寶鋼不銹鋼2 500 m3高爐冷卻板破損分析

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摘要對(duì)寶鋼不銹鋼2500m3高爐冷卻板破損狀況進(jìn)行了分析，認(rèn)為冷卻板破損的主要原因是冷卻板的設(shè)計(jì)及安裝不合理、冷卻水水質(zhì)控制不好、高爐休風(fēng)率高等。采取的主要對(duì)策和防范措施有：增加冷卻水量，加強(qiáng)冷卻；壓漿造襯；加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，減少非計(jì)劃休風(fēng)率；加強(qiáng)水質(zhì)管理，定期清洗冷卻系統(tǒng)；控制高爐邊緣煤氣流等。

關(guān)鍵詞高爐冷卻板冷卻系統(tǒng)維護(hù)

1冷卻設(shè)備的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

寶鋼不銹鋼2500m3高爐于1999年10月8日建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)利用系數(shù)2．0，高爐一代爐齡12年，無(wú)中修。根據(jù)高爐各部位熱負(fù)荷的分布狀況，2500m3高爐采用了多種冷卻設(shè)備：爐底采用水冷管，爐缸及風(fēng)口帶采用光面冷卻壁；爐腹采用加強(qiáng)型球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，冷卻壁設(shè)有雙層冷卻水管，其凸臺(tái)和角部設(shè)有水管加強(qiáng)冷卻；爐腰至爐身下部采用雙路六通道純銅冷卻板；爐身中部采用單路四通道純銅冷卻板，爐身中上部采用單路四通道鋼冷卻板，爐身上部采用3段球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁并結(jié)合長(zhǎng)條型爐喉鋼磚。冷卻設(shè)備的特點(diǎn)是板壁結(jié)合，并可對(duì)損壞的冷卻板進(jìn)行更換。

冷卻系統(tǒng)由清循環(huán)冷卻系統(tǒng)和純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)兩部分組成。清循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為高壓、中壓凈循環(huán)水兩部分。高壓凈循環(huán)水主要供水部位為風(fēng)口小套、十字測(cè)溫、爐頂灑水裝置和爐頂氣密箱冷卻。中壓凈循環(huán)水所供部位為風(fēng)口中套、風(fēng)口段冷卻壁、爐缸冷卻壁、熱風(fēng)爐區(qū)域用水。純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要用于爐底水冷管、爐腹冷卻壁、爐腰至爐身冷卻板和爐身上部鑄鐵水冷壁等。爐腹冷卻壁、爐身冷卻板、水冷壁的給排水系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，冷卻板的給排水分成6個(gè)并聯(lián)子系統(tǒng)，每層給排水分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的給排水管路上設(shè)有調(diào)理閥和電磁流量計(jì)，操作中可根據(jù)每個(gè)區(qū)域的熱負(fù)荷調(diào)理其冷卻強(qiáng)度(見(jiàn)圖1)，具有調(diào)理靈活等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是局部增大水量會(huì)影響其他區(qū)域的水流量。近年來(lái)，隨著高爐冶煉技術(shù)的不斷提高，2500m3高爐各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不斷改善，見(jiàn)表1。

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隨著冶煉強(qiáng)度的提高，2500m3高爐爐體熱負(fù)荷呈上升趨勢(shì)，水溫差波動(dòng)頻繁，2023年相繼出現(xiàn)冷卻板燒壞現(xiàn)象，且每年遞增，2023年更是達(dá)到了45塊。伴隨冷卻板的燒壞，爐皮發(fā)紅、爐皮與冷卻板法蘭管開(kāi)裂等現(xiàn)象也明顯增加，2023年分別達(dá)到88次和166處(見(jiàn)表2)。

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通過(guò)對(duì)所更換冷卻板和爐皮發(fā)紅、開(kāi)裂部位的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：①冷卻板損壞主要集中在水量較難控制的爐身P16～P21段，爐皮發(fā)紅、開(kāi)裂也主要集中在此區(qū)域。②冷卻板之間和前端的磚襯已大部侵蝕和脫落，冷卻板基本袒露在爐內(nèi)，和爐料直接接觸(如圖2所示)。

冷卻板的大量破損，爐皮的發(fā)紅和開(kāi)裂，給2500m3高爐生產(chǎn)操作及維護(hù)工作帶來(lái)了巨大要挾和壓力。分析原因并找出相應(yīng)對(duì)策就成為2500m3高爐長(zhǎng)壽工作的重中之重。

2冷卻板破損原因分析2．1先天不足

2500m3高爐在砌筑安裝冷卻板時(shí)，由于冷卻板安裝孔最大通徑只有450mm，盡管冷卻板后端尺寸也為450mm，但由于安裝孔變徑處的尺寸小于450mm因此造成冷卻板安裝無(wú)法到位，冷卻板只能插入2／3左右。在此狀況下，被迫對(duì)所有冷卻板安裝孔進(jìn)行人為切割(如圖3所示)，實(shí)際切割的狀況是切El參差不齊。加之工期原因，并未對(duì)切割部位實(shí)施打磨消除應(yīng)力的相關(guān)工作。這就為今后高爐爐皮受熱膨脹，爐殼變形，爐皮與冷卻板法蘭管交接處擠壓開(kāi)裂埋下了禍根。

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2．2原設(shè)計(jì)方面的原因

(I)托臺(tái)設(shè)計(jì)不合理。為安裝冷卻板構(gòu)筑平臺(tái)，在2500m3高爐爐殼內(nèi)，共設(shè)計(jì)有3層環(huán)形托臺(tái)，這3層鐵質(zhì)托臺(tái)分別位于冷卻板的P2～P3、P15～P16、P30～P31層之間。為確保高爐爐型結(jié)構(gòu)和高爐的致密性，磚襯與爐殼、托臺(tái)與磚襯的間隙之間，用填充泥漿搗實(shí)(如圖4、5所示)。在施工中，托臺(tái)下方及內(nèi)側(cè)的填充泥漿，由于施工空間的限制，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)搗實(shí)搗嚴(yán)。此隱患在高爐生產(chǎn)一段時(shí)間后，便暴露無(wú)疑。首先是P15～P16環(huán)帶區(qū)域的磚襯溫度(熱電偶)上升較快(分析有竄氣現(xiàn)象)，隨后相關(guān)區(qū)域出現(xiàn)爐皮發(fā)紅現(xiàn)象，接著區(qū)域周邊的冷卻板相繼破損燒壞。在更換冷卻板時(shí)，可以明白地看到，P15～P16的托臺(tái)已熔損殆盡，磚襯大部侵蝕和脫落，殘存只有半塊左右，可看到熾烈發(fā)紅的焦炭，P16段以

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上的冷卻板基本都袒露在爐內(nèi)，和爐料直接接觸(如圖2所示)。通過(guò)對(duì)冷卻板破損部位的狀況分析看，冷卻板破損主要包括燒損和端部機(jī)械磨損。

(2)設(shè)計(jì)的冷卻強(qiáng)度偏低。首先，2500m3高爐冷卻系統(tǒng)是以高爐利用系數(shù)2．0而設(shè)計(jì)。目前高爐產(chǎn)能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此水平，熱流強(qiáng)度明顯高于原設(shè)計(jì)。其次，按原設(shè)計(jì)，2500m3高爐純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)加壓泵4臺(tái)，3用1備。設(shè)計(jì)總水量為2100m3／h，設(shè)計(jì)壓力0．7MPa，冷卻板管徑為?33：mm×6．0mm。初步設(shè)計(jì)中，Pl～P15段冷卻板支管流速在1．03～1．54m／s；P16～P21層冷卻板支管流速約1．07m／s(見(jiàn)表3)。尋常狀況下，冷卻板的水速設(shè)計(jì)應(yīng)大于2．Om／s。而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)水速最大只有1．5m／s，冷卻強(qiáng)度偏低。

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隨著高爐冶煉強(qiáng)度的提高，爐體熱負(fù)荷上升，水溫差波動(dòng)頻繁，在確保最大供水量的狀況下，水量調(diào)理時(shí)有捉襟見(jiàn)肘之感。爐身P1l～P15段冷卻板水溫差，最高可達(dá)到20℃。P16～P21段水溫差異?；钴S，10～20℃常有出現(xiàn)，最高時(shí)達(dá)50℃,幾次爐況波動(dòng)，排水排放30min才見(jiàn)來(lái)水。由于此區(qū)域水量已調(diào)至最大，在邊緣氣流活躍時(shí)，冷卻板受強(qiáng)大熱負(fù)荷沖擊，極易造成冷卻板內(nèi)的冷卻水迅速汽化而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣阻現(xiàn)象，從而降低冷卻板的冷卻強(qiáng)度。經(jīng)分析認(rèn)為，冷卻強(qiáng)度偏低也是導(dǎo)致P16～P2l段冷卻板大量損壞的原因之一。2．3冷卻水水質(zhì)控制不好

純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)具有不結(jié)垢、無(wú)污染、冷卻強(qiáng)度高、冷卻效果好等優(yōu)點(diǎn)。以往使用工業(yè)水冷卻的高爐冷卻器簡(jiǎn)單燒壞，一是由于水中含有的大量雜質(zhì)在冷卻過(guò)程中附著于水管壁上，形成導(dǎo)熱

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性很差的水垢，導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度大大降低；二是由于疏松的水垢脫落后造成水管堵塞，使冷卻器斷水造成冷卻設(shè)備燒壞。因此，冷卻水質(zhì)的好壞直接影響到冷卻設(shè)備的壽命。

2500m3高爐純水密閉循環(huán)冷卻對(duì)水質(zhì)指標(biāo)盡管有嚴(yán)格的管理要求，但實(shí)際狀況并不如人意。純水濁度和懸浮物兩項(xiàng)指標(biāo)2023年超標(biāo)幾乎一倍(見(jiàn)表4)。

2．4高爐休風(fēng)率偏高

幾年來(lái)，2500m3高爐休風(fēng)率一直居高不下，和國(guó)內(nèi)同行相比，休風(fēng)率屬較高水平(見(jiàn)表5)。高爐頻繁休風(fēng)對(duì)爐身形成穩(wěn)定有效的渣皮是極為不利的。渣皮經(jīng)常脫落，使磚襯和冷卻設(shè)備直接遭遇很大的熱應(yīng)力，冷卻設(shè)備暴露在高溫煤氣流中，熱面溫度過(guò)高，極易造成對(duì)冷卻設(shè)備的損害。2023、

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2023年2500m3高爐冷卻板損壞數(shù)量和爐皮發(fā)紅、開(kāi)裂次數(shù)的急劇上升，和過(guò)高的休風(fēng)率及頻繁休風(fēng)不無(wú)關(guān)系。

3對(duì)策及防范措施3．1加強(qiáng)冷卻

設(shè)備上，2500m3高爐在純水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)中增加了1臺(tái)冷卻水泵，使整個(gè)供水系統(tǒng)的冷卻水泵由原來(lái)的3用1備改為4用1備。冷卻水總水量由原來(lái)的2100m3／h提高到2800m3／h，冷卻板各段水量得到了有效提高。水量提高后，P1～P15段水溫差基本控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，水溫差偶然上升也只有10℃左右。爐身P16～P21段水量也由原來(lái)每區(qū)60m3／h提升到每區(qū)85m3／h左右。

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操作上，根據(jù)冷卻板發(fā)生氣阻現(xiàn)象的原理，在發(fā)現(xiàn)冷卻板水溫差急劇升高后，采取“出水外排〞技術(shù)(又名“排放法〞)，使冷卻板水流量達(dá)到13m3／h，相當(dāng)于原來(lái)水流量的2倍，短期內(nèi)加強(qiáng)了該部位冷卻板的冷卻強(qiáng)度。3．2局部加強(qiáng)冷卻

根據(jù)P16～P21段冷卻板第3、4區(qū)水溫差波動(dòng)較大的狀況，除安裝微型冷卻器外，還增開(kāi)2臺(tái)應(yīng)急加強(qiáng)冷卻多級(jí)泵(屬清水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，總流量為110m3／h)，對(duì)P16～P2l段第3、4區(qū)中的29～33號(hào)共5組冷卻板改接清水加強(qiáng)冷卻，加上原有的2只微型冷卻器，共7組。在改接清水冷卻后，每組冷卻板水流量可達(dá)15m3／h，流速為2．8m／s(原純水冷卻

系統(tǒng)的每根支管的流量約5．8m3／h，流速為1．07m／s)。通過(guò)一段時(shí)間應(yīng)急加強(qiáng)冷卻水的使用，5組冷卻板的水溫差最高只有10℃左右，并且未出現(xiàn)過(guò)汽化現(xiàn)象。3．3壓漿造襯

利用休風(fēng)機(jī)遇，對(duì)爐皮開(kāi)裂部位進(jìn)行人工焊補(bǔ)的同時(shí)，爐內(nèi)壓漿造襯也是2500m3高爐維護(hù)工作的一個(gè)重要舉措。

早在2023年，2500m3高爐就已經(jīng)開(kāi)始著手相關(guān)工作的開(kāi)展，曾采用物化性能介于非水系SC一8YK和硬質(zhì)壓入料之間的不定形耐火材料。但效果不理想，爐皮溫度仍時(shí)有上竄現(xiàn)象。后采用ZBL一2高爐爐襯造壁料。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐，爐身P8段爐皮平均溫度下降了6．7℃；P13段下降了7．6℃；P18段下降了4．2℃。高爐中下部位的爐皮溫度已基本消除大于100℃的現(xiàn)象。目前，爐內(nèi)壓漿造襯已作為高爐休風(fēng)的常規(guī)項(xiàng)目，根據(jù)休風(fēng)時(shí)間的長(zhǎng)短，確定壓漿開(kāi)孔數(shù)。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，2500m3高爐自主開(kāi)發(fā)了帶灌漿孔的多功能鑄銅冷卻板，替代了傳統(tǒng)的冷卻板，從而避免了冷卻板更換后，在爐殼開(kāi)孔壓漿所導(dǎo)致的對(duì)爐殼強(qiáng)度等方面帶來(lái)的不利影響(見(jiàn)圖6)。同時(shí)通過(guò)對(duì)灌漿孔的壓漿造襯，在冷卻板周邊形成了較為致密的保護(hù)層，從而有效地保護(hù)了冷卻板。3．4加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，減少非計(jì)劃休風(fēng)率

目前，2500m3高爐計(jì)劃休風(fēng)采取的是聯(lián)合檢修模式，3個(gè)月為一個(gè)定修周期。在此段時(shí)間內(nèi)，加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢和維護(hù)，就成為減少非計(jì)劃休風(fēng)率的關(guān)鍵所在。非計(jì)劃休風(fēng)率的降低，對(duì)形成穩(wěn)定的渣皮，延長(zhǎng)冷卻板的使用壽命無(wú)疑是有利的。3．5加強(qiáng)水質(zhì)管理，定期清洗冷卻系統(tǒng)

根據(jù)2500m3高爐純水濁度和懸浮物兩項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)能達(dá)標(biāo)的狀況，在責(zé)成相關(guān)部門(mén)加強(qiáng)水質(zhì)分析和管理工作的同時(shí)，還定期對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行酸洗和排污工作，為保護(hù)鈍化過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)表面形成的保護(hù)膜，控制循環(huán)水中緩蝕劑濃度在0．02％～0．05％。3．6控制高爐邊緣煤氣流

隨著高爐冶煉技術(shù)的提高，特別是噴煤量的提高，高爐爐腹煤氣量增加，造成高爐邊緣煤氣流發(fā)展。在爐況順行的前提下，應(yīng)控制好高爐邊緣煤氣流，這對(duì)2500m3高爐長(zhǎng)壽及保護(hù)冷卻板具有重要的意義。

4結(jié)語(yǔ)

(1)高爐采用板壁結(jié)合的冷卻設(shè)備，應(yīng)充分考慮到冷卻板施工及更換所帶來(lái)的缺陷，合理設(shè)計(jì)。(2)合理選擇冷卻參數(shù)是延長(zhǎng)冷卻設(shè)備使用壽命的重要措施，冷卻參數(shù)設(shè)計(jì)可根據(jù)高爐可能達(dá)到的利用系數(shù)、熱負(fù)荷等相關(guān)參