魏 波，童 靜，陳先利

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河南安陽市 455004）

高爐冷卻壁破損原因分析

魏 波，童 靜，陳先利

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河南安陽市 455004）

根據(jù)安鋼8號高爐破損調(diào)查的結(jié)果，對冷卻壁破損的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為冷卻壁破損不但與鑄造質(zhì)量有關(guān)，而且與高爐設(shè)計(jì)缺陷、爐況難行以及操作制度也有關(guān)系，并提出了相應(yīng)技術(shù)措施。

大型高爐；冷卻壁；破損

安鋼8號高爐（2000m3級）于2005年10月15日投產(chǎn)，2008年12月20日停爐中修，連續(xù)生產(chǎn)3年2個(gè)月。其間沒有進(jìn)行中修，也沒有停爐進(jìn)行爐內(nèi)噴補(bǔ)。該高爐第一代爐役設(shè)計(jì)壽命為15年，采用了高爐長壽綜合技術(shù)。冷卻設(shè)備的壽命是決定高爐壽命的最關(guān)鍵的因素，根據(jù)安鋼的原燃料條件和多年冷卻壁高爐生產(chǎn)實(shí)踐，采用了：適宜強(qiáng)化冶煉的矮胖操作爐型；磚壁合一、薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)；銅冷卻壁＋鑄鐵冷卻壁；聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)；陶瓷杯＋水冷炭磚爐底、爐缸結(jié)構(gòu)；采用進(jìn)口高導(dǎo)熱、微氣孔率優(yōu)質(zhì)炭磚等。其中采用的最新磚壁合一技術(shù)，高熱負(fù)荷區(qū)域采用銅冷卻壁，取消凸臺，爐底至爐喉共設(shè)置14段冷卻壁。按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁見表1。

表1 全冷卻壁（鑄鐵＋銅）方案主要特征

8號高爐冷卻系統(tǒng)的工作狀況盡管與國內(nèi)投產(chǎn)的其他同類型高爐一致，但與其相比在高爐長壽方面存在許多不足。8號高爐在2006年5月出現(xiàn)第一根冷卻壁水管漏水，至2008年高爐中修已有32根水管漏水，主要集中在4、5段和8、9段。漏水時(shí)間主要集中在2007年8～9月，2007年12月到2008年的3月和2008年的8～9月，其中2007年8～9月主要是高爐所用焦炭品種改變，高爐順行較差，2007年12月到2008年3月由于焦煤緊張，焦炭質(zhì)量非常差，高爐難行、不穩(wěn)定，爐況不穩(wěn)加快了冷卻壁的破損，反過來冷卻壁的漏水促使?fàn)t況的惡化二者相輔相成，相互促長，互為因果。截至2008年12月20日停爐中修堵死14根（穿管處理失敗），穿管11根，做沉積處理5根，其中堵死和穿管的主要集中于4、8和9段球墨鑄鐵冷卻壁，5段銅冷卻壁主要采用沉積法處理。

1 冷卻壁破損情況

2008年12月20日停爐中修，停爐后從降料面情況觀察，爐缸4段風(fēng)口區(qū)冷卻壁，水管裸露有10多根，部分內(nèi)壁層變形，風(fēng)口組合磚只有下半部分，上半部分已經(jīng)不存在。特別是3#鐵口上方有兩塊冷卻壁上各出現(xiàn) 3 根以上的裸露水管，如：84#、85#、86#、87#（第十四塊，14～15#風(fēng)口之間）和120#、121#、122#（第二十塊，20～21#風(fēng)口之間），如圖1所示。6、7兩段銅冷卻壁保持完好，部分5段銅冷卻壁下部燕尾槽磨損嚴(yán)重，5段71#、142#下部工藝孔漏水，如圖2所示。

爐身8、9兩段球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁破損最嚴(yán)重，勾頭全部損壞，鑲磚基本不存在，幾乎全部露出水管，多數(shù)未燒穿，但以前灌漿堵死的水管已全部燒損。特別是8段第7塊冷卻壁已有3根水管燒毀（2#鐵口上方），8、9段42#水管全部燒穿。9段明顯被侵蝕，局部可見到鑲磚，部分水管露出，但相比8段冷卻壁保存完好些（如圖3所示）。10～14段冷卻壁完好無損。

圖1 4段冷卻壁破損狀況

圖2 5段銅冷卻壁燕尾槽侵蝕狀況

2 冷卻壁破損原因分析

2.1 冷卻壁制造問題

安鋼8號高爐冷卻壁僅使用3年就出現(xiàn)了嚴(yán)重?fù)p壞，為分析冷卻壁破損原因，對舊冷卻壁進(jìn)行了取樣分析。檢測內(nèi)容主要有抗拉強(qiáng)度、伸長率，化學(xué)成分，金相組織、石墨形態(tài)和石墨球化級別。

對損壞冷卻壁冷面取二個(gè)試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度分別為438MPa和435MPa，伸長率分別為6.5%和5.7%。

金相檢驗(yàn)報(bào)告顯示：石墨呈團(tuán)絮狀和少量蠕蟲狀，且分布不均勻，球化率4級，石墨大小5級，如圖4所示；靠近外表組織為極少量鐵素體和珠光體，珠光體含量約為珠95，如圖5所示；靠近斷口處組織為鐵素體和珠光體，珠光體含量約為珠20；擴(kuò)展裂紋沿球墨周圍鐵素體開裂。冷卻壁工作面的金相組織檢測結(jié)果表明，冷卻壁表面有嚴(yán)重滲碳并伴有氧化，脆性增加，是產(chǎn)生裂紋的源頭。冷卻壁的化學(xué)成分見表2。

按照技術(shù)協(xié)議要求，冷卻壁材質(zhì)為QT400-20，該冷卻壁附鑄試塊（厚度60～

200mm），抗拉強(qiáng)度為370 MPa，伸長率14%，主要金相組織為鐵素體（≥95%），球化級別為1～3級，球墨形態(tài)為4級以上。根據(jù)對損壞冷卻壁的化驗(yàn)分析表明，其抗拉強(qiáng)度和伸長率均

未達(dá)到要求，不滿足高爐設(shè)計(jì)使用要求，產(chǎn)品不合格。如圖6、7所示。

在球墨鑄鐵冷卻壁制造中，必須十分重視抗拉強(qiáng)度和伸長率這兩項(xiàng)性能。研究表明，性能優(yōu)良的球墨鑄鐵冷卻壁即使部分被燒壞，殘留下的部分冷卻壁也不會開裂。因此，必須吸取教訓(xùn)，引起高度重視，冷卻壁的制造必須做到精益求精。

圖3 冷卻壁損壞狀況

圖4 8段冷卻壁外表層金相組織（石墨形態(tài)）

圖5 8段冷卻壁外表層金相組織

圖6 冷卻壁內(nèi)部存在異物

圖7 冷卻壁本體出現(xiàn)異常裂縫

2.2 設(shè)計(jì)問題

從損壞的實(shí)際情況看，4段冷卻壁有一小部分為燒損，大部分為磨損，5段冷卻壁損壞主要集中在和4段冷卻壁交接的風(fēng)口正上方，主要是磨損。原因在于：

（1）薄壁爐襯的設(shè)計(jì)中，爐缸耐火磚砌筑到4段，最上部為斜面大塊蓋面磚，砌筑厚度比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)薄，雖然材質(zhì)很好，但在經(jīng)受渣鐵侵蝕、磨損后保存時(shí)間有限，對4段冷卻壁保護(hù)時(shí)間有限，最終造成爐料直接磨損4段冷卻壁。

表2 冷卻壁的化學(xué)成分

（2）4段風(fēng)口帶球墨鑄鐵冷卻壁的熱面稍突出5段銅冷卻壁熱面，銅冷卻壁的冷卻效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于球墨鑄鐵冷卻壁，易于形成渣皮，對冷卻壁有很好的保護(hù)作用，但在4、5段的交接處，因受爐料磨損較嚴(yán)重，渣皮基本不存在，突出的4段冷卻壁更易受到上部滴落高溫鐵滴的燒損。

新形勢下浙江省耕地占補(bǔ)平衡政策展望（梁邦利等） .....................................................................................2-34

（3）正因?yàn)?段冷卻壁設(shè)計(jì)中更靠近爐內(nèi)，靠近風(fēng)口小套前端，風(fēng)口循環(huán)區(qū)對4段缺少磚襯保護(hù)的上部磨損更為嚴(yán)重，造成大量冷卻水管的裸露，這種磨損一直到5段冷卻壁的下部。主要表現(xiàn)為每一個(gè)風(fēng)口的上方，銅冷卻壁都有一個(gè)磨損的圓弧型缺口，缺口最深處在風(fēng)口的正上方。

（4）高爐本體采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，從軟水泵站出來的軟水總水量設(shè)計(jì)為3650m3/h，實(shí)際水量達(dá)到4100m3/h，在入高爐前一分為二，其中550m3/h冷卻爐底，3100m3/h冷卻冷卻壁直管。其中4段冷卻壁設(shè)計(jì)流量18.5m3/h，實(shí)際流量20m3/h；5段冷卻壁設(shè)計(jì)流量18.5m3/h，實(shí)際流量20m3/h；8、9段雙層水冷冷卻壁設(shè)計(jì)流量18.5m3/h，實(shí)際流量20m3/h，外側(cè)蛇形管流量13 m3/h，完全可以滿足高爐正常生產(chǎn)的需要。并且這種形式的冷卻系統(tǒng)可節(jié)能降耗，但有一個(gè)問題就是對熱負(fù)荷依然很高的8、9段不能單獨(dú)調(diào)水，即使能夠確定該部位溫度較高，也只能通過來水溫度做整體調(diào)整，效果有限。

2.3 高爐操作

球墨鑄鐵冷卻壁的力學(xué)性能、伸長率和面收縮等，受溫度影響很大。研究表明：球墨鑄鐵溫度在400℃以下，性能保持不變，溫度再升高，抗拉強(qiáng)度迅速下降，伸長率也在400℃開始產(chǎn)生變化，這樣它的工作溫度不應(yīng)超過400℃，當(dāng)溫度過高時(shí)，就必會縮短使用壽命。

高爐操作爐型的頻繁變化會使冷卻壁內(nèi)表面的溫度產(chǎn)生波動。由于溫度的波動，使冷卻壁變形，內(nèi)應(yīng)力發(fā)現(xiàn)變化，天長日久，反復(fù)發(fā)生，產(chǎn)生熱疲勞，致使冷卻壁破損。安鋼8號高爐三年的生產(chǎn)期中，長時(shí)間爐況不穩(wěn)定，邊緣氣流過分發(fā)展，渣皮頻繁脫落，使冷卻壁外表面溫度達(dá)到了100～120℃，有時(shí)高達(dá)120～150℃，致使冷卻壁開始大量破損。一般情況下，冷卻壁溫度一般控制在60～90℃。因此，高爐操作必須抑制邊緣氣流，減少不穩(wěn)定的氣流對爐墻沖刷，發(fā)展中心氣流，保證邊緣、中心兩股氣流的合理分布。

另外，除開裂破碎外，高溫?zé)g和磨損是另一嚴(yán)重侵蝕狀況。由于爐況的波動使冷卻壁受熱表面上的渣皮反復(fù)形成與脫落，無法及時(shí)生成保護(hù)層，致使冷卻壁受到高溫?zé)g和磨損，鑲磚和鑄體逐漸減薄，減薄的程度很大，很多冷卻壁鑲磚已全部侵蝕光，能見到水管露出。

3 改進(jìn)建議

3.1 嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)

嚴(yán)把冷卻壁制造質(zhì)量，從冷卻壁的水管質(zhì)量、水管彎曲、除銹和防滲碳處理以及冷卻壁鑄造等全過程都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作。要加強(qiáng)冷卻壁出廠驗(yàn)收，保證冷卻壁的質(zhì)量，確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)缺陷

（1）針對風(fēng)口帶4段冷卻壁出現(xiàn)的問題，建議對4段冷卻壁進(jìn)行改進(jìn)，在中修時(shí)更換該區(qū)域耐材，減少對該區(qū)域的磨損，延長使用壽命。

（2）建議8段冷卻壁更換材質(zhì)，由球墨鑄鐵改為銅冷卻壁。

（3）銅冷卻壁現(xiàn)采用噴涂，噴涂料在高爐生產(chǎn)后會很快消失，建議以后銅冷卻壁也進(jìn)行鑲磚。

3.3 高爐操作

（1）加強(qiáng)高爐操作，保證高爐所需原燃料質(zhì)量，使高爐穩(wěn)定順行，避免因爐況不順造成對冷卻壁的損壞。

（2）嚴(yán)格控制冷卻壁溫度，保證其溫度不超過100℃；嚴(yán)格控制冷卻水供水溫度，盡量保持熱負(fù)荷的穩(wěn)定；增加水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，定期進(jìn)行除垢，防止水管內(nèi)結(jié)垢后降低冷卻效果。

4 結(jié)語

（1）高爐長壽技術(shù)是一種綜合技術(shù)，它與設(shè)計(jì)、制造、材質(zhì)、原燃料條件及高爐操作密切相關(guān)，應(yīng)該嚴(yán)格按照技術(shù)要求重視每一個(gè)環(huán)節(jié)，否則高爐很難獲得長壽。

（2）安鋼8號高爐的冷卻壁破損與冷卻壁制造質(zhì)量有很大的關(guān)系，高爐應(yīng)該使用合格的冷卻壁，杜絕不合格產(chǎn)品安裝到高爐上。

（3）在重視設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量及施工的同時(shí)，應(yīng)該穩(wěn)定高爐所需原燃料質(zhì)量，重視高爐操作制度，穩(wěn)定操作爐型，減少渣皮的脫落，避免冷卻壁頻繁急冷急熱。

（4）在冷卻壁出現(xiàn)問題時(shí)，采取相應(yīng)辦法確保冷卻壁的冷卻能力，避免冷卻壁破損范圍的擴(kuò)大。

[1] 張守榮.延長高爐壽命是系統(tǒng)工程.高爐長壽技術(shù)是綜合技術(shù).煉鐵，2002（1）:1-4.

[2] 程樹森，楊天鈞，薛慶國，等.長壽高爐設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案評價(jià)系統(tǒng)初探.鋼鐵，2000（5）:10-13.

[3] 陳令坤，宋木森.武鋼4號高爐冷卻壁破損的原因.煉鐵，2008（10）:13-17.

Analysis on Leakage Reason of Cooling Staves Used in Blast Furnace

WEI Bo，TONG Jing，CHEN XianLi（Ironmaking Works Anyang Iron&Steel Group，Anyang 455004，Henan China）

Based on the investigation of 8#blast furnace damage in Angang，the reasons of cooling stave damage have been analyzed，resulting in that blast furnace damage was not only related to the quality of casting metals,but also had something to do with design limitation of blast furnace and the difficulties of blast furnace condition and operation system of blast furnace hence interrelated technological measures put forward.

TG 245；

B

1006-9658（2011）01-4

2010－08－28

2010－125

魏波（1975-），男，專門從事高爐設(shè)備點(diǎn)檢

Abstract：Heavy blast furnace；Cooling stave；Damage