高炉铜冷却壁破损的原因分析与防治

王键

摘 要：很多钢铁企业高炉铜冷却壁在经过多年使用后，有时会出现冷却壁破损甚至是漏水的情况，对冷却效果和高炉运行的经济性、稳定性造成很大的影响。本文根据生产实践，结合邯钢8#高炉在运行过程中出现的铜冷却壁破损漏水问题，对其原因进行了分析，并提出了控制和解决措施。

关键词：高炉;铜冷却壁;破损漏水;原因分析;防治

高炉冷却壁是高炉冷却系统的核心部件，主要起到冷却内衬，保护炉壳和减少高炉热量损失的作用。目前，我国大型的高炉设备普遍都是采用铜制冷却壁，在高炉炉腰、炉腹及炉体下部高负荷区域采用铜冷却壁，利用其良好的导热、散热性和易于形成渣皮保护的特点，有效提高了冷却和保护性能，延长了冷却壁的使用寿命。很多钢铁企业高炉铜冷却壁在经过多年使用后，有时会出现冷却壁破损甚至是漏水的情况，对冷却效果和高炉运行的经济性、稳定性造成很大的影响。本文根据生产实践，结合邯钢8#高炉在运行过程中出现的铜冷却壁破损漏水问题，对其原因进行了分析，并提出了控制和解决措施。

1 高炉冷却系统设计特点

邯钢8#高炉于2009年7月投产，高炉有效炉容3200m3，设计利用系数2.3，年产铁水258万t，设有4个铁口，32个风口，设计一代炉龄15年。该高炉采用全冷却壁炉体结构，高炉本体分为17段，冷却系统为砖壁合一全冷却壁，软水密闭循环，炉腹、炉腰至炉身下部6～9段为4段铜冷却壁薄壁内衬;炉底炉缸采用光面低铬铸铁冷却壁，陶瓷杯、碳砖与风口组合砖综合结构。炉体共设计有808块冷却壁，合计冷却水量4000m3，其中炉体、炉底、风口大套与风口中套冷却水质为软水，设计水压0.8MPa，串联使用;风口小套、炉顶打水、炉喉钢砖、十字测温等为工业水，设计水压1.8MPa，供水量1600m3。

2 铜冷却壁破损问题及原因分析

我厂3200m3高炉在热流强度最大的炉腹至炉身下部4段采用铜冷却壁，每段圆周分布48块，每块铜冷却壁均设计有4根椭圆形水管做为水流进出通道。在高爐运行数年后，高炉冷却软水供水系统出现异常，液位下降较快，补水更加频繁，经排查确认为炉腰部位铜冷却壁漏水。在分析铜冷却壁材料性质的基础上，结合炉体运行工艺参数，认为炉况周期性波动和边缘气流发展是导致冷却壁出现磨损漏水的症结所在，其原因主要有以下：

2.1 铜冷却壁材料性能

铜冷却壁热阻小、散热性能好、工作温度低，一般以150摄氏度做为其允许使用温度，在此温度下，铜的金相组织较为稳定，各项机械性能也处于较高水平。如果铜冷却壁为纯铜材质，在超过其允许使用温度的情况下，则铜冷却壁的金相组织和工作性能将会受到很大影响，导致其高温耐磨性和耐冲刷性能下降。根据8#高炉运行工况，铜冷却壁在没有渣皮保护的时间段，其热流强度达到了180kW/m3，最高温度已超过其允许温度，因而在长期使用以后导致磨损漏水问题。此外，由于煤气中氢含量长期偏高，炉温波动较大，渣皮稳定性差，由此而带来的铜的“氢病”现象也加剧了铜冷却壁的破损。

2.2 生产原料质量差

受各种外部因素干扰，期间生产原料质量受到很大影响，焦炭机械性能较差，粒度偏小;混匀料中优质含铁料配比偏低，炉渣中镁铝比偏低。以上原因导致炉缸的透气性、透液性变差，活跃性受到很大影响，继而使死料堆体积变大了炉渣流动性较低。受此影响，高炉炉况变的极不稳定，高炉静压、冷却系统热负荷、冷却壁温度的工艺指标时常发生剧烈变化。铜冷却壁在极不稳定的工况条件下，磨损速度加剧。

2.3 布料偏析导致炉况周期性波动

高炉布料设备采用PW并罐式无钟炉顶，本身存在布料偏析的情况;此外长期生产后炉顶翻转的不对称磨损也加剧了布料偏析。布料偏析带来的则是炉温随倒罐而出现的周期性波动，继而造成渣皮脱落，冷却系统水温差和热负荷升高等问题，使冷却壁工况环境严重恶化，损坏加剧。

3 高炉铜冷却壁的保护措施

3.1 保证原料质量

选用高品质的干熄焦炭，严格控制焦炭的灰分、硫分等各项指标，保证入炉焦粒度不小于高炉技术标准要求的28mm;料场优化混匀料配料方式，提高优质含铁料配比;在原料生产的烧结工序，稳定烧结矿的氧化镁配比，保证炉渣中氧化镁含量不低于7.5%，镁铝比稳定在0.48～0.5范围内。通过稳定炼铁原料质量稳定了生产技术指标，为高炉平稳运行提供了保障。

3.2 采用上下部调节手段抑制边缘气流

边缘气流作用是影响高炉寿命，导致冷却壁损坏的重要原因。为抑制边缘气流，可采取以下措施：利用休风机会，合理添加长风口;在高炉容量和产能允许下，尽量加大矿批，以1.4m料线为基准，维持矿角40°不变，将焦角降至37.5°;保证高炉送风量，适当减少富氧量，在煤比保持100kg/t不变的基础上，风量加大至5900m3，富氧标准降低至4000m3/h。

3.3 减少布料偏析的影响

应对原有的布料系统进行改进，结合生产合理调整导罐周期，以尽量减少布料后期压量关系紧张的情况;利用休风检修的时间，对磨损严重的翻板表面衬板进行更换;针对因上料主皮带与料罐之间存在夹角而导致的炉顶翻转磨损，应在不影响上密封座的前提下，尽量减小夹角;认真研究高炉炉况的周期性变化规律，在炉温出现较大波动时，及时调整加湿量，以稳定炉温变化，实现炉况平稳过渡。

参考文献：

[1]马继文.本钢五号高炉铜冷却壁破损原因分析及处理技术的研究[J].金属世界，2009（6）.