摘  要 對(duì)宣鋼1#高爐冷卻系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析，制定了合理的冷卻制度和爐型參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，高爐爐體軟水流量控制在3400~3600m3/h，進(jìn)水溫度為42~46℃，；爐體熱負(fù)荷控制在15000~25000kJ/h。

關(guān)鍵詞 高爐  冷卻系統(tǒng)   熱負(fù)荷 分析  生產(chǎn)實(shí)踐

1 概況

宣鋼1#高爐于2012年9月~2013年3月進(jìn)行了高爐小修。這次小修主要是對(duì)所有的8

段銅冷卻壁及9段部分損壞鑄鐵冷卻壁進(jìn)行更換。

2 冷卻系統(tǒng)及設(shè)備

2.1冷卻系統(tǒng)

宣鋼1#高爐小修后仍采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。高爐風(fēng)口采用貫流式結(jié)構(gòu)，選擇高水壓1.2~1.6MPa，水流速8m/s，材質(zhì)采用含銅量＞99.7%的紫銅材料。風(fēng)口中套及熱風(fēng)閥由中壓水冷卻，選擇壓力0.9~1.1MPa。軟水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙回路供電，當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，循環(huán)水泵站2臺(tái)柴油機(jī)泵組可在停電1s后啟動(dòng)，10s泵組達(dá)到額定流量和水壓。以保證高爐冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.2冷卻壁結(jié)構(gòu)

宣鋼1#高爐本體采用全冷卻壁結(jié)構(gòu)，冷卻壁由爐底延伸至爐喉鋼磚下沿，并且在不同的部位采用不同材質(zhì)和不同結(jié)構(gòu)形式的冷卻壁。冷卻壁的固定方式采用固定點(diǎn)、滑動(dòng)點(diǎn)和浮動(dòng)點(diǎn)相結(jié)合的方式，并在爐殼與進(jìn)出水冷管間采用波紋補(bǔ)償器和保護(hù)套管進(jìn)行密封，適應(yīng)冷卻壁及爐殼的膨脹。

（1）爐身上部采用了二層倒扣式冷卻壁，使操作爐型與設(shè)計(jì)爐型始終保持一致；同時(shí)，爐身上部取消無冷區(qū)，冷卻壁經(jīng)噴涂后直接與爐料接觸，可減少其對(duì)上部布料的影響。

（2）爐腰以上取消了冷卻壁的凸臺(tái)，9~10段冷卻壁采用雙層（直冷管和蛇形管）水冷配以熱面燕尾槽滿鑲磚的薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。

（3）爐腹、爐腰、爐身下部的5段、6段、7段、8段采用了銅質(zhì)帶肋冷卻壁及內(nèi)壁噴涂技術(shù)。

2.3  爐缸爐底結(jié)構(gòu)及冷卻形式

根據(jù)國內(nèi)外高爐設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐，爐缸爐底采用“炭磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)，陶瓷杯是砌筑在炭磚內(nèi)側(cè)陶瓷質(zhì)內(nèi)襯。采用具有低導(dǎo)熱性能的陶瓷杯，目的在于降低炭磚熱面溫度，將800~1000℃等溫線應(yīng)力區(qū)盡可能長時(shí)間地控制在陶瓷杯內(nèi)，減少炭磚內(nèi)外溫差和應(yīng)力變化，緩解炭磚環(huán)裂變化。同時(shí)，陶瓷杯與鐵水化學(xué)反應(yīng)微弱、耐沖刷，并且可以阻止堿金屬對(duì)炭磚的侵入，對(duì)炭磚起到很好的保護(hù)作用。

爐缸環(huán)周砌筑的是UCAR公司生產(chǎn)的熱壓小炭塊，熱壓炭磚理化性能見表2。爐底采用國產(chǎn)大型超微孔炭磚、微孔炭磚和半石墨炭磚，其炭磚上面是剛玉莫來石質(zhì)陶瓷杯墊。爐底采用綜合水冷，冷卻水管由48根φ176*6成“N”字形排布。

3 冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的主要經(jīng)驗(yàn)

3.1高爐冶煉強(qiáng)度要和冷卻強(qiáng)度匹配

在高爐強(qiáng)化過程中，首先強(qiáng)調(diào)順行，同時(shí)又追求能量的有效利用，所以在生產(chǎn)實(shí)踐中就逐步形成了如下操作原則：發(fā)展中心煤氣流，有利于爐況順行；控制邊緣氣流，有利于避免爐墻熱損失過大；邊緣和靠近中心區(qū)保持有有兩條適當(dāng)?shù)拿簹饬鳎阌跔t料干燥和預(yù)熱還原，降低燃料比。因此，在高爐不同的冶煉條件下，不同的冶煉強(qiáng)度需要不同的冷卻強(qiáng)度與之匹配，以維持合理的操作爐型，保證高爐內(nèi)壁表面光潔、下料順暢、渣皮穩(wěn)定。宣鋼1#高爐2013.7~2014.12年高爐強(qiáng)化冶煉過程中的操作指標(biāo)與當(dāng)時(shí)冷卻強(qiáng)度的對(duì)比情況見表3.

3.2重視銅冷卻壁渣皮的穩(wěn)定

宣鋼1#高爐在爐腹、爐腰、爐身下部的5段、6段、7段、8段區(qū)域采用了銅質(zhì)帶肋冷卻壁及內(nèi)壁噴涂技術(shù)。該區(qū)域是初渣形成的軟熔帶區(qū)，爐溫變化劇烈、熱負(fù)荷波動(dòng)大，是爐內(nèi)環(huán)境最惡劣的區(qū)域。銅冷卻壁在生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用是因其卓越的導(dǎo)熱能力，在其熱面不僅能夠形成穩(wěn)定的渣皮，而且在渣皮脫落時(shí)，也能迅速重新生產(chǎn)渣皮。在渣皮損壞、再形成的過程中，冷卻設(shè)備的溫度越低，形成渣皮的速度越快，冷卻設(shè)備承受的熱疲勞周期越短，使得冷卻壁的熱疲勞得到抑制。銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性能使得壁體實(shí)際最高溫度與最低溫度之比不到0.65，而鑄造冷卻壁此值卻高達(dá)0.8~0.9，銅冷卻壁能夠承受很高熱沖擊的能力，最高可達(dá)350kW/m2。

銅的高導(dǎo)熱性能使壁體熱面與爐內(nèi)形成很大的溫度梯度，促使高爐軟熔帶液態(tài)渣牢牢地粘在冷卻壁的熱面，形成穩(wěn)定的渣皮，起到保護(hù)自己的作用。渣皮的導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅為2.0W/(m*K)，穩(wěn)定的渣皮具有很高的熱阻，降低了傳到銅冷卻壁的熱流強(qiáng)度，大大減少了熱量損失。

在高爐操作過程中，十分注重對(duì)爐腹、爐腰、爐身下部的5段、6段、7段、8段銅冷卻壁渣皮穩(wěn)定情況進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而對(duì)爐內(nèi)煤氣流分布、軟熔帶區(qū)域的大體形狀及其根部的相對(duì)位置和參數(shù)控制作出評(píng)估，以指導(dǎo)高爐操作和爐內(nèi)參數(shù)的調(diào)劑。宣鋼1#高爐2013.7~2014.12銅冷卻壁平均溫度。

4  冷卻系統(tǒng)存在的問題

宣鋼1#高爐冷卻系統(tǒng)盡管在小修中更換了部分冷卻壁，但在生產(chǎn)實(shí)踐中仍然存在著許多問題。

4.1  銅冷卻壁未獨(dú)立設(shè)置冷卻區(qū)域

宣鋼1#高爐爐腹、爐腰、爐身下部的5段、6段、7段、8段采用帶肋冷卻壁，雖然提高了該區(qū)域的成渣性能和抗高熱沖擊的能力，但是在軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，5段、6段、7段、8段的銅質(zhì)冷卻壁并沒有組成一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)冷卻區(qū)域，而是按照爐型設(shè)計(jì)理念將割斷銅質(zhì)冷卻壁分別與其他材質(zhì)的鑄鐵冷卻壁混編入高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的四個(gè)爐體子系統(tǒng)區(qū)域，由此而造成同一冷卻區(qū)域中銅質(zhì)冷卻壁和鑄鐵冷卻壁的導(dǎo)熱、成渣、抗熱等多方面的性能差異。由于兩種冷卻壁材質(zhì)差異的存在，當(dāng)5段、6段、7段、8段銅冷卻壁的渣皮大幅度脫落時(shí)，短時(shí)間內(nèi)提高了由8段冷卻壁進(jìn)入9段、10段冷卻壁的熱流強(qiáng)度。由此對(duì)9段、10段鑄鐵冷卻壁形成較高的熱沖擊力。這種短時(shí)較高熱沖擊力的破壞性十分明顯，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是大量脫落的渣皮直接進(jìn)入爐缸參與直接還原反應(yīng)，消耗爐內(nèi)大量熱量，改變爐渣性能，引起上部氣流或邊緣管道的形成；二是表現(xiàn)在對(duì)設(shè)備的損壞上，造成鑄鐵冷卻壁的損壞和其對(duì)應(yīng)進(jìn)出水管的崩裂等。

給予對(duì)銅質(zhì)冷卻壁作用效果的分析和國內(nèi)外使用銅質(zhì)冷卻壁的實(shí)際，結(jié)合宣鋼1#高爐爐腹、爐腰、爐身各段冷卻壁的分布、材質(zhì)性能及軟水系統(tǒng)的分區(qū)管理情況，有必要將5段、6段、7段、8段銅冷卻壁獨(dú)立設(shè)置冷卻區(qū)域。

4.2 爐缸結(jié)厚和爐底堆積

（1）爐缸結(jié)厚。由于宣鋼1#高爐爐型中爐缸爐底采用“炭磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)，而UCAR公司熱壓小炭塊生產(chǎn)工藝使炭磚以閉氣孔為主，陶瓷杯被侵蝕之后，能夠阻止鐵水向炭磚內(nèi)部滲透，使鐵水對(duì)炭磚的侵蝕主要在炭磚表面進(jìn)行，有效地降低了鐵水對(duì)炭磚的物理、化學(xué)侵蝕，有利于高爐長壽。但是，從冷卻方面來考慮問題時(shí)，由于陶瓷杯被侵蝕完了之后炭磚導(dǎo)熱系數(shù)的提高，改善了冷卻效果，降低了砌體的溫度，在相同的冷卻強(qiáng)度下易造成爐缸結(jié)厚。從開爐后的生產(chǎn)實(shí)際和爐缸各部位溫度來看，也印證了這種推測(cè)。

（2）爐底堆積。宣鋼1#高爐爐底堆積是伴隨著入爐原料鈦負(fù)荷的升高和陶瓷杯被侵蝕完了之后，冷卻強(qiáng)度被“自然”地提高而逐步形成的。宣鋼1#高爐從2013.7~2014.12統(tǒng)計(jì)的爐底各層炭磚的中心溫度和入爐原料鈦的收支情況。

隨著爐底爐缸的不斷被侵蝕，即使在相同軟水流量和進(jìn)水溫度條件下，爐底爐缸卻被“自然”地強(qiáng)化冷卻了，由此而帶來的爐缸結(jié)厚和爐底堆積問題將會(huì)越來越明顯。

4 結(jié)語

（1）在宣鋼1#高爐強(qiáng)化冶煉過程中，逐步摸索出適合自身爐型的冷卻制度和爐型參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)。目前，宣鋼1#高爐爐體軟水流量控制在3400~3600m3/h，進(jìn)水溫度控制在42~46℃；爐體熱負(fù)荷控制在15000~25000kJ/h；5段、6段、7段、8段、9段、10段冷卻壁的平均溫度分別控制在55~60、60~70、70~80、60~70、100~120、110~130℃等。

（2）由于銅質(zhì)冷卻壁和鑄鐵冷卻壁存在材質(zhì)、性能上的差異，宣鋼1#高爐下一步可以將爐腹、爐腰、爐身下部的5段、6段、7段、8段銅質(zhì)冷卻壁設(shè)置為獨(dú)立冷卻區(qū)域，與鑄鐵冷卻壁冷卻區(qū)域分離設(shè)置，這樣有利于穩(wěn)定爐況和減少冷卻設(shè)備的損壞。