孫永清  趙曉敏  董  樂(lè)  梁高銘

（華菱湘鋼煉鐵廠）

摘  要  結(jié)合對(duì)湘鋼2號(hào)2580m3高爐冷卻壁破損情況研究，重點(diǎn)分析了2號(hào)2580m3高爐銅冷卻壁損壞原因。通過(guò)研究，認(rèn)為湘鋼2號(hào)2580m3高爐銅冷卻壁破損主要與邊緣氣流發(fā)展過(guò)盛、高爐設(shè)計(jì)缺陷以及日常操作不合理等多方面因素有關(guān)。

關(guān)鍵詞  高爐  銅冷卻壁  磨損  冷卻系統(tǒng)  爐體維護(hù)

1  引言

湘鋼2號(hào)高爐爐容2580m3，于2010年3月23日建成投產(chǎn)。自投產(chǎn)以來(lái)，爐況穩(wěn)定性一般，2014年4月27日開(kāi)始爐況發(fā)生波動(dòng)，氣流分布失常，雖然采用了多種手段進(jìn)行恢復(fù)，但效果一直不理想，高爐依舊長(zhǎng)期處于風(fēng)量不全，燃料消耗偏高、產(chǎn)量低的運(yùn)行狀態(tài)，爐缸堆積現(xiàn)象日益嚴(yán)重。鑒于2號(hào)2580m3高爐長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，于2017年5月27日開(kāi)始對(duì)高爐進(jìn)行中修，實(shí)施空料線(xiàn)停爐清理爐缸。中修之后，爐況開(kāi)始逐步改善，至2018年底，高爐日產(chǎn)穩(wěn)定在6000t以上，燃料比也降至540kg/t以?xún)?nèi)。但是隨著產(chǎn)量的上升，爐體冷卻壁支管開(kāi)始出現(xiàn)破損，雖然通過(guò)上下部調(diào)節(jié)抑制邊緣氣流，加強(qiáng)高爐操作與爐體硬質(zhì)壓入造襯維護(hù)，但是冷卻壁支管破損速率仍未緩解，部分冷卻壁支管完全損壞，爐內(nèi)漏水嚴(yán)重，高爐不得不休風(fēng)處理，嚴(yán)重影響了高爐的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提高。

2  冷卻壁破損情況

2.1  冷卻壁支管損壞情況

湘鋼2號(hào)2580高爐4段共有30個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口標(biāo)高14m，風(fēng)口上方5段標(biāo)高15.4m到17.9m，有44塊冷卻壁，共計(jì)176根支管。2018年下半年，隨著產(chǎn)量的上升，5段冷卻壁支管開(kāi)始陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)損壞的情況，每月?lián)p壞個(gè)數(shù)如圖1所示。

從圖1可以看到，除2019年1月無(wú)支管損壞，其它月份均有不同數(shù)目的支管破損，破損的支管均位于5段位置，且呈現(xiàn)集中分布的特點(diǎn)。

2.2  冷卻壁鉆孔結(jié)果

由于5段部分冷卻壁上的四根支管完全損壞，高爐先后多次休風(fēng)，采用鉆孔裝銅棒并結(jié)合硬質(zhì)壓入造襯的方式處理后維持生產(chǎn)。2018年10月15日，根據(jù)事先確定的安裝方案，在5段支管完全損壞的冷卻壁上選取12個(gè)點(diǎn)開(kāi)孔安裝銅冷卻棒，開(kāi)孔直徑為φ110mm，開(kāi)孔后取下的部分冷卻壁如圖2所示。

5段冷卻壁原始厚度80mm，燕尾槽厚度30mm。根據(jù)鉆孔取下的冷卻壁，測(cè)量其剩余厚度，再對(duì)比原始厚度，得出分析結(jié)果如表1所示。

從表1可以看到，5段冷卻壁的磨損呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，下部標(biāo)高15.4m到16.4m處冷卻壁燕尾槽都完好無(wú)缺，均未磨損，而破損區(qū)域主要集中在5段冷卻壁中上部，標(biāo)高16.8到17.9m區(qū)域燕尾槽均被磨平，銅冷卻壁均不同程度的受到磨損，其中定位銷(xiāo)（標(biāo)高17.1m）與上部的固定螺母（標(biāo)高17.4m）之間是整塊冷卻壁損壞最為嚴(yán)重的區(qū)域，最嚴(yán)重的地方，冷卻壁剩余厚度不足原先70%！冷卻壁的破損區(qū)域主要集中在爐腰、爐腹交界部位，也與前人研究結(jié)論相一致[1-5]。

3  冷卻壁破損原因分析

3.1  邊緣氣流的發(fā)展

湘鋼2號(hào)2580高爐長(zhǎng)期爐況順行差，爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定，且分布不合理，主要表現(xiàn)在中心氣流不強(qiáng)，邊緣氣流發(fā)展。從圖3可以看到，2018年1-5月2號(hào)2580高爐邊緣平均溫度達(dá)到180℃以上，相比較下1-5月的中心氣流僅為390℃，邊緣氣流明顯發(fā)展過(guò)盛。邊緣氣流的過(guò)分發(fā)展，不利于熱制度的穩(wěn)定，容易造成爐況波動(dòng)失常，損壞冷卻設(shè)備，同時(shí)邊緣熱流強(qiáng)度的增大，造成可以形成的渣皮厚度減薄以及渣皮頻繁大面積脫落，降低了冷卻壁的壽命[6]。6月雖經(jīng)過(guò)調(diào)整，弱化了邊緣氣流，但長(zhǎng)期的邊緣氣流發(fā)展已經(jīng)造成爐缸側(cè)壁溫度升高，冷卻壁受到不可逆的損壞，另外從9月開(kāi)始，2號(hào)2580m3高爐產(chǎn)量的進(jìn)一步上升，更是加劇了冷卻壁的破損速率，導(dǎo)致從2018年9月開(kāi)始，2號(hào)2580m3高爐冷卻壁支管開(kāi)始出現(xiàn)損壞，威脅爐缸運(yùn)行安全。

3.2  高爐設(shè)計(jì)的缺陷

目前國(guó)內(nèi)2000m3以上的薄壁高爐的爐腹角一般在74-75℃居多，而湘鋼2號(hào)2580m3高爐爐腹角達(dá)到79°10′37"，在高爐設(shè)計(jì)之初，湘鋼2號(hào)2580m3高爐的爐腹角就存在一定的缺陷，導(dǎo)致?tīng)t腹位置不容易掛住渣皮，集中表現(xiàn)在邊緣水溫差居高不下。如圖3所示，在正常生產(chǎn)時(shí)，2號(hào)2580m3高爐水溫差維持在6℃以上的水平，2018年1-5月，邊緣水溫差一度達(dá)到9℃以上，爐腹渣皮穩(wěn)定性明顯變差，銅冷卻壁熱面渣皮頻繁脫落后，將導(dǎo)致銅冷卻壁溫度升高，加之爐料的膨脹，使得銅冷卻壁被嚴(yán)重磨損，久而久之，銅冷卻壁逐漸減薄[7]。失去了渣皮的保護(hù)，冷卻壁直接受到高溫煤氣流、渣鐵接觸沖擊，長(zhǎng)期經(jīng)受機(jī)械磨損與化學(xué)侵蝕的破壞，爐腹部位的熱負(fù)荷增大，致使冷卻壁局部水管發(fā)生破損，雖經(jīng)過(guò)封堵?lián)尵龋鋮s強(qiáng)度的下降不可避免，導(dǎo)致冷卻壁壁體溫度升高，進(jìn)一步惡化了冷卻壁的掛渣能力，大大縮短了冷卻壁的壽命。

3.3  操作的不合理性

由于邊緣氣流的發(fā)展，湘鋼2號(hào)2580m3高爐熱效率較低，2018年煤氣利用率維持在40%左右的水平，消耗偏高。同時(shí)爐況不穩(wěn)，邊緣多次出現(xiàn)氣流，高爐熱制度不易把握，為穩(wěn)定熱制度，2號(hào)2580m3高爐采取了大量噴吹煤粉的操作方式，2018年平均煤比達(dá)到了150kg/t。筆者認(rèn)為，在原燃料條件一般的情況下，采用高煤比的冶煉方式并不可取，因?yàn)榇罅繃姶档拿悍郏菀讐浩妊h(huán)區(qū)，使循環(huán)區(qū)縮小、下料活躍的焦炭漏斗區(qū)域變小，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸中心方向的氣流受阻，容易形成邊緣氣流，不利于冷卻壁的維護(hù)。另外，從循環(huán)區(qū)附近吹出的粉末，容易集中到死料堆形成低透液區(qū)域，阻礙鐵水及爐渣透過(guò)死料堆，使得爐缸邊緣的渣鐵流量增加，也會(huì)進(jìn)一步加劇爐缸的沖刷，不利于高爐的長(zhǎng)壽。

4  結(jié)論

通過(guò)對(duì)湘鋼2號(hào)2580m3高爐冷卻壁破損研究，從銅冷卻壁破損形貌及破損原因等方面進(jìn)行了分析，得出的主要結(jié)論如下：

（1）湘鋼2號(hào)2580m3高爐氣流分布不合理，邊緣氣流發(fā)展過(guò)盛，高溫高速的煤氣流帶著焦炭劣化后產(chǎn)生的粉末對(duì)爐墻產(chǎn)生沖刷作用，導(dǎo)致邊緣熱流強(qiáng)度增大，渣皮變薄，冷卻壁出現(xiàn)磨損。

（2）由于高爐的設(shè)計(jì)缺陷，5段冷卻壁不易掛渣，失去渣皮的保護(hù)，湘鋼2號(hào)2580m3高爐冷卻壁長(zhǎng)期直接接觸高溫煤氣流的沖刷與渣鐵接觸沖擊，致使冷卻壁局部水管發(fā)生破損，加劇了冷卻壁的破損速率。

（3）原料條件尤其是焦炭指標(biāo)一般的情況下，2號(hào)2580m3高爐采取高煤比的冶煉方式并不可取，大量噴吹煤粉短期雖能補(bǔ)充熱量，但是長(zhǎng)期噴吹導(dǎo)致?tīng)t缸中心氣流受阻，促進(jìn)了邊緣氣流的發(fā)展，不利于冷卻壁的維護(hù)。

（4）邊緣氣流的發(fā)展，會(huì)加重邊緣氣流對(duì)冷卻壁的沖刷，特別是湘鋼2號(hào)2580m3高爐存在設(shè)計(jì)缺陷，不易掛渣的情況下，更應(yīng)該避免采用過(guò)度發(fā)展邊緣氣流的操作方式。

5  參考文獻(xiàn)

[1] 鄧勇，焦克新，張建良，等.高爐銅冷卻壁損壞的原因及解決對(duì)策.2017，36（4）：10-15.

[2] 張建良，楊天鈞，王筱留，等.鋼鐵冶金分學(xué)科發(fā)展：煉鐵//[C]．2012-2013冶金工程技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告，北京，2014．

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[5] 佘京鵬，陳鋼，許領(lǐng)舜，等．對(duì)高爐銅冷卻壁應(yīng)用特性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J]．煉鐵．2012，32（4）：22-28．

[6] 郭光勝，張建良，劉彥祥，等.湘鋼1號(hào)高爐銅冷卻壁破損機(jī)理研究.2016，35（3）：19-24．