李樂明 鄭義勍

1  簡介

安鋼1#高爐由中冶南方設(shè)計(jì)，高爐有效容積為2200m³,2005年10月15日正式點(diǎn)火投產(chǎn)。高爐本體采用全冷卻壁結(jié)構(gòu)，爐體自下而上共設(shè)置14段冷卻壁。其中1——3段為低鉻鑄鐵光面冷卻壁，3個(gè)鐵口設(shè)置在2、3段冷卻壁之間，風(fēng)口設(shè)在第四段冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身下部即5——7段為四通道銅冷壁，爐身8——10段為背部設(shè)有蛇形管的雙層球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，11——12段為單層水冷球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，13——14層為倒扣式球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁。高爐在投產(chǎn)不到一年的時(shí)間就出現(xiàn)了冷卻壁漏水的情況，之后隨著高爐的強(qiáng)化冶煉，高爐冷卻壁漏水?dāng)?shù)量呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，嚴(yán)重影響高爐的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，針對(duì)高爐不同部位冷卻壁漏水的原因進(jìn)行分析并采取有效應(yīng)對(duì)措施，確保了高爐爐況穩(wěn)定順行并獲得了較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2  冷卻壁在高爐生產(chǎn)中的重要性

冷卻壁是高爐生產(chǎn)中重要的冷卻設(shè)備，冷卻壁壽命的長短對(duì)一代高爐爐齡的影響十分重大。隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，高爐單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)增加，高爐內(nèi)襯和冷卻壁所承受的熱負(fù)荷也越來越大。冷卻壁的重要作用是：把單位時(shí)間內(nèi)從高爐內(nèi)部吸收的熱量及時(shí)傳遞出去，在冷卻壁熱面形成保護(hù)性渣皮，避免高溫煤氣、爐料、熔渣、鐵水等直接沖刷爐殼，同時(shí)降低爐殼溫度，保護(hù)爐殼在熱應(yīng)力的溫度變化范圍內(nèi)不變形、不開裂。使高爐長期保持較好的操作爐型，保證高爐正常生產(chǎn)，爐況順行及高爐長壽。

3  高爐冷卻壁的漏水狀況

3.1  風(fēng)口帶冷卻壁

2006年5月4日，高爐在生產(chǎn)不到一年的時(shí)間就首次出現(xiàn)第四段冷卻壁支管漏水，后續(xù)又有8根支管出現(xiàn)相同的情況，直接導(dǎo)致高爐鐵口區(qū)域灌漿孔滲水，鐵口孔道潮濕嚴(yán)重影響爐前出鐵安全，同時(shí)對(duì)高爐爐況造成較大影響。2008年12月20日，高爐停爐降料面檢修更換損壞的冷卻壁，發(fā)現(xiàn)風(fēng)口帶冷卻壁風(fēng)口大套以上部分耐材全部侵蝕脫落，冷卻壁基體侵蝕嚴(yán)重，大部分冷卻壁的最外層水管露出，與銅冷卻壁的過渡處已變成凹坑狀，銅冷卻壁已經(jīng)懸空，風(fēng)口及以下部分冷卻壁被包在厚厚的磚襯和渣皮中未見侵蝕。              

3.2  銅冷卻壁

銅冷卻壁漏水主要有兩個(gè)階段及兩種漏水形式，1、第五段銅冷卻壁的下部工藝孔滲漏，主要發(fā)生在2007年，僅一年就發(fā)現(xiàn)8根冷卻壁支管工藝孔漏水，2008年12月20日高爐降料面檢修更換損壞的鑄鐵冷卻壁，進(jìn)入爐內(nèi)發(fā)現(xiàn)銅冷卻壁下部燕尾槽侵蝕非常嚴(yán)重，幾乎已侵蝕到工藝孔位置，個(gè)別冷卻壁工藝孔向外滲水。

 2、第七段銅冷卻壁出水管根部開裂漏水。自2013年10月25日1#支管第七段漏水開始至2017年3月已有52根支管即30塊銅冷卻壁出現(xiàn)漏水，2017年3月高爐降料面檢修更換漏水嚴(yán)重的15塊銅冷卻壁，檢修發(fā)現(xiàn)第七段銅冷卻壁熱面僅燕尾槽磨損略為嚴(yán)重，本體并未出現(xiàn)大的熔損和侵蝕，可以判斷漏水主要發(fā)生在冷面即冷卻壁的進(jìn)出水管部位。  

3.3  爐身球墨鑄鐵冷卻壁

爐身球墨鑄鐵冷卻壁漏水，主要表現(xiàn)在冷卻壁出水管根部冷卻水管開裂漏水，其次是冷卻壁熱面鑲磚脫落，冷卻水管外露，發(fā)展到一定程度即可造成冷卻水管損壞漏水。

 4  冷卻壁漏水的原因分析

1、風(fēng)口第四段冷卻壁的漏水與高爐設(shè)計(jì)及冷卻壁結(jié)構(gòu)有極大關(guān)系，1#高爐爐體裝備情況為：爐缸 （風(fēng)口區(qū)）為4段光面球墨鑄鐵冷卻壁；爐腹、爐腰及 爐身下部為3段銅冷卻壁，爐身下部以上到爐喉鋼磚下沿也是球墨鑄鐵冷卻壁，屬于爐體全部冷卻的高爐。其中爐腹、爐腰及爐身中下部冷卻壁為滿鑲磚全覆蓋式冷卻壁，耐火磚鑲嵌在冷卻壁上并在冷 卻壁表面覆蓋150 mm（即鑲磚覆蓋厚度），爐腹、爐 腰及爐身不再另外砌磚，屬于“薄壁”爐型高爐。這種“薄壁”爐型高爐在維護(hù)操作爐型方面有一定優(yōu)勢(shì)，但在爐體結(jié)構(gòu)方面存在一定缺陷，特別是爐缸風(fēng)口區(qū)冷卻壁，由于上端設(shè)計(jì)得較厚和相對(duì)較高， 直接接觸爐腹高溫區(qū)和風(fēng)口回旋區(qū)，因此容易損壞。據(jù)了解和此類設(shè)計(jì)類似的濟(jì)鋼、武鋼高爐也存在類似問題。

2、銅冷卻壁漏水的主要原因有兩種，一種是第五段銅冷卻壁工藝孔位置不當(dāng)及焊接材料與母材不同導(dǎo)致的焊縫出現(xiàn)應(yīng)力裂紋；另一種是第七段銅冷卻壁本體過長造成的撓度變形使冷卻壁進(jìn)出水管受剪應(yīng)力的影響而出現(xiàn)斷裂所致，與冷卻壁的安裝質(zhì)量密切相關(guān)。

3、爐身鑄鐵冷卻壁的主要原因主要表現(xiàn)在冷卻壁出水管根部由于剪應(yīng)力導(dǎo)致的冷卻水管開裂漏水，其次是冷卻壁熱面鑲磚脫落，冷卻壁受爐料及煤氣流的沖刷和侵蝕逐漸變薄，使熱面產(chǎn)生橫向和縱向裂紋，導(dǎo)致冷卻水管外露，發(fā)展到一定程度即可造成冷卻水管損壞漏水。

5  針對(duì)冷卻壁漏水采取的對(duì)策

1、高爐生產(chǎn)期間，對(duì)漏水的鐵冷卻壁主要采取穿管再生的方式恢復(fù)冷卻壁的正常使用，同時(shí)結(jié)合銅冷卻壁的制造工藝，采用沉積法處理第五段冷卻壁工藝孔漏水的難題。

2、通過工藝操作的改進(jìn)及對(duì)送風(fēng)制度的調(diào)整來避免風(fēng)口帶冷卻壁的侵蝕。主要措施有：①、將風(fēng)口由斜5度改為斜8度，消除因風(fēng)口中套上翹對(duì)風(fēng)口回旋區(qū)的影響，促進(jìn)爐缸煤氣初始?xì)饬鞯暮侠矸植迹虎?、風(fēng)口長度逐漸由585mm逐漸加長，目前已加長到650mm；

3、針對(duì)爐身部位冷卻壁的漏水情況，重點(diǎn)從兩個(gè)方面入手：①、高爐操作以發(fā)展中心，合理控制邊緣氣流并力保氣流穩(wěn)定為指導(dǎo)方針，避免冷卻壁熱面因爐內(nèi)煤氣流的不穩(wěn)定導(dǎo)致冷卻壁溫度應(yīng)力的產(chǎn)生；②、調(diào)整冷卻壁的冷卻水量流量，同時(shí)適當(dāng)降低冷卻壁的供水溫度，提高系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)冷卻壁熱面保護(hù)性渣皮的形成及穩(wěn)定，避免冷卻壁本體過早侵蝕或燒損。2017年3月1#高爐降料面搶修更換冷卻壁，對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)口帶冷卻壁及第五段銅冷卻壁的侵蝕情況與2008年搶修時(shí)相比并未出現(xiàn)惡化趨勢(shì)。爐身部位鑄鐵冷卻壁熱面燕尾槽侵蝕嚴(yán)重，但是爐身中下部的冷卻壁熱面基本都存在一層保護(hù)性渣皮，未出現(xiàn)大的燒損和冷卻水管完全暴露的情況。

4、針對(duì)冷卻壁結(jié)構(gòu)的不合理導(dǎo)致漏水的情況，與生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)院溝通后，對(duì)第五段銅冷卻壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行突破改進(jìn)，在冷卻壁壁體下部設(shè)計(jì)刀頭部分增大與第四段冷卻壁的接觸面，改善拐點(diǎn)區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)渣皮生成，進(jìn)而起到保護(hù)風(fēng)口帶冷卻壁免受侵蝕的作用，同時(shí)可以消除因原有銅冷卻壁壁體與爐殼間的間隙過大，導(dǎo)致高溫煤氣流竄入的可能，杜絕并減少冷卻壁背面受高溫煤氣流沖擊發(fā)生的變形及進(jìn)水管斷裂的發(fā)生；另外，針對(duì)銅冷卻壁下部工藝孔漏水的情況，將爐腹部位銅冷卻壁工藝孔位置由下部鉆孔改為上部鉆孔。冷卻壁的改型2007年主要應(yīng)用在安鋼2#高爐的建造，該高爐2016年10月中修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)第四段冷卻壁本體幾乎完好無損，未出現(xiàn)1高爐嚴(yán)重侵蝕導(dǎo)致水管外露的情況。銅冷卻壁也未出現(xiàn)大的漏水現(xiàn)象，驗(yàn)證了銅冷卻壁改型成功，應(yīng)用效果非常明顯。

5、停爐更換冷卻壁，2017年10月以及2019年12月1#高爐又分別利用利用兩次檢修機(jī)會(huì)，對(duì)高爐本體冷卻壁再次進(jìn)行全面隱患處理和更換，將第五段銅冷卻壁徹底進(jìn)行了全面改型，爐身上部鑄鐵冷卻壁進(jìn)行了整體更換，爐內(nèi)耐材，風(fēng)口及以上采用了整體澆注方式，高爐內(nèi)型得以優(yōu)化，自2020年4月15日開爐以來，高爐持續(xù)保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)全面得以優(yōu)化。

6  結(jié)論

1、 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)本體流量偏低，冷卻壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，冷卻壁制造工藝缺陷是造成冷卻壁漏水的重要原因；

2、 冷卻系統(tǒng)中位于爐身中、下部的雙層冷卻壁使用壽命不佳，嚴(yán)重影響冷卻系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，將雙層冷卻壁構(gòu)型改為單層可消除冷卻壁壁厚帶來的負(fù)面影響，同時(shí)利于冷卻系統(tǒng)工藝的優(yōu)化增加本體冷卻水流量。（安鋼2#高爐于2016年10月檢修進(jìn)行了改型，截止到目前，爐身區(qū)域僅出現(xiàn)3根水管輕微漏水）

3、針對(duì)冷卻壁漏水日益發(fā)展的情況，采取穿管再生修復(fù)，倒工業(yè)水冷卻，爐皮外噴水冷卻等應(yīng)對(duì)措施取得了較好的穩(wěn)定效果；

4、完全根除漏水隱患，利用高爐環(huán)保停爐機(jī)會(huì)進(jìn)行搶修，更換冷卻壁，并對(duì)第五段銅冷卻壁的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行改進(jìn)，防止風(fēng)口帶冷卻壁破損漏水；

5、改進(jìn)高爐工藝操作，維持合理的煤氣流分布，保證高爐爐況的持續(xù)穩(wěn)定，是冷卻設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。