摘  要  對龍鋼1800m3 高爐冷卻系統(tǒng)運行進行總結(jié)，并對冷卻系統(tǒng)運行過程出現(xiàn)的問題進行分析，通過制定合理的冷卻制度和爐型參數(shù)控制范圍，優(yōu)化水系統(tǒng)技術(shù)，確保了爐型長期穩(wěn)定和指標提升。

關(guān)鍵詞  高爐爐型  冷卻  熱負荷

1  概況

龍鋼現(xiàn)有1800m3高爐3座，3、4#爐已安全運行6年，5#爐安全運行2年。2012-2014年，3、4#高爐冷卻壁水管損壞13根，3#爐爐缸側(cè)壁溫度最高升到1100℃，4#爐爐底中心溫度最高升到1030℃，嚴重威脅著爐缸的生產(chǎn)安全。2015年運用綜合創(chuàng)新管理技術(shù)，通過采取增加高爐本體監(jiān)測點、定期壓漿、水質(zhì)凈化、增加高爐熱流分析系統(tǒng)等措施，從2015年9月-2017年3月， 3、4#高爐冷卻壁水管僅損壞2根，目前各高爐爐缸和冷卻壁均處于安全穩(wěn)定階段，高爐指標較穩(wěn)定，利用系數(shù)穩(wěn)定在2.50t/(m?d)以上，燃料比處于 530kg/t 鐵以下。

2  冷卻壁段數(shù)設(shè)置及水溫差在線檢測狀況

2.1  冷卻壁段數(shù)

龍鋼3、4、5#高爐本體冷卻系統(tǒng)均采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。冷卻壁從爐底至爐身共14層。采用“步步高”的串連方式。其中1-4層為爐缸，5層為爐腹，6層為爐腰，7-14層為爐身。爐缸每層冷卻壁40塊，爐腹至爐身中下部為40塊，爐身中上部為34塊與30塊，每塊基本上均為4根水管。

2.2  水溫差熱流強度在線檢測系統(tǒng)

該檢測系統(tǒng)于2010年3月份開始在龍鋼各高爐予以應(yīng)用，經(jīng)過幾年來的應(yīng)用實踐，對高爐的安全穩(wěn)定順行起到了積極促進作用，但因功能與布局上的不合理、不完善也表現(xiàn)的較突出。主要表現(xiàn)為：平均分布各檢測點，沒有突出對重點部位的監(jiān)控，比如對容易產(chǎn)生燒穿的爐缸第二段以及高熱負荷區(qū)的爐腹沒有做到重點檢測；檢測點數(shù)量上較少，檢測留有死區(qū)；功能上僅僅對冷卻壁進行檢測，沒有對風(fēng)口等特殊設(shè)備進行檢測。

3  冷卻系統(tǒng)技術(shù)的改進和優(yōu)化

3.1  冷卻壁立管破損處加冷卻棒技術(shù)

在冷卻壁立管破損處增加銅冷卻棒，冷卻壁單獨通直流水。于2011年12月在1#爐（1280m3 ）首次實施，2011年-2014年上半年，共在1280m3高爐安裝41只銅冷卻棒；在總結(jié)了1280m3高爐安裝、維護銅冷卻棒經(jīng)驗后，于2014年3月，利用檢修首先在3#爐漏水的第5段第85#立管處安裝冷卻棒3根，2014年6月，在4#高爐第5、6、7段冷卻壁第91#、92#水管，第5段第61#、62#、64#水管共計安裝冷卻棒40只；2016年12月，3#爐更換損壞的銅冷卻棒1只。

截止2016年1月，在3、4#爐共安裝銅冷卻棒44只，基本掌握了銅冷卻壁破損后安裝銅冷卻棒的技術(shù)。

3.2  凈環(huán)水在線處理

龍鋼公司煉鐵5#高爐自2014年12月底開爐，5#高爐凈循環(huán)系統(tǒng)主要為爐頂設(shè)備、助燃風(fēng)機、TRT、液壓站、除塵設(shè)備、噴煤車間、電動鼓風(fēng)機、空壓站、蒸發(fā)式冷卻器噴淋水等供水。因系統(tǒng)初建完畢之后，因趕工期未對系統(tǒng)管道進行預(yù)處理立即投入使用。在沒有做任何保護措施的情況下，系統(tǒng)管道與水和空氣接觸，導(dǎo)致管道內(nèi)產(chǎn)生鐵銹，且補水氯離子高，加速管道腐蝕。2015年3月，最終導(dǎo)致凈環(huán)水質(zhì)泛黃，水中鐵離子含量高，對水系統(tǒng)設(shè)備的安全運行造成較大影響。在參考同行業(yè)經(jīng)驗及結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，于2015年10月30日-11月6日，對5#爐凈環(huán)系統(tǒng)進行了在線清洗處理，此次清洗控制PH在4.0-6.5行，設(shè)備、管道表面浮銹基本清除并使鐵離子上升至平穩(wěn)，置換水之后，給預(yù)膜提供一個良好的環(huán)境，達到預(yù)期的目標，并逐步在其它高爐推廣使用。

3.3  定期爐體壓漿維護制度

由于3、4#爐爐體與冷卻壁之間空隙泥漿有部分損耗，經(jīng)常出現(xiàn)竄煤氣。為了實現(xiàn)完整的爐皮導(dǎo)熱和減少竄煤氣，高爐每次大檢修（10小時以上）都會對爐皮溫度高部位進行灌漿，保證在少打灌漿孔前提下完成灌漿工作。

2013年4月，3#爐借鑒武漢建研院成功處理2500m3高爐爐缸異常升高的方法，結(jié)合龍鋼的具體情況，對灌漿的材質(zhì)以及灌漿時壓力控制、流量控制、灌漿時間制定詳細標準，通過循序漸進的灌漿，消除耐材與冷卻元件間的氣隙，加強冷卻元件的傳熱效率，降低內(nèi)襯熱面溫度，在熱面形成穩(wěn)定的保護層。同時，堅決避免和杜絕有的高爐灌漿時出現(xiàn)的問題，比如：灌漿壓力偏高、灌漿流量偏大等問題。

3.4  完善爐體監(jiān)控體系

3.4.1  修復(fù)測溫點

認真排查高爐本體測溫元件（熱點偶、熱電阻、水溫差在線檢測），對于損壞的元件能夠恢復(fù)的上報計劃；對于溫度顯示異常的點聯(lián)系儀表確認元件的精確性，若屬于元件原因，盡快恢復(fù)；對于元件損壞進行更換。

2012 年3月份，4#爐爐缸133個測溫點燒損，當(dāng)時恢復(fù)了22個點。2013年3 月份7.851m、8.653m 處從1#鐵口起始沿順時針布置的3、4、6 號熱電偶檢測到的內(nèi)襯內(nèi)環(huán)溫度升至900℃ 和~800℃ 左右，并有進一步上升的趨勢。為確保爐缸安全，2015年9月4#爐恢復(fù)爐缸69個測溫點，2016年3月恢復(fù)30個測溫點。

3.4.2  增加爐體溫度檢測點的密度，杜絕檢測死區(qū)

3、4#高爐原設(shè)計的水溫差熱流強度在線檢測系統(tǒng)每座高爐選取72個檢測點，其中爐底進水管分布了8個點，在爐缸的1、2、3層冷卻壁出水管上、第4、6、8、10、14層冷卻壁出水管上各選8個檢測點。

2013年1月，3#（1800m3）高爐爐缸側(cè)壁605方向溫度上升過快，幅度較大，但距離該處最近的水溫差檢測點溫度沒有發(fā)生變化。

在總結(jié)前幾年的應(yīng)用實踐，首先在2014年新建5#高爐時增加監(jiān)測點，進行針對性的改造與完善，在冷卻壁水管選出288個檢測點，其中爐底進水選8點，爐缸1、3層各40個點，爐缸2層80個點本體第4、5、6、8、10、14層各20點（見表3）。5#高爐在爐缸的每塊冷卻壁上均安裝了監(jiān)測點，新增的熱電偶基本涵蓋了高爐爐缸溫度最高的區(qū)域，消除了以前的檢測死區(qū)，基本上能夠達到監(jiān)測爐缸溫度趨勢的要求。2015年，參考5#爐成功的經(jīng)驗，在3 、4#高爐爐缸溫度異常區(qū)域，除增設(shè)水溫差檢測點外，設(shè)置無線爐殼測溫貼片，3#爐新增爐皮測溫點84個，4#爐新增爐皮測溫點52個，同時每天對爐底、爐缸進行人工檢查測量一次。

3.4.3  完善冷卻壁水溫差、熱流強度的自動預(yù)警，預(yù)警查詢和預(yù)警標準

（1）針對高爐爐體測溫?zé)犭娕计俸途壬嫌兴畹膯栴}，在確保水溫差控制范圍為3.5℃～5.5℃的基礎(chǔ)上，增加了高爐熱流分析系統(tǒng)，對重點部位的熱流強度進行在線監(jiān)測和分析，及時掌握各部位熱流強度。同時把水溫差、熱流強度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柱狀圖并與實時數(shù)據(jù)結(jié)合起來顯示在界面上。熱流分析系統(tǒng)與熱電偶系統(tǒng)相互印證，保證測量的準確性，熱負荷得到了實時監(jiān)控。表4為龍鋼5#高爐的水溫差熱流強度標準和預(yù)警值。

（2）對風(fēng)口小套進行流量溫度測定，根據(jù)流量與溫差情況對風(fēng)口小套的漏水情況進行在線診斷與自動預(yù)警。

（3）自動建立操作爐型管理數(shù)據(jù)（知識）庫，對爐墻結(jié)瘤、結(jié)厚、冷卻壁熱面溫度超標、漏水、操作爐型不合理等異常情況的自動診斷自動預(yù)警。

3.4.4  利用水溫差變化判斷冷卻壁是否漏水

（1）當(dāng)高爐熱負荷正常時，冷卻壁傳熱處于相對平衡狀態(tài)。水溫差變化幅度較小，相對平衡在一定的范圍之內(nèi)。冷卻壁漏水時通過爐內(nèi)傳入到冷卻壁的熱量將分解為兩部分，一部分用于繼續(xù)加熱冷卻壁使進水升溫，另一部分為滲漏的水變成蒸汽提供熱量，，不難看出漏水的冷卻壁水管溫差將會變小。如果通過水溫差在線監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)某塊冷卻壁的水溫差有明顯的降低，可以判斷該塊冷卻壁已有破損漏水的征兆（不排除爐墻結(jié)厚）。

（2）在軟水閉路循環(huán)串連冷卻系統(tǒng)。如見圖4所示，冷卻壁A為進水口，冷卻壁C為出水口。如果A冷卻壁漏水，則A冷卻壁的水溫差明顯降低，這時進入B、C冷卻壁的水量相對減少，則使B冷卻壁的水溫升高，所以在串聯(lián)冷卻系統(tǒng)中通過水溫差一降一升的變化，可以判斷冷卻壁是否漏水。

3.4.5  利用水溫差熱流強度在線檢測系統(tǒng)判斷風(fēng)口小套漏水

風(fēng)口小套所處的工作環(huán)境極及惡劣，受到爐內(nèi)氣流的沖刷與液態(tài)渣鐵的熔融，當(dāng)長期沖刷后小套壁體變薄，而當(dāng)液態(tài)渣鐵粘結(jié)后熱量過于集中，會導(dǎo)致小套溫差瞬時升高。漏水后由于水的汽化吸收熱量，套體前端理論燃燒溫度降低，造成小套溫差降低，同時小套的進出水流量將會減小，通過流量與溫差的變化，可以判斷套體的漏水狀況。

3.5  優(yōu)化操作制度

3.5.1  調(diào)整裝料制度

結(jié)合高爐自身特點和現(xiàn)有條件，在保證爐況順行的前提下，摸索出了大礦批、多環(huán)位布料的基本裝料制度，將礦批由46-48t左右擴大到53-57t。但高爐的大礦批并不是一成不變的大礦批，而是視各項具體參數(shù)的變化不斷調(diào)整的相對大礦批。在擴大礦批的同時，適當(dāng)增加礦石布料環(huán)位，加寬了礦石布料面積。礦角最外環(huán)由以往的36.5度擴展到37.2度，再到38.9度，礦石布料環(huán)位由4環(huán)增加到5環(huán)，布料圈數(shù)由11圈加至13-14圈，視爐況情況靈活調(diào)整；通過減少礦焦界面效應(yīng)，有利于抑制邊緣氣流、穩(wěn)定中心氣流，保持高爐長期穩(wěn)定順行。

3.5.2  調(diào)整送風(fēng)參數(shù)

根據(jù)近幾年原燃料質(zhì)量不穩(wěn)定，供應(yīng)不均衡和特點，高爐制定了以提高入爐風(fēng)量、提高風(fēng)速、提高鼓風(fēng)動能、吹透中心、活躍爐缸、控制煤氣圓周均勻分布的操作方針。主要是提高風(fēng)壓至380kpa以上，適當(dāng)縮小風(fēng)口面積，調(diào)整小風(fēng)口的位置，控制富氧量等措施，實際風(fēng)速由190m/s提高至200 m/s，減少鐵水環(huán)流對爐缸側(cè)壁沖刷，以利于在爐缸形成穩(wěn)定的保護層，待溫度異常部位恢復(fù)正常后，再恢復(fù)正常參數(shù)。近幾年風(fēng)口面積調(diào)整及風(fēng)壓情況見圖5、圖6。

3.5.3  堅持經(jīng)濟爐溫冶煉

2016年在原料質(zhì)量下降，有害元素大幅度升高的情況下，堅持中低硅冶煉，生鐵硅控制0.30-0.50%，減少爐溫波動，控制鐵水物理熱1490-1520℃。特別強調(diào)要控制爐溫的下限，不能連續(xù)爐低于下限水平運行。

3.5.4  適當(dāng)提高鐵水鈦負荷

2012 年底，龍鋼通過在3、4 號爐原料中加入一定量的鈦球，對爐缸溫度異常升高部位的降溫效果明顯。2016年繼續(xù)提高原料中鈦含量，鐵水鈦負荷由3.5kg提高至4.5kg，在爐缸溫度異常升高部位形成難熔的保護層，以減緩鐵水對該部位的進一步侵蝕。

3.5.5  適當(dāng)提高爐渣堿度

二元堿度控制1.18-1.22倍，提高爐渣熔點，形成穩(wěn)定的渣皮，同時活躍爐缸，提高爐缸蓄熱能力和生鐵質(zhì)量。

3.5.6  加強軟水系統(tǒng)的管理

加強對軟水和工業(yè)水的管理，及時、定期檢查系統(tǒng)的補水情況，專人專職檢查水系統(tǒng)工作狀況，一旦發(fā)現(xiàn)補水異常，盡快確定漏水部位，并且立即采取措施消除漏水情況，針對風(fēng)口中小套漏水，及時休風(fēng)更換，禁止長時間養(yǎng)護集中處理。

4  結(jié)論

自2015年9月后，龍鋼3、4、5#爐冷卻壁沒有再發(fā)生損壞，3、4#爐修復(fù)的冷卻壁運轉(zhuǎn)基本正常，目前各爐碳磚溫度保持穩(wěn)定，爐皮溫度控制60℃以內(nèi)，爐缸中心溫度穩(wěn)定在550℃以內(nèi)，3#爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定在510℃以內(nèi)，爐缸爐底侵蝕情況得到有效遏制。在綜合品位降至54.5-55.5%，配加15-20%二級焦炭的情況下，高爐基本爐況長期保持基本穩(wěn)定，各項指標達到國內(nèi)同類型高爐中上水平。

（1）高爐體體適時監(jiān)控和控制爐缸中心、圓周溫度穩(wěn)定，操作制度和控制標準的優(yōu)化，是高爐長壽的基礎(chǔ)；冷卻壁在線修復(fù)和后期維護、監(jiān)控是高爐指標穩(wěn)定和提升的主要保障。

（2）銅冷卻棒在3、4#高爐薄壁爐襯銅冷卻壁上的應(yīng)用能滿足冷卻要求，并從安全方面解決了爐殼溫度過高，有抑制可能發(fā)生的冷卻壁燒穿和降低周邊冷卻壁立管燒損的機率，對高爐的順行和各項指標提升起到重要作用。

（3）加強軟水聯(lián)合密閉循環(huán)冷卻，必須從冷卻制度的規(guī)范做起，把冷卻制度做為高爐安全生產(chǎn)的重要工作來抓。