孫永清  趙曉敏  董  樂  梁高銘

（華菱湘鋼煉鐵廠）

摘  要  結合對湘鋼2號2580m3高爐冷卻壁破損情況研究，重點分析了2號2580m3高爐銅冷卻壁損壞原因。通過研究，認為湘鋼2號2580m3高爐銅冷卻壁破損主要與邊緣氣流發展過盛、高爐設計缺陷以及日常操作不合理等多方面因素有關。

關鍵詞  高爐  銅冷卻壁  磨損  冷卻系統  爐體維護

1  引言

湘鋼2號高爐爐容2580m3，于2010年3月23日建成投產。自投產以來，爐況穩定性一般，2014年4月27日開始爐況發生波動，氣流分布失常，雖然采用了多種手段進行恢復，但效果一直不理想，高爐依舊長期處于風量不全，燃料消耗偏高、產量低的運行狀態，爐缸堆積現象日益嚴重。鑒于2號2580m3高爐長期存在的問題，于2017年5月27日開始對高爐進行中修，實施空料線停爐清理爐缸。中修之后，爐況開始逐步改善，至2018年底，高爐日產穩定在6000t以上，燃料比也降至540kg/t以內。但是隨著產量的上升，爐體冷卻壁支管開始出現破損，雖然通過上下部調節抑制邊緣氣流，加強高爐操作與爐體硬質壓入造襯維護，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，爐內漏水嚴重，高爐不得不休風處理，嚴重影響了高爐的安全生產和經濟技術指標的提高。

2  冷卻壁破損情況

2.1  冷卻壁支管損壞情況

湘鋼2號2580高爐4段共有30個風口，風口標高14m，風口上方5段標高15.4m到17.9m，有44塊冷卻壁，共計176根支管。2018年下半年，隨著產量的上升，5段冷卻壁支管開始陸陸續續出現損壞的情況，每月損壞個數如圖1所示。

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

2.2  冷卻壁鉆孔結果

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，采用鉆孔裝銅棒并結合硬質壓入造襯的方式處理后維持生產。2018年10月15日，根據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個點開孔安裝銅冷卻棒，開孔直徑為φ110mm，開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。根據鉆孔取下的冷卻壁，測量其剩余厚度，再對比原始厚度，得出分析結果如表1所示。

從表1可以看到，5段冷卻壁的磨損呈現一定的規律性，下部標高15.4m到16.4m處冷卻壁燕尾槽都完好無缺，均未磨損，而破損區域主要集中在5段冷卻壁中上部，標高16.8到17.9m區域燕尾槽均被磨平，銅冷卻壁均不同程度的受到磨損，其中定位銷（標高17.1m）與上部的固定螺母（標高17.4m）之間是整塊冷卻壁損壞最為嚴重的區域，最嚴重的地方，冷卻壁剩余厚度不足原先70%！冷卻壁的破損區域主要集中在爐腰、爐腹交界部位，也與前人研究結論相一致[1-5]。

3  冷卻壁破損原因分析

3.1  邊緣氣流的發展

湘鋼2號2580高爐長期爐況順行差，爐內氣流不穩定，且分布不合理，主要表現在中心氣流不強，邊緣氣流發展。從圖3可以看到，2018年1-5月2號2580高爐邊緣平均溫度達到180℃以上，相比較下1-5月的中心氣流僅為390℃，邊緣氣流明顯發展過盛。邊緣氣流的過分發展，不利于熱制度的穩定，容易造成爐況波動失常，損壞冷卻設備，同時邊緣熱流強度的增大，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月雖經過調整，弱化了邊緣氣流，但長期的邊緣氣流發展已經造成爐缸側壁溫度升高，冷卻壁受到不可逆的損壞，另外從9月開始，2號2580m3高爐產量的進一步上升，更是加劇了冷卻壁的破損速率，導致從2018年9月開始，2號2580m3高爐冷卻壁支管開始出現損壞，威脅爐缸運行安全。

3.2  高爐設計的缺陷

目前國內2000m3以上的薄壁高爐的爐腹角一般在74-75℃居多，而湘鋼2號2580m3高爐爐腹角達到79°10′37"，在高爐設計之初，湘鋼2號2580m3高爐的爐腹角就存在一定的缺陷，導致爐腹位置不容易掛住渣皮，集中表現在邊緣水溫差居高不下。如圖3所示，在正常生產時，2號2580m3高爐水溫差維持在6℃以上的水平，2018年1-5月，邊緣水溫差一度達到9℃以上，爐腹渣皮穩定性明顯變差，銅冷卻壁熱面渣皮頻繁脫落后，將導致銅冷卻壁溫度升高，加之爐料的膨脹，使得銅冷卻壁被嚴重磨損，久而久之，銅冷卻壁逐漸減薄[7]。失去了渣皮的保護，冷卻壁直接受到高溫煤氣流、渣鐵接觸沖擊，長期經受機械磨損與化學侵蝕的破壞，爐腹部位的熱負荷增大，致使冷卻壁局部水管發生破損，雖經過封堵搶救，但冷卻強度的下降不可避免，導致冷卻壁壁體溫度升高，進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

由于邊緣氣流的發展，湘鋼2號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。同時爐況不穩，邊緣多次出現氣流，高爐熱制度不易把握，為穩定熱制度，2號2580m3高爐采取了大量噴吹煤粉的操作方式，2018年平均煤比達到了150kg/t。筆者認為，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，因為大量噴吹的煤粉，容易壓迫循環區，使循環區縮小、下料活躍的焦炭漏斗區域變小，會導致爐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。另外，從循環區附近吹出的粉末，容易集中到死料堆形成低透液區域，阻礙鐵水及爐渣透過死料堆，使得爐缸邊緣的渣鐵流量增加，也會進一步加劇爐缸的沖刷，不利于高爐的長壽。

4  結論

通過對湘鋼2號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行了分析，得出的主要結論如下：

（1）湘鋼2號2580m3高爐氣流分布不合理，邊緣氣流發展過盛，高溫高速的煤氣流帶著焦炭劣化后產生的粉末對爐墻產生沖刷作用，導致邊緣熱流強度增大，渣皮變薄，冷卻壁出現磨損。

（2）由于高爐的設計缺陷，5段冷卻壁不易掛渣，失去渣皮的保護，湘鋼2號2580m3高爐冷卻壁長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一般的情況下，2號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充熱量，但是長期噴吹導致爐缸中心氣流受阻，促進了邊緣氣流的發展，不利于冷卻壁的維護。

（4）邊緣氣流的發展，會加重邊緣氣流對冷卻壁的沖刷，特別是湘鋼2號2580m3高爐存在設計缺陷，不易掛渣的情況下，更應該避免采用過度發展邊緣氣流的操作方式。

5  參考文獻

[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策.2017，36（4）：10-15.

[2] 張建良，楊天鈞，王筱留，等.鋼鐵冶金分學科發展：煉鐵//[C]．2012-2013冶金工程技術學科發展報告，北京，2014．

[3] 魏麗.我國高爐使用銅冷卻壁10年來的回顧[J].煉鐵．2012，31（3）：13-16．

[4] 康磊，車玉滿，王寶海，等.高爐銅冷卻壁取樣研究及破損原因分析，2014，49（12）：28-32．

[5] 佘京鵬，陳鋼，許領舜，等．對高爐銅冷卻壁應用特性的幾點認識[J]．煉鐵．2012，32（4）：22-28．

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