特大型高炉冷却壁零损坏经验总结

特大型高炉冷却壁零损坏经验总结

张庆喜  王作军

  （武汉钢铁（集团）公司炼铁厂八高炉，湖北武汉  430083）

The experience summury on zero damage of large blast furnacecooling stave

Zhangqingxi wangzuojun

(he NO.8 blast furnace of WISCO ,hubei wuhan 430080)

Abstract On the NO.8 blast furnace of WISCO steel millsworked fived years,there is zero damage on blast furnace cooling stave,whichlay a solid foundation for blast furnace longevity.summed up the zero damageexperience of the cooling stave,and strengthen exploration in the blast furnacelongecity,which is extremely important for ironmaking.

Key words cooling stave blast furnace slag crust

摘要 武钢炼铁厂八高炉开炉五年来，没有损坏一块冷却壁，为高炉的长寿奠定了扎实的基础。总结冷却壁零损坏的经验，继续加强在高炉长寿方面的探索，对炼铁具有极其重要的意义。

关键词 冷却壁   高炉   渣皮

武钢8号高炉有效容积3800m³，于2009年8月1日点火投产。采用了当今世界大型高炉的先进技术与工艺：最新一代PW并罐无料钟炉顶、联合软水密闭循环系统、薄炉衬全冷却壁结构（其中2、3、5、6、7、8、9段为铜冷却壁）、烧结分级入炉、炉前全液压设备、环保型INBA、BDC干法煤气清洗系统等。8号高炉开炉六年来没有损坏一块冷却壁，我们总结出以下经验：

1 高炉外壳及冷却壁设计和优点

1.1 对炉壳的设计

对高炉炉壳进行均匀冷却，避免炉壳与炉内高温煤气接触，防止炉壳受热变形、开裂、漏气，使炉壳结构具有持久的稳定性和气密性。对炉衬进行强化冷却，在高热负荷区及铁口异常侵蚀区形成渣铁凝结保护层，延长高炉寿命。

1.2冷却壁安装设计

为了保证冷却壁的安装质量，在冷却壁安装前进行了通球试验。先用高压水冲洗清除管内的杂物，对各冷却系统的流程进行“涂色检查”。对管路严密试压，用压缩空气吹扫，用工业净化水冲洗系统。随后进行化学清洗除去锈斑。清洗液在管路中循环并浸泡一定时间，清洗后对冷却系统进行钝化预膜处理，此后冷却壁系统才投入正式进行。

8号高炉冷却壁的材质和安装结构见表1：

表1 冷却壁的安装材质和结构

1.3 铜冷却壁的特点：

1.3.1导热性

  铜的导热系数一般为340-380W（m．K）,而球磨铸铁的导热系数在常温下是27.8W（m．K）,300℃时为30.4 W（m．K），700℃时也只有22.5 W（m．K）.在结构上铜冷却壁没必要铸入无缝钢管作为冷却水通道，从而彻底消除了铸铁冷却壁中铸入钢管表面防渗碳涂层和水管与壁体间气隙等形成的热阻。所以铜冷却壁的综合导热能力比球磨铸铁冷却壁要高40倍以上。这使得铜冷却壁能承受比其他冷却器更高极的限热流强度和热冲击。

1.3.2 工作性能

  工作均匀稳定，表面温度低。铜冷却壁凭借其高导热性能力，高抗热冲击的性能，使冷却效果均匀稳定。

1.3.3易结成渣皮。

  由于铜冷却壁壁体表面温度低，很容易结成稳固的渣皮，根据国外的测定，渣皮厚度在40-60mm和150mm左右。若因炉况波动而使渣皮脱落，铜冷却壁可在很短的时间（15-20min）内重新又结成新的渣皮，这远比铸铁冷却壁需数小时才能结成新渣皮要短很多。

2 软水系统

2.1 设计

8号高炉采用密闭循环冷却系统冷却，自炉底向上共安装有15段冷却壁及16段的炉喉钢砖，共计702块冷却壁和36块炉喉钢砖，冷却介质为软水。

8号高炉软水设计总流量为5500m³/h，由两台主泵供给。其中旁通流量为2412 m³/h。高压系统为1260 m³/h（风口水量35 m³/h×36=1260 m³/h），由一台高压水泵供给；中高压系统为3018 m³/h（二套水量为25 m³/h×36=900 m³/h，直吹管水量为3 m³/h×36=108 m³/h，热风阀水量为150 m³/h×（4＋1）=750 m³/h）(4个为热风阀，1个倒流阀)。设计软水流速为2m/s.

软水密闭循环冷却的优点：

2.1.1 安全可靠

  因为采用了经过处理的软水且强制循环，可以承受热流密度的大波动，无结垢、无腐蚀、寿命长、冷却设备破损率小。

2.1.2化学性能好

由于软水中，除掉了里面的Ca^2＋,Mg^2＋，减少了对管道的侵蚀和污垢，有利于冷却壁的使用。

2.1.3冷却强度大。

使冷却壁不容易承受高热流强度的冲击，减少了冷却壁的损坏。

2.1.4铜冷却壁“氢病”的控制

  氧在铜合金中很少固溶于铜。含氧铜凝固时，氧呈共晶体（Cu+Cu₂O)析出，分布在铜的晶界上。如果将含氧铜置于含H₂还原气氛中时，氢在高温下渗入铜晶界内，与Cu₂O作用，产生高压水蒸气使铜破裂，这种现象称为“氢病”。高炉通过选择铜的理化性能来对铜的材质进行要求，同时高炉不能轻易断水和大幅降低冷却强度。

2.2 水系统的管理。

2.2.1水位走势

即高炉随时关注膨胀罐水位和每个风口进出水量的曲线变化，发现曲线有拐点，或者补水周期变短，立即联系配管工一起检查是哪里漏水，查到后立刻处理。

2.2.2水温控制

  8号高炉前4年对水温控制基本稳定，但根据武汉周围气温的变化，略作微调，8号高炉从2009年开炉到2013年底，水温基本控制在43.5℃-44.5℃之间，炉身冷却壁水温差基本控制在3.5℃-5.0℃之间。在2014年初，8号高炉对进水温度进行了新的尝试，逐渐降低到34-36℃之间，用边缘气流来稳定渣皮，冷却壁水温差依然控制在3.5℃-5.0℃之间。这样让渣皮更加稳定，有利于冷却壁的保护。

2.2.3水压和水量控制

8号高炉总水量保持5400 m³/h，水压保持在0.7MPa以上，高压水压保持在1.2-1.4MPa之间。

3 高炉的日常操作管理

3.1抓好原燃料管理

3.1.1筛网的管理

车间由考核员和副工长每天到原料检查，班组中夜班必须取样查看原燃料情况，对原燃料的变化及时跟踪反馈。对原料车间使用的分级筛和矿石筛，焦炭筛及时掌握，每次更换都要进行准确的测量、记录，并随时关注更换后粒度比例的变化。2014年8号高炉槽下筛网情况如表2、表3,

焦炭筛表2：

矿石筛及分级筛表3：

当然表格中的筛网大小有时候也根据需要适当变化。

3.1.2稳定用料结构及混用焦丁的使用。

  8号高炉现在的用料结构是：36%大烧+27%小烧+23%球团+14%澳矿（或南非矿）。烧结分级入炉，保证熟料率在85%以上。焦丁与大烧同时入炉，小烧单独入炉。尤其是回用焦丁的使用，在入炉矿石中混加回用焦丁后促进了高炉进一步强化冶炼，提高透气性，使高炉稳定顺行。因为焦炭层和矿石层各自的孔隙度相差很大，对煤气流产生阻力也不同，混装布料减轻了煤气流成分在料柱中的脉冲式变化，增强了煤气和矿石接触的机会，提高了煤气利用率。在层状冶炼中，当煤气流通过焦炭层时，这个区域内仅仅发生焦炭的气化反应，起到煤气更新作用。当煤气通过矿石层时，这个区域仅发生氧化铁的还原反应，并随着煤气在这一区域的上升，煤气中的CO浓度降低消弱了煤气的还原能力。而焦丁混装冶炼有利于扩大间接还原区域，高温区下移，降低直接还原度，使焦炭层变薄，矿石层相对变厚，延长了煤气在炉内的滞留时间，利于煤气利用率的提高。同样大量增加焦丁量后，有增大“焦窗”的作用；焦丁粒度小，容易气化优先参与熔损反应，减少了大块焦的熔损反应，使风口前焦的平均粒度增大，炉缸的焦炭强度提高，大块焦仍保持良好的料柱骨架作用。因焦丁与矿石接触面积增大，焦丁熔损时产生的CO与矿石发生还原反应变多，既强化了煤气的作用，减少了直接还原碳，又利于传热、传质和化学反应，保证了煤气流的稳定，稳定了渣皮，进而提高了煤气利用率。

2014年7月烧结矿粒度分布取样分析如表2：

表2 烧结矿粒度分布（%）

2014年6月烧结矿取样分析化学成分如表3：

表三 烧结矿化学成分（%）

2014年6月焦炭取样分析化学成分如表4：

表4焦炭的化学成分（%）

上述表格中的分析基本满足八高炉生产需求。

3.2 操作制度

3.2.1热制度和造渣制度的选择

合理的热制度和造渣制度，是高炉稳定顺行的保障，尤其对于炉身渣皮在保护冷却壁方面有很重要的作用。合理的造渣制度，要求炉渣具有良好的稳定性和流动性，具有足够的脱硫能力，对高炉炉衬侵蚀较弱。而炉缸热制度的稳定，对高炉稳定顺行极为重要。炉温的波动，容易造成软溶带的上下波动，造成炉墙结厚和渣皮大面积脱落损坏冷却壁。所以保障合理的热制度和造渣制度，对于保护冷却壁是很有好处的。2014年八高炉日常参数控制范围见表5：

表5 八高炉日常参数控制

实践证明，上表中的参数指标控制还是适合的，日常合理的操作参数有利于炉况稳定。

3.2.2煤气流的调剂

1）上部调剂

在2014年，利用休风机会观察料面形状，发现中心漏斗过深，所以偶有滑料，以至于煤气利用经常波动。我们通过缩小布料角度和布料角度差，把矿石焦炭的布料带往中心移动。通过移动布料角度，减小中心漏斗后，使中心环带坡度小，中心焦堆合适，软熔带形状成典型的倒“V”字型分布，高温区根部稳定在7-8段，整个料柱透气性良好，气流均匀，没有出现局部气流过分发展的现象，中心气流顺畅。同时将软水进水温度有过去的44℃左右逐步下调到35℃左右，稳定边缘渣皮，与往中心移动角度相配合，达到提高煤气利用的目的。煤气利用率基本稳定在48.5%-49.5%，布料制度基本是C987332651223OL98744365 22OS987221，根据原燃料的变化，再做小幅调整。

2）下部调剂

   下部调剂主要是通过调整风口的布局来完成。合理的风口布局可获得适宜的风速、鼓风动能和焦炭回旋区，使初始煤气流分布合理，炉缸工作活跃。一般情况下，提高鼓风动能可以打通中心，发展中心气流，改善煤气利用率。生产中，通过调整风口的长短，进风面积和各风口的布局来调整风口焦炭回旋区。8号高炉现在36个风口，进风面积是0.4680m²，其中有5个风口直径为120mm，其它均为130mm。

3.3 炉身粘结的处理

   铜冷却壁受到高温冲击，在渣皮的频发脱落和再黏结过程中所遭遇热冲击尤为严重。所以对炉身渣皮的恰当处理非常关键。8号高炉经过一段时间的摸索，终于总结出了一套合适的方法。尤其在2012年的冬天得到了验证。冬天是高炉炉身最容易结厚的季节，几乎每年，武钢都有高炉出现结厚，造成炉况波动，而8号高炉成功处理了结厚的问题。经过如下：

11月21号中班开始，冷却壁水温差由4.5℃降低到3.5℃，到22号降低到3℃，一直持续。而炉身温度也降低了很多。这时候判断炉身出现一定程度的粘结。决定采取抑制中心气流，发展边缘气流的布料制度来清理渣皮。22号中班，布料制度由 C987651 332223Os109 41变为C987651332223Os109 22，冷却壁水温差在23号为3.2℃。23号将制度调整为C987651 332222Os98 22，到25号冷却壁水温差逐步上升，炉身温度也回升。到29号，布料制度逐渐还原回原制度。

这次调整，是通过抑制中心气流，发展边缘气流来冲刷炉身结厚的，制度的微调，既清除了炉身结厚，又避免了炉况波动、造成渣皮突然大幅度垮掉，损坏冷却壁。为其他兄弟高炉提供了宝贵的经验。

4 效果

通过一系列的设计和操作管理措施，使8号高炉投产五年没有损坏一块冷却壁，也大量减少了风口的损坏个数，为高炉的长寿提供了保证。

5总结

   高炉是一个大型的冶炼设备，长寿对于高炉生产的冶炼成本具有很重要的意义，而冷却壁维护的好坏直接影响着高炉的长寿，同时也关系着高炉生产的安全，所以维护好高炉冷却壁是我们作为冶炼工作者一个一直探索的技术。