高爐銅冷卻壁破損的原因分析與防治

王鍵

摘 要：很多鋼鐵企業高爐銅冷卻壁在經過多年使用后，有時會出現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濟性、穩定性造成很大的影響。本文根據生產實踐，結合邯鋼8#高爐在運行過程中出現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的核心部件，主要起到冷卻內襯，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荷區域采用銅冷卻壁，利用其良好的導熱、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。很多鋼鐵企業高爐銅冷卻壁在經過多年使用后，有時會出現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濟性、穩定性造成很大的影響。本文根據生產實踐，結合邯鋼8#高爐在運行過程中出現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 高爐冷卻系統設計特點

邯鋼8#高爐于2009年7月投產，高爐有效爐容3200m3，設計利用系數2.3，年產鐵水258萬t，設有4個鐵口，32個風口，設計一代爐齡15年。該高爐采用全冷卻壁爐體結構，高爐本體分為17段，冷卻系統為磚壁合一全冷卻壁，軟水密閉循環，爐腹、爐腰至爐身下部6～9段為4段銅冷卻壁薄壁內襯;爐底爐缸采用光面低鉻鑄鐵冷卻壁，陶瓷杯、碳磚與風口組合磚綜合結構。爐體共設計有808塊冷卻壁，合計冷卻水量4000m3，其中爐體、爐底、風口大套與風口中套冷卻水質為軟水，設計水壓0.8MPa，串聯使用;風口小套、爐頂打水、爐喉鋼磚、十字測溫等為工業水，設計水壓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，每塊銅冷卻壁均設計有4根橢圓形水管做為水流進出通道。在高爐運行數年后，高爐冷卻軟水供水系統出現異常，液位下降較快，補水更加頻繁，經排查確認為爐腰部位銅冷卻壁漏水。在分析銅冷卻壁材料性質的基礎上，結合爐體運行工藝參數，認為爐況周期性波動和邊緣氣流發展是導致冷卻壁出現磨損漏水的癥結所在，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，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，導致其高溫耐磨性和耐沖刷性能下降。根據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，渣皮穩定性差，由此而帶來的銅的“氫病”現象也加劇了銅冷卻壁的破損。

2.2 生產原料質量差

受各種外部因素干擾，期間生產原料質量受到很大影響，焦炭機械性能較差，粒度偏小;混勻料中優質含鐵料配比偏低，爐渣中鎂鋁比偏低。以上原因導致爐缸的透氣性、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定，高爐靜壓、冷卻系統熱負荷、冷卻壁溫度的工藝指標時常發生劇烈變化。銅冷卻壁在極不穩定的工況條件下，磨損速度加劇。

2.3 布料偏析導致爐況周期性波動

高爐布料設備采用PW并罐式無鐘爐頂，本身存在布料偏析的情況;此外長期生產后爐頂翻轉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的周期性波動，繼而造成渣皮脫落，冷卻系統水溫差和熱負荷升高等問題，使冷卻壁工況環境嚴重惡化，損壞加劇。

3 高爐銅冷卻壁的保護措施

3.1 保證原料質量

選用高品質的干熄焦炭，嚴格控制焦炭的灰分、硫分等各項指標，保證入爐焦粒度不小于高爐技術標準要求的28mm;料場優化混勻料配料方式，提高優質含鐵料配比;在原料生產的燒結工序，穩定燒結礦的氧化鎂配比，保證爐渣中氧化鎂含量不低于7.5%，鎂鋁比穩定在0.48～0.5范圍內。通過穩定煉鐵原料質量穩定了生產技術指標，為高爐平穩運行提供了保障。

3.2 采用上下部調節手段抑制邊緣氣流

邊緣氣流作用是影響高爐壽命，導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：利用休風機會，合理添加長風口;在高爐容量和產能允許下，盡量加大礦批，以1.4m料線為基準，維持礦角40°不變，將焦角降至37.5°;保證高爐送風量，適當減少富氧量，在煤比保持100kg/t不變的基礎上，風量加大至5900m3，富氧標準降低至4000m3/h。

3.3 減少布料偏析的影響

應對原有的布料系統進行改進，結合生產合理調整導罐周期，以盡量減少布料后期壓量關系緊張的情況;利用休風檢修的時間，對磨損嚴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致的爐頂翻轉磨損，應在不影響上密封座的前提下，盡量減小夾角;認真研究高爐爐況的周期性變化規律，在爐溫出現較大波動時，及時調整加濕量，以穩定爐溫變化，實現爐況平穩過渡。

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的研究[J].金屬世界，2009（6）.