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 ）
摘要： 針對鞍鋼 3 號(hào)高爐爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域銅冷卻壁大量破損，爐殼溫度高等問題，通過采取破損冷卻壁穿金屬軟管、安裝微型冷卻器、壓漿造襯、爐殼噴水等一系列措施，有效控制了爐殼溫度升高，保證了高爐安全生產(chǎn)及穩(wěn)定順行。
關(guān)鍵詞： 高爐；穿管；微型冷卻器；壓漿造襯
2000 年以后， 銅冷卻壁在我國大型高爐開始廣泛應(yīng)用。 在高爐爐腹、爐腰、爐身下部高負(fù)荷的區(qū)域使用銅冷卻壁，利用銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性、易形成渣皮等特點(diǎn)， 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(shí)有發(fā)生，對高爐順行、焦比產(chǎn)生不利影響。 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 3 號(hào)高爐使用的是軋銅冷卻壁，由于軋銅冷卻壁高爐自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，給維護(hù)工作帶來一定困難。 通過對爐體冷卻壁破損進(jìn)行維護(hù)攻關(guān)，成功地實(shí)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(wěn)定順行，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
1 爐身冷卻壁破損情況
1.1 鞍鋼 3 號(hào)高爐爐身冷卻壁結(jié)構(gòu)
鞍鋼 3 號(hào)高爐于 2005 年 12 月 24 日投產(chǎn)，高爐有效容積 3200 m3 。 爐體采用板壁結(jié)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(jié)構(gòu)，厚度為 125 mm ，熱面加工多個(gè)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(jié)氮化硅結(jié)合碳化硅耐火材料，每塊有4 通道當(dāng)量直徑 Ф 50 mm 水道 , 通道間距 220 mm 。鞍鋼 3 號(hào)高爐銅冷卻壁結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 1 。
1.2 鞍鋼 3 號(hào)高爐冷卻壁破損情況
2010 年 3 月鞍鋼 3 號(hào)高爐因爐缸磚襯溫度高，高爐進(jìn)行大修，于 2010 年 5 月 26 日投產(chǎn)。 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(xù)出現(xiàn)破損現(xiàn)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(dá)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(xiàn)集中分布的特點(diǎn)， 最嚴(yán)重的區(qū)域連續(xù)破損水管數(shù)量為 81 根。 2015 年 3 月中修更換冷卻壁時(shí)發(fā)現(xiàn)，個(gè)別破損嚴(yán)重的區(qū)域，冷卻壁已經(jīng)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(chǎn)并獲得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。 鞍鋼 3 號(hào)高爐爐身冷卻壁損壞情況見表 2 。
2 爐身冷卻壁破損后的維護(hù)措施
2.1 銅冷卻壁穿金屬軟管
冷卻壁穿管技術(shù)是指在冷卻壁破損后， 為了防止冷卻水大量漏入爐內(nèi)， 向冷卻壁破損的水管內(nèi)部穿入金屬軟管， 恢復(fù)冷卻壁的部分冷卻功能 ［1］ 。冷卻壁穿管技術(shù)在高爐爐身使用鑄鐵冷卻壁時(shí)就開始使用。 由于鑄鐵冷卻壁內(nèi)部水管為鑄造的無縫鋼管，轉(zhuǎn)彎處為圓弧形，穿管作業(yè)比較容易。 鞍鋼 3 號(hào)高爐爐身所采用的是軋制銅板冷卻壁，每塊冷卻壁內(nèi)有 4 條冷卻通道，均為鉆孔形成。 本文按習(xí)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(zhuǎn)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(guī)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(dá)冷卻壁水管直角彎處便卡住了，每次 16 h 休風(fēng)只能穿入 1~2 根金屬軟管。 破損冷卻壁只能繼續(xù)通工業(yè)水冷卻，致使向高爐內(nèi)大量漏水，對高爐順行和焦比產(chǎn)生不利影響。 經(jīng)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(fēng)即可穿入 10~15 根金屬軟管，穿管成功率達(dá)到 95% 以上。 金屬軟管內(nèi)通高壓凈環(huán)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(nèi)不同區(qū)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(dá) 5 個(gè)月，壽命最短的只有 2 個(gè)月左右。 實(shí)踐證明，冷卻壁破損后采用穿管恢復(fù)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(gè)企業(yè)有比較廣泛的應(yīng)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(zhì)較軟，普通鉆機(jī)在鉆孔時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)夾轉(zhuǎn)頭的問題。 鞍鋼 3 號(hào)高爐開始安裝柱狀銅冷卻器時(shí)， 鉆一個(gè)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(shù)服務(wù)公司合作共同開發(fā)銅冷卻壁鉆孔技術(shù)。 經(jīng)過多次試驗(yàn)，終于取得成功，鉆孔速度不斷提高，目前鉆一個(gè)孔的時(shí)間縮短到 1 h 左右， 為大量安裝柱狀銅冷卻器提供了技術(shù)保障。
鞍鋼 3 號(hào)高爐采用的柱狀銅冷卻器規(guī)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(huán)水供水，水壓為 1.6 MPa ，流量為 10 ～15 m 3 /h 。 鞍鋼 3 號(hào)高爐從 2014 年 4 月開始安裝柱狀銅冷卻器，至 2015 年 2 月累計(jì)安裝柱狀銅冷卻壁 210 個(gè)。 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(shí)利用其自帶的壓漿孔進(jìn)行壓漿造襯。 壓漿料采用剛玉、莫來石、藍(lán)晶石等優(yōu)質(zhì)原料配制，以液態(tài)合成樹脂做粘結(jié)劑，具有良好的壓入施工性能和較好的燒結(jié)性。 灌漿采用的壓漿泵出口壓力為 2.0 MPa ，保壓 5 min ，每個(gè)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(jīng)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(huán)管，采用高壓凈環(huán)水冷卻爐殼。 為防止噴水流到鐵口區(qū)域，在 8 段爐皮安裝接水槽，排水進(jìn)入風(fēng)口平臺(tái)水槽內(nèi)。 另外在爐皮上安裝測溫裝置， 溫度信號(hào)傳輸?shù)礁郀t操作室內(nèi)電腦，高爐人員根據(jù)溫度變化調(diào)整爐殼噴水量。
2.4 安裝爐皮無線測溫系統(tǒng)
采用爐皮無線測溫系統(tǒng)， 用來監(jiān)測高爐爐皮外表面關(guān)鍵點(diǎn)溫度， 建立數(shù)據(jù)曲線、 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄。 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測高爐外部爐皮冷卻的實(shí)際工況，有效預(yù)防高爐冷卻壁失效所帶來的一系列嚴(yán)重事故，同時(shí)管理人員和操作人員分析存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)由無線測溫終端、無線中繼器、無線采集器及電腦構(gòu)成。 無線測溫終端 -S 用磁力吸附在測量點(diǎn)上，測量出的溫度數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射， 經(jīng)過若干個(gè)無線中繼器的轉(zhuǎn)發(fā)，被無線采集器接收，無線采集器通過 232 串口線把溫度數(shù)據(jù)送入電腦， 電腦對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 爐皮測溫系統(tǒng)示意圖見圖 2 。
3 結(jié)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(wěn)定渣皮的作用，但銅冷卻壁發(fā)生大量破損時(shí)，由于銅冷卻壁自身的特性決定了爐體維護(hù)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(huì)產(chǎn)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(fù)冷卻壁冷卻功能。
（3） 銅冷卻壁破損后期，破損數(shù)量增多，程度加重，多數(shù)冷卻壁已經(jīng)無法進(jìn)行冷卻壁穿管作業(yè)。只能將冷卻壁原有水管斷水，防止向爐內(nèi)漏水。 此時(shí)可采用安裝柱狀銅冷卻器配合硬質(zhì)壓入造襯的措施，恢復(fù)冷卻壁部分冷卻功能，利用柱狀銅冷卻器向爐內(nèi)的突起穩(wěn)定渣皮，減緩冷卻壁破損速度。
（4） 安裝爐皮無線測溫系統(tǒng)可以對爐皮關(guān)鍵部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用其報(bào)警功能，一旦爐皮溫度超過警戒值，可及時(shí)采用措施，避免事故發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
［1］ 李懷遠(yuǎn)，董漢東，李向偉 ． 武鋼 4 號(hào)高爐延緩冷卻壁損壞的實(shí)踐［J］ ． 煉鐵， 2004 ， 23 （ 44 ）： 11-14.
[2] 張澤潤，楊占海，王長華，等 ． 邯鋼 8 號(hào)高爐銅冷卻壁破損誘發(fā)爐況失常的處理［J］ ． 煉鐵， 2016 ， 35 （ 6 ）： ．50-52.