摘要对宝钢不锈钢2500m³高炉冷却板破损情况进行了分析，认为冷却板破损的主要原因是冷却板的设计及安装不合理、冷却水水质控制不好、高炉休风率高等。采取的主要对策和防范措施有：增加冷却水量，强化冷却；压浆造衬；加强设备维护，减少非计划休风率；加强水质管理，定期清洗冷却系统；控制高炉边缘煤气流等。

关键词 高炉 冷却板 冷却系统 维护

1冷却设备的特点和现状

      宝钢不锈钢2500 m³高炉于1999年10月8日建成投产。设计利用系数2．0，高炉一代炉龄12年，无中修。根据高炉各部位热负荷的分布情况，2500m³高炉采用了多种冷却设备：炉底采用水冷管，炉缸及风口带采用光面冷却壁；炉腹采用强化型球墨铸铁镶砖冷却壁，冷却壁设有双层冷却水管，其凸台和角部设有水管强化冷却；炉腰至炉身下部采用双路六通道纯铜冷却板；炉身中部采用单路四通道纯铜冷却板，炉身中上部采用单路四通道钢冷却板，炉身上部采用3段球墨铸铁镶砖冷却壁并结合长条型炉喉钢砖。冷却设备的特点是板壁结合，并可对损坏的冷却板进行更换。

      冷却系统由清循环冷却系统和纯水密闭循环冷却系统两部分组成。清循环冷却系统分为高压、中压净循环水两部分。高压净循环水主要供水部位为风口小套、十字测温、炉顶洒水装置和炉顶气密箱冷却。中压净循环水所供部位为风口中套、风口段冷却壁、炉缸冷却壁、热风炉区域用水。纯水密闭循环冷却系统主要用于炉底水冷管、炉腹冷却壁、炉腰至炉身冷却板和炉身上部铸铁水冷壁等。炉腹冷却壁、炉身冷却板、水冷壁的给排水系统为串联系统，冷却板的给排水分成6个并联子系统，每层给排水分成4个区域，每个区域的给排水管路上设有调节阀和电磁流量计，操作中可根据每个区域的热负荷调节其冷却强度(见图1)，具有调节灵活等特点。缺点是局部增大水量会影响其他区域的水流量。

      近年来，随着高炉冶炼技术的不断提高，2500m³高炉各项技术指标不断改善，见表1。

      随着冶炼强度的提高，2500 m³高炉炉体热负荷呈上升趋势，水温差波动频繁，2002年相继出现冷却板烧坏现象，且每年递增，2005年更是达到了45块。伴随冷却板的烧坏，炉皮发红、炉皮与冷却板法兰管开裂等现象也明显增加，2005年分别达到88次和166处(见表2)。

       通过对所更换冷却板和炉皮发红、开裂部位的调查发现：①冷却板损坏主要集中在水量较难控制的炉身P16～P21段，炉皮发红、开裂也主要集中在此区域。②冷却板之间和前端的砖衬已大部侵蚀和脱落，冷却板基本裸露在炉内，和炉料直接接触(如图2所示)。

      冷却板的大量破损，炉皮的发红和开裂，给2500m³高炉生产操作及维护工作带来了巨大威胁和压力。分析原因并找出相应对策就成为2500 m³高炉长寿工作的重中之重。

2冷却板破损原因分析

2．1  先天不足

    2500m³高炉在砌筑安装冷却板时，由于冷却板安装孔最大通径只有450 mm，尽管冷却板后端尺寸也为450mm，但由于安装孔变径处的尺寸小于450mm因此造成冷却板安装无法到位，冷却板只能插入2／3左右。在此情况下，被迫对所有冷却板安装孔进行人为切割(如图3所示)，实际切割的情况是切El参差不齐。加之工期原因，并未对切割部位实施打磨消除应力的相关工作。这就为今后高炉炉皮受热膨胀，炉壳变形，炉皮与冷却板法兰管交接处挤压开裂埋下了祸根。

2．2原设计方面的原因

    (I)托台设计不合理。为安装冷却板构筑平台，在2500m³高炉炉壳内，共设计有3层环形托台，这3层铁质托台分别位于冷却板的P2～P3、P15～P16、P30～P31层之间。为确保高炉炉型结构和高炉的致密性，砖衬与炉壳、托台与砖衬的间隙之间，用填充泥浆捣实(如图4、5所示)。在施工中，托台下方及内侧的填充泥浆，由于施工空间的限制，根本无法实现捣实捣严。此隐患在高炉生产一段时间后，便暴露无疑。首先是P15～P16环带区域的砖衬温度(热电偶)上升较快(分析有窜气现象)，随后相关区域出现炉皮发红现象，接着区域周边的冷却板相继破损烧坏。在更换冷却板时，可以清楚地看到，P15～P16的托台已熔损殆尽，砖衬大部侵蚀和脱落，残存只有半块左右，可看到炽热发红的焦炭，P16段以上的冷却板基本都裸露在炉内，和炉料直接接触(如图2所示)。通过对冷却板破损部位的情况分析看，冷却板破损主要包括烧损和端部机械磨损。

  (2)设计的冷却强度偏低。首先，2500m³高炉冷却系统是以高炉利用系数2．0而设计。目前高炉产能已远远超过此水平，热流强度明显高于原设计。其次，按原设计，2500 m3高炉纯水密闭循环冷却系统设加压泵4台，3用1备。设计总水量为2100m³／h，设计压力0．7 MPa，冷却板管径为Ø33：mm×6．0mm。初步设计中，Pl～P15段冷却板支管流速在1．03～1．54 m／s；P16～P21层冷却板支管流速约1．07m／s(见表3)。通常情况下，冷却板的水速设计应大于2．O m／s。而本系统设计水速最大只有1．5m／s，冷却强度偏低。

       随着高炉冶炼强度的提高，炉体热负荷上升，水温差波动频繁，在确保最大供水量的情况下，水量调节时有捉襟见肘之感。炉身P1l～P15段冷却板水温差，最高可达到20℃。P16～P21段水温差异常活跃，10～20℃常有出现，最高时达50℃,几次炉况波动，排水排放30 min才见来水。由于此区域水量已调至最大，在边缘气流活跃时，冷却板受强大热负荷冲击，极易造成冷却板内的冷却水迅速汽化而产生严重的气阻现象，从而降低冷却板的冷却强度。经分析认为，冷却强度偏低也是导致P16～P2l段冷却板大量损坏的原因之一。

2．3冷却水水质控制不好

       纯水密闭循环冷却系统具有不结垢、无污染、冷却强度高、冷却效果好等优点。以往使用工业水冷却的高炉冷却器容易烧坏，一是由于水中含有的大量杂质在冷却过程中附着于水管壁上，形成导热性很差的水垢，导致冷却强度大大降低；二是由于疏松的水垢脱落后造成水管堵塞，使冷却器断水造成冷却设备烧坏。因此，冷却水质的好坏直接影响到冷却设备的寿命。

      2500 m³高炉纯水密闭循环冷却对水质指标尽管有严格的管理要求，但实际情况并不如人意。纯水浊度和悬浮物两项指标2005年超标几乎一倍(见表4)。

2．4高炉休风率偏高

    几年来，2500 m³高炉休风率一直居高不下，和国内同行相比，休风率属较高水平(见表5)。

    高炉频繁休风对炉身形成稳定有效的渣皮是极为不利的。渣皮经常脱落，使砖衬和冷却设备直接遭受很大的热应力，冷却设备暴露在高温煤气流中，热面温度过高，极易造成对冷却设备的损害。2004、2005年2500m³高炉冷却板损坏数量和炉皮发红、开裂次数的急剧上升，和过高的休风率及频繁休风不无关系。

3对策及防范措施

3．1  强化冷却

      设备上，2500 m³高炉在纯水密闭循环冷却系统中增加了1台冷却水泵，使整个供水系统的冷却水泵由原来的3用1备改为4用1备。冷却水总水量由原来的2100m³／h提高到2800m³／h，冷却板各段水量得到了有效提高。水量提高后，P1～P15段水温差基本控制在设计范围内，水温差偶然上升也只有10℃左右。炉身P16～P21段水量也由原来每区60 m³／h提升到每区85 m³／h左右。

       操作上，根据冷却板发生气阻现象的原理，在发现冷却板水温差急剧升高后，采取“出水外排”技术(又名“排放法”)，使冷却板水流量达到13 m³／h，相当于原来水流量的2倍，短期内强化了该部位冷却板的冷却强度。

3．2局部强化冷却

       根据P16～P21段冷却板第3、4区水温差波动较大的情况，除安装微型冷却器外，还增开2台应急强化冷却多级泵(属清水循环冷却系统，总流量为110m³／h)，对P16～P2l段第3、4区中的29～33号共5组冷却板改接清水强化冷却，加上原有的2只微型冷却器，共7组。在改接清水冷却后，每组冷却板水流量可达15 m³／h，流速为2．8m／s(原纯水冷却

系统的每根支管的流量约5．8 m³／h，流速为1．07 m／s)。通过一段时间应急强化冷却水的使用，5组冷却板的水温差最高只有10℃左右，并且未出现过汽化现象。

3．3  压浆造衬

      利用休风机会，对炉皮开裂部位进行人工焊补的同时，炉内压浆造衬也是2500m³高炉维护工作的一个重要举措。

    早在2004年，2 500 m³高炉就已经开始着手相关工作的开展，曾采用物化性能介于非水系SC一8YK和硬质压入料之间的不定形耐火材料。但效果不理想，炉皮温度仍时有上窜现象。后采用ZBL一2高炉炉衬造壁料。经过一段时间的生产实践，炉身P8段炉皮平均温度下降了6．7 ℃；P13段下降了7．6℃；P18段下降了4．2℃。高炉中下部位的炉皮温度已基本消除大于100℃的现象。目前，炉内压浆造衬已作为高炉休风的常规项目，根据休风时间的长短，确定压浆开孔数。

       在生产实践中，2500m³高炉自主开发了带灌浆孔的多功能铸铜冷却板，替代了传统的冷却板，从而避免了冷却板更换后，在炉壳开孔压浆所导致的对炉壳强度等方面带来的不利影响(见图6)。同时通过对灌浆孔的压浆造衬，在冷却板周边形成了较为致密的保护层，从而有效地保护了冷却板。

3．4加强设备维护，减少非计划休风率

    目前，2500 m³高炉计划休风采取的是联合检修模式，3个月为一个定修周期。在此段时间内，加强设备点检和维护，就成为减少非计划休风率的关键所在。非计划休风率的降低，对形成稳定的渣皮，延长冷却板的使用寿命无疑是有利的。

3．5加强水质管理，定期清洗冷却系统

    根据2500 m³高炉纯水浊度和悬浮物两项指标没能达标的情况，在责成相关部门加强水质分析和管理工作的同时，还定期对冷却系统进行酸洗和排污工作，为保护钝化过程中系统内表面形成的保护膜，控制循环水中缓蚀剂浓度在0．02％～0．05％。

3．6控制高炉边缘煤气流

    随着高炉冶炼技术的提高，特别是喷煤量的提高，高炉炉腹煤气量增加，造成高炉边缘煤气流发展。在炉况顺行的前提下，应控制好高炉边缘煤气流，这对2500 m³高炉长寿及保护冷却板具有重要的意义。

4  结语

    (1)高炉采用板壁结合的冷却设备，应充分考虑到冷却板施工及更换所带来的缺陷，合理设计。

    (2)合理选择冷却参数是延长冷却设备使用寿命的重要措施，冷却参数设计可根据高炉可能达到的利用系数、热负荷等相关参数进行设计。

    (3)稳定改善纯水水质是维护高炉冷却设备的基础措施。

    (4)压浆造衬作为延长高炉寿命，保持高炉炉型的一个手段，在高炉生产中是一个不可缺少的重要的技术措施。

    (5)降低高炉休风率有利于对冷却设备及冷却板的保护。

    (6)高炉冷却设备的损坏除了老化以外，与局部煤气流不稳，边缘煤气流发展有着密切的关系。为此，控制合理的煤气流分布是降低热负荷，保护冷却设备的有效手段。