摘要对济钢4号高炉铸钢冷却壁的破损状况及原因进行了分析，并采取了相应的维护措施，有效地减缓了冷却壁的破损速度，为炉况的稳定顺行和高产创造了有利条件。

关键词 高炉 铸钢冷却壁 破损

l概况

       高炉冷却壁是高炉炉体结构的重要组成部分，冷却壁的使用寿命直接影响到高炉一代寿命。济钢一炼铁共有6座350m3高炉，在高炉热负荷最大的区域炉腹、炉腰和炉身下部(即第4、5、6段冷却壁部位)安装了铸钢冷却壁，共计290块(见表1)，其中，一炼铁4号高炉使用铸钢冷却壁数量之多，位置之集中在国内同类型高炉中是少见的。

       铸钢冷却壁的使用，为济钢一炼铁的强化冶炼起了重要的作用，产生了可观的经济效益。但是，由于最初几年对铸钢冷却壁的特性不是十分的了解，在高炉生产使用中走了不少弯路，产生了很多操作上的失误。在近几年不断的摸索和实践中，总结了不少操作经验，对铸钢冷却壁的冷却机理有了深刻的认识和理解。

2铸钢冷却壁破损部位

      以最有代表性的4号高炉来列举破损情况。通过表2的统计可以看出，4号高炉铸钢冷却壁主要破损在斜桥侧，即主要在2～7号风口之间，集中于第5段，占了总破损冷却壁的56．3％。2001年11月份开始发现有软水支管漏水不保压以来，至2004年12月底约有42根支管漏水不保压，对不保压的软水支管改通工业水(见表3)。从表3可以发现，第5段软水支管被盲死的较多，达到了10根，集中在4～6号冷却壁，说明这些支管所在的冷却壁破损程度是较严重的。

3铸钢冷却壁破损原因分析

3．1  冷却壁材质及结构

    铸钢冷却壁具有延伸率高、抗拉强度高、熔点高、抗热冲击性及整体导热性能好等特点。但是，由于铸钢的熔点较高，在浇注过程中冷却水管很容易因浇注温度较高而变形或者被熔穿，这给铸钢冷却壁的制造带来很大的难度。而铜比铸铁、球墨铸铁或钢的导热系数要高8倍左右，加上国外高炉多为大型高炉，炉况和操作相对来说比较稳定，从而导致国外铜冷却壁的制造技术反而趋于成熟，比钢冷却壁领先一步在国外高炉上得到工业应用。因此，国内外对铸钢冷却壁的制造技术还不是十分成熟和完善，所生产的铸钢冷却壁也就难免存在瑕疵或缺陷。

    铸钢冷却壁水管和母体材质的选择也会影响产品的质量。济钢一铁所使用的铸钢冷却壁是济钢机制公司生产的，冷却壁水管和母体材质是低碳钢，若碳的含量过高，塑性就不足，易产生龟裂；并且它们的含碳量要接近，这样浇注的钢液与铸入的冷却水管之间因不存在碳的浓度差而不会产生渗碳；铸造钢还有晶粒粗大，偏析严重、铸造内应力大等缺陷。而在实际生产中，钢液的含碳量是不稳定的，必有偏析，质量难以保证。铸钢冷却壁在其结构上也有许多不足之处，主要在进出水(膨胀节)处多有死角，在这些地方的冷却水流动性变差，使其冷却支管受热不均，产生热震，在膨胀节处易开焊。

3．2冷却水

    济钢高炉所用冷却水主要是软水和工业水，一般情况下，风渣口中小套、铁口两侧冷却壁(箱)、炉喉钢砖使用工业水，其余炉体部分均用软水。因此，对冷却壁有影响的主要是软水，软水的水质如何直接影响冷却壁的冷却效果和寿命。4号高炉软水温度波动较大，膨胀罐的温度常在35～45℃，由于软水中仍然含有大量的Ca²⁺，随着水温升高，将发生化学反应，产生CaCO₃沉淀，冷却壁上产生结垢，使得冷却壁的冷却效果变差。几种钙化合物的溶解度见表4。

    冷却水管水垢与温度有很大的关系，当水垢厚度达到1 mm时，冷却壁热面最高温度会比无水垢时上升约60 ℃。这是因为水垢的导热系数仅为壁体导热系数的1／25，水垢的形成大大增大了冷却水与冷却壁之间的综合热阻；也使冷却水与冷却壁之间的综合传热系数大幅度降低，从而导致壁体温度大幅度上升。当水垢厚度增大到5mm时，冷却壁热面温度的最大值将达到840 ℃左右，这就意味着冷却壁很可能会被烧坏(通常冷却壁最高温度超过700℃，就可能烧坏壁体)。可见，日常维护中一定要严格控制冷却水的水质。

    高炉冷却壁的破损与软水流量也有很大关系。2003年6月12日以前，4号高炉的软水流量常在650～750 m³／h，不适应高炉长寿强化冶炼要求。在这之后，软水系统经过改造，采取了高炉与热风炉软水系统串并联措施，使得软水流量稳定在980～1020m³／h，保证了冷却壁的冷却效果，使得冷却壁的破损速度得到了控制。

3．3  炉内操作、原燃料及上料系统

    由于铸钢冷却壁具有较好的导热性能，能够迅速传递热量，容易粘结渣皮及熔融物，当渣皮达到一定厚度时就会自动脱落或沿炉墙砖衬滑下。当炉墙有粘结物时，就逐渐地减小了冷却壁的导热性能；当脱落时，冷却壁突然产生较大的导热能力。要是频繁地出现这种情况，冷却壁就会在热应力的作用下产生热震现象，使冷却壁破损，这也是济钢一炼铁铸钢冷却壁破损的主要原因之一。具体表现在以下几方面。

    (1)济钢一炼铁的高炉操作工习惯了对球墨铸铁冷却壁的实际操作，就是采用“压边缘，开中心”的操作思路。在这种思路下，对铸钢冷却壁是不太完全适合的。边缘压得过死，边缘气流就减少，产生的热量就少，在冷却壁不断带走热量的作用下，渣皮及熔融物很容易粘结在炉墙上。一旦气流发生改变，边缘较盛时，粘结物就会大量的脱落或沿炉墙砖衬滑下，出现热震。

    (2)无论是过去的球墨铸铁冷却壁，还是现在的铸钢冷却壁，冷却壁破损都集中在斜桥一侧，这几乎成为济钢一炼铁冷却壁破损的共因。济钢一炼铁6座高炉都采用的双钟炉顶和料车上料(在2005年2、3号高炉大修后改为无料钟炉顶)。在上料的过程中，原燃料产生了偏析，斜桥侧会有较多的小粒度原燃料堆积，对炉内的气流分布产生了极大的影响。斜桥侧的气流就较弱，带来的热量就较少，在导热性能较好的铸钢冷却壁冷却下，斜桥侧更易粘结渣皮及熔融物。

  (3)炉温的波动对冷却壁破损也有影响。由于原燃料成分和种类的频繁波动，对炉温的调节极其不利。炉缸内产生的煤气流在上升的过程中，被冷却壁吸收到的热量就会不均匀、不平衡和不稳定。

  (4)由于炉况的不稳定，频繁地出现崩塌料，对炉衬及其不利。2002年7月至2003年4月统计情况见表5，崩塌料频繁期是在2002年10、11月份，而在此期间冷却壁破损最严重，当时已达到了9块冷却壁，20根软水支管。

4防止冷却壁破损的措施

4．1炉外措施

  (1)改善冷却水水质。目前，济钢的软水温度主要靠人工手动来调节，难免温度有较大的波动，有条件时可改成自动控制，以减少水管结垢的几率。提高软水流量，也可改善冷却壁冷却效果。统计数据表明，水流量达到1 000～l 200 m³／h，支管流速1．8～2．0m／s，可以满足热负荷及热对流交换要求。另外，定时化验水质，定时加酸液来清洗水垢。

  (2)尽管强调要采用精料，但在实际生产中并没有达到最佳要求，原燃料的品种较多，变化频繁，成分波动较大，这对高炉操作和调剂带来许多困难，[Si]、[S]波动较大。3座1750m³高炉相继投产，使得原燃料供应更加紧张，350 m³高炉的原燃料已使用了40％以上的外购料。

  (3)改善铸钢冷却壁的结构和材质。要使铸钢冷却壁的水管和母体的材质尽量接近，这样浇注的钢液与铸入的冷却水管之间因不存在碳的浓度差而不会产生渗碳，从而确保冷却壁内的冷却水管不会因渗碳脆裂漏水而使冷却壁破损。同时，改进浇注工艺也是提高冷却壁性能的关键因素。

4．2炉内操作

  (1)搞好上下部调节，合理运用边缘气流。针对4号高炉冷却壁破损的部位，主要从下部来进行调剂。同时根据不同时期的冶炼强度，相应地调整风口的布局，以便维护冷却壁，防止冷却壁有更大的破损。在斜桥侧的风口主要调整的是3号和6号风口。上部调节主要采用改变料制来改变炉内上部气流的分布，4号高炉主要采用的料制是OOCC和OOO↓ CCC↓l两种料制，布料方式是一批一布和一车一布两种方式。在炉况比较稳定的情况下，一般采用OOO↓CCC↓料制和一车一布的布料方式。

    (2)针对一炼铁的供氧不稳定情况，防止富氧时多时少，就规定了富氧的最高限为2000m³／h，若富氧低于1000 m³／h，就请求调度室进行调节。同时，要进行喷吹适量的煤粉，保证全喷均喷，以便改善下部煤气流的分布，防止炉墙结厚。

    (3)在保证炉内的热制度稳定的情况下，定期地提高[S]含量，清洗炉缸内的堆积物，保证炉缸均匀活跃，有效地提高了煤气的合理分布，也减少了炉墙的粘结。另外，按时出净每炉渣铁，也是保证热制度稳定的必要条件。

5  结语

    通过上面的这些措施和手段，有效地减缓了冷却壁的破损速度，为炉况的稳定顺行和高产创造了有利条件。同时，也为铸钢冷却壁能被得到广泛应用总结出了很好的经验。对铸钢冷却壁的使用及制造要求如下：

    (1)改善冷却水的水质和提高软水支管流量；

    (2)改善原燃料条件，保证精料，达到最佳的配料；

    (3)搞好炉内操作，稳定热制度，保证炉况稳定顺行；

    (4)精心点检炉体冷却设备，出现破损或烧坏要及时处理；

    (5)改善冷却壁的材质和铸造结构，减少在工艺上所造成的缺陷。