高爐的科學設計理念。1#高爐的建成將成為山鋼最大的高爐，對山鋼的生產有著至關重要的作用，因此高爐冷卻壁的質量管控對高爐的穩定順行也有著重要意義。

為更好的保護鐵口，使得鐵口區域的冷卻效果更加顯著，決定在高爐鐵口區域采用武鋼重工負責生產的鑄銅冷卻壁，每個鐵口4塊，厚度為120 mm。銅冷卻壁是新開發出來的高爐冷卻設備，其用在高爐煉鐵中的主要優點為：1）不易破損，可以保證高爐生產的穩定順行，并且不會發生因冷卻設備燒壞而向爐內大量漏水的現象，從而避免造成爐涼。2）導熱性能好，冷卻強度大，可以使生成的爐渣立即在冷卻壁表面形成渣皮，從而可以進一步保護冷卻壁。3）易加工，不易破損，不用更換，最大化提高高爐作業率。4）熱損失較低，可節省30%～40%的冷卻水量，從而節約了大量成本［1］。

在高爐鑄銅冷卻壁生產完后，日照鋼鐵精品基地從冷卻壁的解剖檢查和冷卻壁的安裝兩方面對冷卻壁的質量進行嚴格管控。

2 鑄銅冷卻壁的解剖檢查

日照鋼鐵精品基地高爐工程1#5 100 m3高爐鐵口區采用鑄銅冷卻壁，4個鐵口共16塊冷卻壁。2016年7月25日巡檢小組從制造現場情況以及山冶設計的過程監造情況了解到，達到出廠條件的有14塊，另外2塊其中4-1存在爭議，4-2由于過程試壓不合格報廢。對4-1進行解剖檢查。

2.1 解剖方案

解剖部位：橫向和縱向分別延凸臺位置和冷卻水管的中心線進行解剖切割。

檢驗項目：1）化學成分。按技術協議要求，壁體化學成分 Cu≥99.7%，P≤0.01%，O≤0.003%，S≤0.005%。2）力學性能。按技術協議要求，抗拉強度≥180 MPa，延伸率≥35%，熱導率≥320 W/（m·k）。3）水管位置檢查。測量解剖斷面上水管位置，偏移量不超過±15 mm。4）銅管的結合率檢查。定性檢查銅管與本體的結合率，100 mm管外母線長度上缺陷總長度≯7 mm。檢查解剖銅管有無熔穿或者即將熔穿的現象。5）解剖斷面壁體缺陷檢查。檢查解剖斷面壁體缺陷，不作為評定依據。

檢查結果：1）解剖斷面水管位置尺寸測量符合解剖方案及技術協議要求。2）從解剖斷面看，水管未熔，在靠近彎曲部位有稍許變形，水管與本體基本無間隙，缺陷部分每100 mm小于5 mm。3）通過水管及凸臺解剖斷面，可以看出熱面部分組織較為致密，但冷面及凸臺位置有少量的縮孔，在水管與凸臺位置水管與本體有間隙。4）試樣在熱面處取樣，經理化性能檢驗，成分符合技術協議要求，抗拉強度、延伸率及導熱率均符合技術協議要求。

結論：通過對鑄銅冷卻壁內部進行解剖檢查，水管與壁體結合較好，未見熔化也未見裂紋。冷卻壁熱面部分組織致密，在冷卻壁冷面邊角及水管凸臺位置斷面有縮孔現象，水管與凸臺出口位置有間隙。對內部熱面取樣進行理化性能檢驗均符合協議要求。初步判斷，4-1打壓過程中的凸臺滲水來自水管與凸臺本體間隙縮孔的存水。

3 鑄銅冷卻壁的安裝

為更好地保護鐵口，強化鐵口區域的冷卻效果，山鋼日照鋼鐵精品基地選擇在第3段高爐鐵口區域安裝鑄銅冷卻壁，每個鐵口4塊，冷卻壁厚度為120 mm。鑄銅冷卻壁范圍在鐵口中心線以上1.5 m、鐵口中心線以下3.0 m、鐵口中心線圓周20°范圍內。這部分鑄銅冷卻壁必須具有良好的熱強度、耐熱沖擊、抗急冷急熱等特性，因此其安裝質量的好壞直接影響到高爐的使用壽命，同時也會影響到高爐的安全生產。

3.1 冷卻壁安裝流程

鑄銅冷卻壁的安裝流程為：冷卻壁檢查驗收→打壓試漏試驗→冷卻壁通球檢驗→設置工具及通道安裝→冷卻壁安裝、自流料澆筑→檢查驗收。

3.2 冷卻壁的打壓試漏試驗

在冷卻壁運輸到現場對冷卻壁檢查驗收后，在廠內的預裝場地上應對每一塊鑄銅冷卻壁進行打壓試漏試驗，試壓前將冷卻壁放置平穩，用軟管向冷卻壁內注水，待所有管口都有水溢出后，取出進水軟管，預留1個進水口和1個出水口，其余水管全部封死。將進水口與手動加壓泵連接，出水口安裝壓力表，然后進行加壓，連接方式如圖1所示。試驗壓力按照鑄銅冷卻壁所對應的工作壓力，30 min壓力降≯3%為合格。試驗完成后，將管道內的殘水吹干，堵上管帽。

圖1 冷卻壁打壓試漏試驗

3.3 冷卻壁通球試驗

冷卻壁在打壓試漏試驗合格后進行通球試驗。在試驗之前，先用壓縮空氣將水管內的水和其他雜物吹干凈，然后在冷卻水管內放入合適大小的小球，用壓縮空氣將小球從冷卻水管的另外一個孔中吹出。以正反兩方向都通過小球為合格。

3.4 設置工具及通道安裝

在爐內安裝吊盤和液壓推頂裝置。吊盤裝置在安裝冷卻壁時可以起到上下移動冷卻壁的作用，其直徑小于含冷卻壁的爐內尺寸。吊盤安裝完畢后，在吊盤的主梁上安裝吊鼻，用鋼絲繩、倒鏈、卡具與高爐爐殼相連接。吊盤裝置安裝完成后，可安裝液壓推頂裝置，連接電源調試裝置正常后搭建活動操作平臺即可進行冷卻壁的安裝。

3.5 冷卻壁安裝

1）冷卻壁安裝之前應先認真反復核查爐內周長，計算每塊冷卻壁之間的間隙距離，然后以鐵口中心線為垂直基準，以爐殼上標準的標高為水平基準，用樣板進行劃線，確定開孔位置并開孔，保證冷卻壁之間的縫隙均勻，控制在30 mm以內，同時將冷卻壁與鐵口之間的距離控制在規定范圍之內。

2）使用吊機將冷卻壁吊至正對安裝位置，用倒鏈調整冷卻壁安裝高度，找定位置后，啟動液壓推頂裝置推動主頂伸縮臂對準待安裝冷卻壁的中心位置，然后將冷卻壁推向安裝位置，保證冷卻水管進入爐殼內（必要時可使用倒鏈調整安裝角度）。然后加壓主頂伸縮臂使冷卻壁穿入安裝螺栓固定。吊裝到位后，繼續使用推頂裝置將冷卻壁與爐殼貼緊，同時在爐外擰緊冷卻壁固定螺栓。

3）重復用此同樣的方法將4個鐵口共16塊冷卻壁全部安裝完畢。

3.6 冷卻壁安裝技術要求

1）鐵口冷卻壁安裝嚴格執行GB 50372—2006《煉鐵機械設備工程安裝驗收規范》和GB 50205—2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》［2］。2）安裝冷卻壁螺栓的擰緊力矩不應小于400 N·m。3）兩塊冷卻壁之間的垂直縫和水平縫以及冷卻壁與鐵口外部邊緣之間的允許偏差為±10 mm。4）鑄銅冷卻壁的平面標高與設計標高偏差為±10 mm。

4 結語

在高爐鐵口鑄銅冷卻壁的質量控制上，山鋼日照鋼鐵精品基地在冷卻壁的解剖檢查和安裝工藝兩方面嚴格把關，順利完成了鐵口鑄銅冷卻壁的安裝工作，為今后高爐的安全生產和使用壽命提供了有力保證。

［1］ 畢松梅，聶桂秋，徐利華，等.高爐爐體冷卻壁綜述［J］.中國冶金，2007（4）：15-18.

［2］ 陳克明，汪艷勇，龔廣.高爐冷卻壁安裝工藝技術［J］.安裝，2015（11）：35-37.