邯钢8#高炉冷却壁破损分析

李永朝  高远

（河钢股份有限公司邯郸分公司）

摘  要：对邯钢8#高炉炉腹炉腰和炉身中下部的铜冷却壁和风口带冷却壁的破损情况进行了调查：第6段冷却壁存在挠度变形和磨损的形态，第7段冷却壁主要磨损形式是烧蚀和严重磨损，第8段和第9段冷却壁磨损很轻微，仍具有使用价值。分析了产生破损的原因，并指出了改进的方向。

关键词：冷却壁破损  调查   原因  改进

邯钢8#高炉有效炉容3200m³，于2009年7月投产。自2016年年初开始，铜冷却壁出现破损，并且破损范围不断扩大，其中炉腹冷却壁水道在1年内破损率达到40%，被迫大面积加装点式冷却器维持冷却功能。由于炉型不规则，生产异常被动。

2017年2月28日至3月20日停炉中修，更换了炉腹、炉腰、炉身一层和二层共计四层铜冷却壁。这四层铜冷却壁的内衬配置情况为：炉腹、炉腰和炉身一层无镶砖，内衬配置形式为半干法喷涂耐高温型喷涂料；炉身二层镶砌氮化硅结合碳化硅砖，镶砖槽内部分为40mm，槽外部分为150mm。

停炉检修期间，对冷却壁破损情况进行了调查。由于冷却壁拆除工艺是按照炉内不进人的方案执行的，无法对降料面后炉内冷却壁的整体情况进行调查，故冷却壁的破损情况调查均是在冷却壁拆下吊至炉外后进行的。

1 整体观感

观察拆下的冷却壁，9段虽然有6块破损，但其余的冷却壁比较完好，8段整体比较完好，7段破损最严重，6段虽然没有破损，但是磨损情况也比较严重。

从破损形态来看，7段和6段主要是磨损，7段中下部和6段上部磨损均比较严重，磨损区域上下连在一起；9段的磨损区域基本都在冷却壁上沿向下延伸250mm左右，未磨损的区域则比较完好，槽内镶砖仍在，磨损区和未磨损区界限非常明显。

2 各段冷却壁磨损情况

2.1 第6段（炉腹）

截止停炉前，第6段冷却壁没有出现破损。从拆下的冷却壁观察，作为炉衬的喷涂料已不复存在，冷却壁的形态有两个特点：挠度变形和磨损。

挠度变形。大约50%第6段冷却壁在长度方向上存在明显的挠度变形，及中间两头向炉内弯曲，状似小船，见图1。由于第6段冷却壁长度达2.832米，而且铜本身刚度不大，所以产生的变形较为严重。挠度变形对冷却壁寿命由较大的影响，容易造成冷却壁冷面窜气，影响冷却强度，还可能导致冷却壁突出到炉内的局部磨损或严重烧蚀。

图1 第6段冷却壁的挠度变形情况

磨损。第6段冷却壁几乎每块都有磨损，并且磨损的区域和面积都相近。磨损严重的区域均位于冷却壁的上半部，下半部较轻微，下端部仅边角有所磨损；该段冷却壁燕尾槽共26个，而拆下来的绝大多数冷却壁燕尾槽肋条只保留了16~17个，9~10个燕尾槽肋条都被磨损掉了，磨损面积占冷却壁热面的35%~38%，见图2。

图2 第6段冷却壁磨损情况

2.2 第7段（炉腰）

截止停炉前，第7段冷却壁共损坏85根水道，分布于27块冷却壁上，是8#高炉冷却壁破损最严重的区域。拆下来的冷却壁有两种类型，产生烧蚀的和磨损严重未产生烧蚀的。

烧蚀。此种类型的冷却壁均为水道漏水后断水并加装点式冷却器，烧蚀主要产生在冷却壁的边缘等冷却较差的地方，整个壁体的磨损也更为严重，壁体变得更薄，进而挠度变形更为严重，见图3和图4。结合历次按照点式冷却器时钻孔情况，认为产生烧蚀的原因主要有两种情况：一是冷却壁破损后，由于养护不住，很快就不得不将水道断水并压浆灌实，在休风加装点式冷却器之前，该部位已经是只有内衬的“无冷区”，铜质壁体失去冷却的“防护”后极易易产生烧蚀；二是加装点式冷却器之后，点式冷却器的冷却能力比完好的冷却壁相差较大，壁体仍存在“无冷区”，尤其是冷却壁的边角区域，点式冷却器无法有效覆盖到，逐步产生烧蚀。

烧蚀的冷却壁主要是从高炉南部和东部的两个吊装口吊出，判断应为19~20区和5~7区的部分冷却壁。

图3  第7段冷却壁破损和烧蚀情况

图4  第7段冷却壁挠度变形情况

严重磨损。第7段冷却壁磨损很严重，每块冷却壁均存在磨损。该段冷却壁长2.77米，共25个燕尾槽，所有冷却壁只保留了5~7个槽，磨损的燕尾槽肋条高达18~20个，磨损面积占冷却壁热面面积的72%~80%。磨损从冷却壁的中上部开始，向下延伸至第六段上部。壁体磨损最严重的部位并不是下端部，而是发生在中下部。壁体磨损情况见图5。

图5  第7段冷却壁磨损情况

2.3 第8段（炉身一层）

第8段冷却壁属于高炉的炉身下部，截止停炉前未发生水道破损的情况。观察拆下的壁体，燕尾槽内无残余喷涂料，绝大多数冷却壁磨损较轻，壁体肋条的棱角均已磨圆；该段冷却壁未见明显的挠度变形，分析认为主要是壁体长度较短，为2.308米，较第6段和第7段短0.5米左右。应该说，第8段冷却壁基本完好，仍有使用价值。具体见图6。

图6  第8段冷却壁情况

2.4 第9段（炉身二层）

第9段冷却壁也属于炉身下部区域，截止停炉前共损坏水道12根，分布在6块冷却壁上。冷却壁壁体上端部的磨损是导致破损的主要形式，上端部磨损比较齐整，犹如切割状将水道的顶部磨漏，见图7。而破损冷却壁的其余部位则相对完整，超过一半的燕尾槽槽内尚有残余的镶砖。图7是未安装点式冷却器、采取穿管修复的形态，冷却能力损失不大。

图7  第9段冷却壁破损情况

而安装点式冷却器的破损冷却壁则存在烧蚀的情况。加装点式冷却器后冷却功能损失较大，冷却壁边缘烧蚀较为严重，壁体上部也存在变形。见图8。

图8加装点冷的冷却壁烧蚀情况

除了6块破损的冷却壁之外，其余冷却壁比较完好，大部分冷却壁的大部分燕尾槽内还存在镶砖，由此可见，碳化硅结合氮化硅镶砖用在铜冷却壁上可以保证较长的使用寿命。见图9。

图9  第9段冷却壁残余镶砖情况

2.5 风口带

风口带冷却壁材质为球墨铸铁，未在此次中修更换之列。2011年底小修时已经发现风口带冷却壁母体产生了烧损，未予更换，仅重新砌砖了风口组合砖。2016年5月份高炉休风时曾对组合砖情况进行调查，大套上沿组合砖完全侵蚀，大套中部组合砖剩余厚度大约为原始厚度的一半，大套下沿组合砖基本维持原始厚度，亦即组合砖差不多侵蚀了一半。而此次中修停炉，扒炉是从炉内观察，风口组合砖已经消失殆尽，在停炉前将近一年的时间里风口组合砖侵蚀极快。

风口冷却壁未有破损的情况，烧蚀的区域很明显，基本上是大套上沿300mm开始至壁体的上沿，烧蚀区域的高度约600mm，见图10。

图10  风口带冷却壁烧蚀情况

3 分析和建议

    国内3000m3级高炉铜冷却壁破损不是个别现象，同时大型高炉风口带冷却壁也出现烧蚀甚至破损现象，下面就邯钢8#高炉的破损情况进行分析，并尝试在分析的基础上给出解决方案。

3.1 炉腹和炉腰

这两段冷却壁所处的位置是软融带的核心区，冷却壁的内衬承受高温热气流冲刷、熔融态渣铁的侵蚀和有害元素的破坏，内衬损坏完毕后铜冷却壁就会直接面对严酷的工作环境。尽管铜冷却壁的渣皮重建能力极强，但是粘结渣皮的能力相比耐材来讲是非常弱的，渣皮频繁处在脱落、重建的反复循环中，脱落的渣皮对铜冷却壁的磨损、渣皮脱落时热气流对铜冷却壁表面的冲刷和热冲击，造成铜冷却壁表面严重磨损，进而就会产生破损。8#高炉2015年和2016年期间的压量关系频繁“画弧”现象和四次严重炉况失常，就是软融带存在微小气流、渣皮大幅波动的表现和结果，而此时冷却壁已经没有内衬的保护，使得炉腹和炉腰冷却壁的磨损更为严重。

因此，延长炉腰和炉腹铜冷却壁的寿命，除了炉内操作层面的措施，改进冷却壁内衬也非常关键。本次中修铜冷却壁全部镶砌了氮化硅结合碳化硅砖，并采用了“犬牙交错”的布置型式，不仅有利于喷涂料的粘结，也有利于粘结并“固定”渣皮。见图11。同时，为了保证镶砖不会过早被冷却壁燕尾槽卡口“剪切”掉，镶砖在燕尾槽槽外厚度和槽内的厚度之比不大于2。

图11  8#高炉中修铜冷却壁镶砖图

同时，为最大限度减少这两段冷却壁的挠度变形，也可以考虑将长度为2.8米的壁体一分为二，及炉腰和炉腹均由两段长度为1.4米左右的铜冷却壁组成，对冷却强度基本没有影响，仅增加两层的外部配管，日常的点检和水管维护量有所增加。

3.2 炉身下部

第8段和第9段位于炉身下部，第8段冷却壁完好，反而是第9段冷却壁有个别破损的情况，比较特殊，从高炉冶炼工艺上说不通。在高炉设计时，由于铜冷却壁的厚度和铸铁冷却壁不同，而冶炼工艺要求必须保证各段冷却壁热面是平齐的，因此，设计者在第9段和第10段冷却壁的接壤处设计了微小的拐点，如图12所示，使得第9段铜冷却壁上端部暴露在炉内，更容易遭受含尘煤气流的冲刷，从而出现严重磨损最终破损。

图12 第9段和第10段冷却壁接壤处图示

鉴于上述情况，高炉设计时，不仅要考虑冷却壁安装的便利性，更要照顾到高炉冶炼工艺的需求，尽可能避免出现与高炉炉型不一致的拐点出现。

3.3 风口带

风口冷却壁烧蚀甚至破损的情况比较少见，是近年来才出现的新问题。8#高炉在2011年底中修即发现风口冷却壁母体上部出现烧蚀，重新砌砖风口组合砖后使用至今。

经分析，认为造成风口带耐材严重侵蚀、冷却壁烧蚀的主要原因是设计因素。

一是工艺炉型和结构炉型不一致。如图13所示，8#高炉风口中心线至风口带冷却壁上沿的高度为1.385米，其中冷却壁上部785mm区域属于工艺炉型的炉腹范畴，在冶炼过程中其工作环境远比处于同一块冷却壁的其他区域恶劣，风口带冷却壁的冷却强度满足不了它的需要，因此造成风口组合砖上部过早侵蚀，进而导致冷却壁烧蚀。

图13  风口区域设计

二是冷却壁的设计缺陷。如图14所示，风口带冷去壁为特异型冷却壁，内壁水管布置较为复杂。每块冷却壁内有三根水管，这三根水管为前中后布置，也就是说，真正离冷却壁热面较近的只有一根水管，而中间和后面的水管离热面较远，对冷却能力的贡献非常有限，因此，冷却壁的整体冷却能力甚至比炉缸侧壁的光面冷却壁还弱，如何能抵挡得住炉腹区域的恶劣环境！

图14  风口带冷却壁设计图

为了避免风口带冷却壁损坏，可以通过三种方法改进设计来达到增强冷却效果。一是将风口冷却壁设计成光面型，和炉缸侧壁冷却壁一样，内部水管位于同一列，同时将风口组合砖改成炉腹区域耐侵蚀耐碱和耐锌性能更好氮化硅结合碳化硅镶砖，和炉腹一致。二是将风口带冷却壁上部属于工艺炉型炉腹范畴的区域改造，减薄该区域铸铁冷却壁的厚度，减下来的空间加设铜冷却板，内衬型式基本不变。此种设计改进效果有保障，也有若干成功的先例。三是风口冷却壁长度缩短，原来上部600mm的区域改为铜冷却板，内衬和炉腹一致。

4 结语

    （1）邯钢8号高炉第7段冷却壁破损最为严重，第6段冷却壁虽尚未破损，但是挠度变形和磨损也较为严重。磨损严重的部位是第7段冷却壁的中下部和第6段冷却壁的上半部分。

    （2）第8段和第9段冷却壁磨损比较轻微，仍具有使用价值。