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新钢10号高炉冷却壁漏水治理实践的探讨

黄峥嵘，罗铭，陈立春，曾贵荣

(新余钢铁集团有限公司，江西新余338001)

摘 要：通过对新钢10号高炉炉缸四段冷却壁漏水的原因进行分析，发现热应力是导致冷却壁水管剪断的主要原因。采用U型透明管检漏及冷却壁穿管修复技术后，冷却壁漏水现象明显改善。

关 键 词：高炉；冷却壁；直冷管；穿管修复

1 前言

新钢10号高炉(2500m3)为矮胖炉型，采用串罐无料钟炉顶，有30个风口，冷却系统为联合软水密闭冷却，采用薄内衬冷却壁，送风系统配备3座改进型卡鲁金顶燃式热风炉。10号高炉于2009年11月9日16：18点火，第9天利用系数达到2.017t/m3·d，实现了安全开炉及快速达产。投产后2年内，随着原、燃料条件的波动和冶炼强度的调整，10号高炉炉缸四段冷却壁陆续有11根直冷管破损。2011年6月10日首先发现炉缸第四段123号破损，10月11日76号破损；2012年1月24日56号破损，8月31日88号破损，11月24日174号破损，25日69号、85号、84号集中破损，27日98号破损；2013年1月8日77号、83号破损。由于冷却壁直冷管持续破损，不得不采用部分工业水进行冷却。

采用工业水冷却带来的不利影响如下：首先，由于工业水水压低水质差，导致冷却效果变差，冷却壁的水温差逐渐升高，热流强度和热负荷也随之增大，造成结渣皮薄且脱落频繁，致使炉型不规整，边缘气流不稳定，炉况稳定性差，煤气利用率低，燃料比居高不下；其次，如果破损的冷却壁得不到及时处理，与之相联的上下冷却壁会逐步损坏，并蔓延至周边相邻冷却壁，严重时造成冷却壁系统失效；第三，长期大量冷却水浸泡炭砖，会影响高炉一代寿命。

2 球墨铸铁冷却壁破损机理

新钢10号高炉本体冷却结构采用最新的砖壁合一技术，高热负荷区域采用3段铜冷却壁，取消凸台，共设置15段冷却壁，风口大套无水冷。10号高炉的全冷却壁方案见表1。

球墨铸铁冷却壁金相组织的基体是铁素体和少量珠光体，生铁中的炭以球状石墨的形式存在，热导率比普通铸铁略低。当冷却壁受高温作用发生裂纹时，裂纹不向热影响区以外传播，允许的使用温度较高，通常以珠光体的相变温度760℃作为球墨铸铁冷却壁的允许工作温度。球墨铸铁冷却壁中珠光体所占的比例小于15%，当组织内珠光体发生相变时，组织会遭到破坏并产生裂纹。因此，球墨铸铁冷却壁的热面温度不能长期超过760℃。高炉炉腹、炉腰、炉身下部的热负荷较高，在炉况异常时，若热负荷超过冷却壁的最大承受能力，冷却壁热面温度超过760℃时，易发生裂纹或变形，最终造成冷却壁破损[1]。

3 冷却壁直冷管破损漏水原因

3.1 风口布局不合理

新钢10号高炉高径比为2.208，有30个风口，属矮胖多风口炉型。开炉初期风口布局为26个Ф120mm×583.5mm+4个Ф130mm×583.5mm，相对于同类型高炉而言其风口面积大，长度短，每个风口实际进风量小，风速和鼓风动能低，风口前回旋区缩短，边缘气流易发展。同时，10号高炉在上部调剂方面过分强调中心主导气流，抑制边缘，矿焦比达到21～27t/t。由于上下部调剂不合理，高炉容易产生边缘管道行程，使热负荷波动大，冷却壁水管受到较大热冲击而容易产生裂纹。

3.2 中套上翘严重

对大量入炉原燃料进行取样化验分析，发现炉料中碱金属主要来源于焦炭和煤粉中的灰分，少量来自铁矿石。锌主要来源于烧结矿和球团矿。入炉碱负荷、锌负荷分别为3.555kg/t，0.880kg/t，高出《新钢2013年2500m3高炉原燃料供应大纲》中的1.055kg/t，0.380kg/t。由于高炉内的锌蒸气顺着冷却设备周围缝隙下到风口区，在强冷却区又冷凝成液体，大量进入风口组合砖中，使风口组合砖体积膨胀或损坏，造成风口中套上翘(见表2)，最终导致局部边缘气流过强，热负荷频繁突然升高，热应力作用破坏了冷却壁水管。

3.3 原料条件劣化

受成本压力的影响，新钢10号高炉使用的烧结矿中SiO2含量较高，转鼓强度较差且烧结矿粉末较多，烧结矿返矿量由13%上升到16%～17%。10号高炉使用的烧结矿质量对比见表3。

原燃料质量波动大且强度差，在块状带易粉化，使料柱透气性变差，中心主导气流变弱或者不稳定，造成炉内渣皮的脱落，使冷却壁急冷急热，最终导致冷却壁变形进而破损。

3.4 软水水质差

10号高炉使用的软水水质与标准水质对比见表4。

4 冷却壁漏水的治理

4.1 U型透明管检漏

新钢10号高炉采用联合软水密闭循环冷却系统，其结构示意图见图1。如果冷却系统出现漏水，膨胀罐水位迅速下降，系统补水频繁，则要先排除外漏，在无外漏的情况下，采用U型透明管进行检漏。具体方法如下：首先，查找风口中、高压冷却水系统，确认是否漏水，再重点查找1～4区其中某一路水量偏少的管路；其次，短时间关闭冷却壁垂直管下供水和上回水阀门，观察压力变化情况，若压力迅速下降且不能稳定，再把该管中的排气阀打开，若能够点着火，则可确认为漏水；第三，利用透明软管逐步从第一段冷却壁排气阀上依次接水到十五段，利用U型管的原理确认哪段管路漏水；第四，如果管道漏水小，可外接工业水对漏水的冷却壁供水冷却，漏水量大则必须休风穿管处理。

4.2 转工业水冷却

当冷却壁出现漏水时，为满足高炉冷却效果且不影响周边冷却壁工作，可采取如下临时措施：

1)及时对漏水的冷却壁水管解联并对其单独控水；

2)临时调整水温，水温由之前的(37±0.5)℃降至12～18℃，并严格控制水温不超过20℃；

3)建立完善的点巡检制度，扩大高炉水温差的监测范围并建立档案，对重点部位每天监测1次，其他部位每2天监测1次。

4.3 调整送风装置

2013年4月20日，将风口布局调整为24个Ф120mm×610mm+6个Ф110mm×610mm，深入炉内的风口有效长度由404mm加长到421mm。另外，利用长期休风的机会更换了16个严重上翘的风口中套，使圆周方向的气流分布趋于稳定。

4.4 转变高炉操作理念

结合原燃料质量情况，10号高炉制定了合理的送风制度，转变了操作理念，贯彻了“发展中心主导气流，适当抑制边缘”的操作方针。通过上下部调剂的配合，高炉压差下降，透气性指数上升，高炉实现了稳定顺行。2009年11月16日—2013年9月14日，10号高炉的送风参数、布料参数见表5。

4.5 穿管

4.5.1 清理冷却壁管路

高炉休风后，先用气焊割除待修复管路上、下方法兰螺栓，再用手摇式管路疏通机反复清理冷却管内沉积的瓦斯灰及工业水结垢物，然后通高压水冲洗，最后用内窥镜检查管道内壁有无杂物。

4.5.2 冷却壁穿管

将金属软管由上方管口放入，从上到下轻轻牵引，直至DN32mm金属波纹管从下方管口出来约600mm后，安装上、下管口卡座法兰，要求法兰内金属垫片安装到位。

卡座安装完毕后，配管时将多余的金属软管切除，并用打磨机打磨割口，使割口平整。用卡环将软管卡住后装配卡座，卡座必须活接拧紧，同时将金属软管凸起的波纹压平整。然后卸开卡座，加入密封垫重新拧紧。

在进、回管接头压浆短管上装好球阀，打开下部供水阀，待上部空气排尽后关闭排气阀，打开回水阀观察有无外泄，然后关闭上下供、回水阀，观察该管压力表是否有压降，若无压降则表明穿管成功。

4.5.3 灌浆

从进水管的压浆管向金属波纹管和原破损冷却管之间灌入CB-XT无水炭素压入泥浆，确保泥浆充分填满缝隙。

4.6 冷却壁灌浆

炉缸传热机理是将炉内热量有效传递给冷却水。对于无法疏通的冷却壁水管采取的措施是灌入CB-XT无水炭素压入泥浆。冷却壁水管灌浆后能将炉内的热量有效传递到相邻的冷却管和炉皮，达到稳定凝固层的目的。

4.7 加强水质管理

1)定期检查水质，保证软水中缓冲剂浓度达到规定要求。

2)检查冷却壁、风口和炉底三个子系统的水量、水压、进水温度、水温差、热负荷等参数的变化。

3)控制好水速。冷却壁系统水速为2.0～2.5m/s，风口前端水速为10～15m/s，炉底系统水速为1.5～2.0m/s；定时检查各系统尤其是冷却系统的排汽阀门，观察排汽阀中是否集汽，如有集汽说明水流速度偏低。

5 效果

炉墙黏结脱落渣皮和热负荷大幅波动的现象明显减少，炉内煤气流分布稳定，平均煤气利用率上升0.26%。采取冷却壁治理措施前后的高炉指标对比见表6。

6 结语

冷却壁水管破损的现象在高炉冶炼中普遍存在，如果不及时治理会影响炉型和高炉寿命。采用冷却壁穿管技术可以改善冷却效果，延缓冷却壁破损。建议发现冷却水管破损后要及时停炉并进行穿管修复，以免时间长了积淀瓦斯灰和其他结垢物，最终造成冷却水管无法疏通而被迫灌浆。

参 考 文 献

[1]   张贺顺，马洪斌，陈军.首钢3号高炉炉体冷却制度的初步研究[C]//中国金属学会炼铁分会.2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集.北京：中国金属学会，2010：823-827.