馬 群，蔣 裕，高廣靜，杭桂生

(馬鋼股份公司二鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼3號高爐(1000m3)配備3座卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐，無料鐘串罐爐頂系統(tǒng)，皮帶上料，18個風(fēng)口，2個鐵口，IBAN法渣處理系統(tǒng)，干法除塵系統(tǒng)，TRT發(fā)電， AV56-14風(fēng)機(jī)。第一代爐齡于2004年4月28日起，到2016年10月20日停爐降料面放殘鐵，運(yùn)行了約12年6個月，共生產(chǎn)合格生鐵1053.53萬t，一代爐役單位爐容鐵產(chǎn)量為1.05萬t/m3。第一代爐齡，高爐利用系數(shù)偏低，爐況波動頻繁，月平均利用系數(shù)難以穩(wěn)定維持在2.7 t/m3·d以上。2016年年底經(jīng)過85天的大修改造，更換了爐缸碳磚、冷卻壁，并對高爐爐型進(jìn)行了一些優(yōu)化改進(jìn)，雙出鐵場進(jìn)行了平坦化改造。2017年1月13日第二代爐役點(diǎn)火投產(chǎn)。

1 高爐冷卻壁

第二代爐役，高爐本體共486塊冷卻壁，1-4段采用光面冷卻壁，每段均為36塊，共144塊，材質(zhì)為灰鑄鐵(HT200)，雙層冷卻，熱面蛇形管一進(jìn)一出，冷面也為蛇形管一進(jìn)一出。5-16段為球墨鑄鐵冷卻壁(QT400-20A)，共342塊，5段為風(fēng)口帶，每塊冷卻壁上蛇形水管單進(jìn)單出，6-12段每塊冷卻壁均為ABCD豎排四個熱面通道、一個蛇形冷面通道。13-16段每塊冷卻壁一根蛇形水管單進(jìn)單出。冷卻壁水管通徑 50 mm×5 mm，套管通徑 73 mm×5 mm。 第二代爐役和第一代爐役冷卻壁材質(zhì)對比見表1 。

表1 馬鋼3號高爐冷卻壁材質(zhì)第二代爐役和第一代爐役對比

2 冷卻壁破損情況

2017年1月13日投產(chǎn)，高爐達(dá)產(chǎn)順利，爐況一直順行。2017年7月13日第一根冷卻壁通道破損，9月1日第二根破損，10月份上半月連續(xù)6根破損漏水。2017年底確定破損通道共10根，覆蓋8塊冷卻壁，其中6層1塊、7層6塊、9層1塊冷卻壁，見表2。冷卻壁破損區(qū)域集中在爐腹，除7層10D以外，都在14#到17#風(fēng)口區(qū)域上部，出現(xiàn)以一點(diǎn)為中心向四周發(fā)散的特點(diǎn)。由點(diǎn)及面，破損加快[1]。

表2 2017年馬鋼3號高爐冷卻壁破損情況

2017年10月17日利用高爐計(jì)劃檢修機(jī)會對冷卻壁進(jìn)行取樣調(diào)查，并對安裝微冷部位取出冷卻壁進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測量。從取樣看最薄處冷卻壁殘厚90mm，嚴(yán)重區(qū)域在6-8層24#至36#冷卻壁之間，部分冷卻水管已經(jīng)外露。下面分兩部分對冷卻壁取樣情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要是外觀尺寸及樣體特征方面的統(tǒng)計(jì)。最后根據(jù)壁體取樣數(shù)據(jù)模擬計(jì)算出目前7層圓周方向殘厚狀況。

本次定修冷卻壁取樣共10個，其中未破損通道冷卻壁取樣6個，分別是7段冷卻壁4個和8段冷卻壁2個試樣，通道破損冷卻壁取樣4個，表3是具體情況。技術(shù)中心對7-6、7-12、7-10、7-28及8-12共5塊樣體進(jìn)行分析化驗(yàn)。

表3 冷卻壁壁體取樣記錄

7段與8段冷卻壁不含燕尾厚度正常為170mmm(冷卻壁非進(jìn)出水管處結(jié)構(gòu)是壁體170mm，燕尾78mm)。按照取樣數(shù)據(jù)14#到18#風(fēng)口壁體較薄，此處7段壁體平均厚度117mm；3#到6#風(fēng)口，7段壁體平均厚度156mm，8段壁體厚度165mm。因此7段冷卻壁高爐北側(cè)侵蝕小于南側(cè)(正南方向14#風(fēng)口)，8段冷卻壁侵蝕小于7段。圖1是樣體全圖，每組樣體下面是爐殼，中間是筑爐時灌漿料，上面是冷卻壁樣體。從取樣看爐殼處灌漿料都存在，這里只留存了2個灌漿料。

圖1 定修時冷卻壁取樣

根據(jù)壁體取樣數(shù)據(jù)，結(jié)合日常高爐壁體溫度數(shù)據(jù)，模擬畫出目前7段冷卻壁厚度，圖2。

圖2 7段冷卻壁殘厚示意圖

3 破損原因分析

3.1 冷卻壁質(zhì)量缺陷

對冷卻壁體取樣，冷卻壁試樣化學(xué)成分見表4。參照QT400—20A化學(xué)成分要求(C:3.4～4.0%，Si：1.7～2.4%，Mn:<0.4%，P:≤0.10%，S:≤0.03%)，冷卻壁試樣7-6、7-12 的Si、S含量不合格，7-10、7-28、8-12的 C含量不合格。

表4 冷卻壁試樣化學(xué)成分 %

冷卻壁試樣力學(xué)性能檢測結(jié)果見表5。參照QT400—20A力學(xué)性能要求(抗拉強(qiáng)度≥370 Mpa，屈服強(qiáng)度≥240 Mpa，延伸率≥14%)，單個指標(biāo)看：屈服強(qiáng)度均合格；抗拉強(qiáng)度僅冷卻壁試樣8-12合格，其它均不合格；延伸率均不合格。綜合三個指標(biāo)看，5個冷卻壁試樣力學(xué)性能指標(biāo)均不合格。

表5 冷卻壁試樣力學(xué)性能

3.2 高爐燃料質(zhì)量下降

3號高爐使用100%河南金馬二類濕焦，對比2017年之前，粒度下降、灰分升高、強(qiáng)度下降，指標(biāo)均不如自產(chǎn)濕焦。高爐料柱透氣性變差，高爐被迫注重、相對發(fā)展邊沿氣流，邊沿氣流比較強(qiáng)，爐腹渣皮的不穩(wěn)定，增加了冷卻壁受到的熱沖擊次數(shù)、幅度，壁體熱電偶溫度時有超350 ℃。對冷卻壁產(chǎn)生危害，特別是高溫區(qū)，危害更大。

3.3 冶煉強(qiáng)度升高

3號高爐第一代爐役高爐冶強(qiáng)較低，大修后，第二代爐役投產(chǎn)后6天達(dá)產(chǎn)，煤比很快達(dá)到150 kg/tFe，并一直穩(wěn)定在150 kg/tFe，實(shí)際爐容利用系數(shù)3.11 t/m3·d以上。在高爐冷卻壁質(zhì)量不理想、焦炭質(zhì)量不理想的條件下，必然影響爐身下部軟熔帶的位置和煤氣流的分布，加上比較發(fā)展的邊沿煤氣流，冷卻壁體溫度整體偏高，渣皮穩(wěn)定性不理想，熱沖擊頻繁，對冷卻壁危害增大[2]。

4 冷卻壁的維護(hù)對策

4.1 調(diào)整送風(fēng)制度和布料制度

4.2 合理的熱制度

穩(wěn)定充沛的渣鐵溫度是爐況順行的重要保障，同時也會減小爐內(nèi)熱震幅度。日常操作中目標(biāo)生鐵[Si]按照0.35%～0.65%， R2按照1.12-1.25，渣中Al2O3≤16.0%，鐵水溫度保持在1470 ℃-1500 ℃范圍，保持爐缸溫度充沛、穩(wěn)定。出現(xiàn)低爐溫必須及時采取增熱措施，甚至補(bǔ)加一段輕料。

4.3 加強(qiáng)冷卻壁運(yùn)行狀況監(jiān)控，超標(biāo)準(zhǔn)及時應(yīng)對

以高爐冷卻壁壁體測溫點(diǎn)溫度波動幅度和頻率來判斷冷卻壁工作狀況。以高爐6-10層冷卻壁壁體電偶溫度為主要依據(jù)，參考水溫差、熱流強(qiáng)度、爐皮溫度、環(huán)境溫度等進(jìn)行判斷(見表6、表7)。

表6 壁體溫度波動頻次監(jiān)控

表7 水溫差與熱流強(qiáng)度預(yù)警值

(1)煤氣流波動引起的墻體及水溫差波動處理原則。

A、結(jié)合高爐爐況、爐溫及煤氣利用率的變化，加輕料0.3 t/ch-0.5 t/ch或退負(fù)荷0.10-0.25，保爐況順行、穩(wěn)定爐溫。

B、分析煤氣流波動的原因，針對性調(diào)整布料制度。

(2)爐墻渣皮脫落導(dǎo)致熱負(fù)荷大幅度波動處理。結(jié)合爐況、墻體熱負(fù)荷上升情況及爐溫水平，可加輕料0.3 t/ch-0.5 t/ch；爐溫大幅下行并有崩滑料，控風(fēng)100 m3/min-300 m3/min，減氧500 m3/h-1000 m3/h，可考慮加空焦。

(3)冷卻器破損導(dǎo)致大量冷卻水進(jìn)入爐內(nèi)導(dǎo)致墻體溫度不穩(wěn)。

盡快確定漏水點(diǎn)并控水。對爐體冷卻設(shè)備查漏，根據(jù)各水頭進(jìn)出水情況、風(fēng)口部位和爐皮區(qū)域有無水跡等情況，綜合判斷破損冷卻設(shè)備位置。

(4)連續(xù)低爐溫，加焦炭0.3 t/ch-0.5 t/ch或空焦，避免過高煤比提爐溫。

(5)設(shè)備故障原因頻繁減風(fēng)或休風(fēng)引起的壁體溫度波動，以跟蹤觀察為主，設(shè)備故障消除后按照爐況進(jìn)行調(diào)整。

4.4 原燃料條件

維持合理穩(wěn)定的爐料結(jié)構(gòu)，確保原料質(zhì)量。 有害元素控制要求：堿金屬≤4.0kg/t.Fe, 鋅負(fù)荷≤400g/t.Fe。使用焦炭質(zhì)量滿足公司質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

正常生產(chǎn)，高爐使用河南金馬二類濕焦，在特殊情況下高爐配用濕焦或臨渙干焦。(特殊情況指：冷卻壁通道連續(xù)破損，需要優(yōu)質(zhì)焦炭配合氣流調(diào)整；墻體結(jié)厚需要處理；高爐使用焦炭品質(zhì)下降導(dǎo)致爐況波動等)。

4.5 壓漿造襯

定修周期三個月，每次定修均實(shí)施壓漿造襯，具體壓漿范圍根據(jù)實(shí)際狀態(tài)確定。

對爐皮溫度進(jìn)行定期測量，并進(jìn)行記錄。根據(jù)測量記錄，判斷冷卻壁與爐皮之間的間隙和劣化情況，當(dāng)溫度大于100 ℃時(參考值)，則對冷卻壁背面進(jìn)行壓漿。冷卻壁熱面孔及微冷壓漿時，一般造襯厚度控制在100 mm，局部薄弱區(qū)域可酌情加厚，但不大于250 mm。熱面壓漿要求爐內(nèi)溫度大于300 ℃，壓入后，要求有2 h的養(yǎng)護(hù)期。

5 總結(jié)

(1)高爐的冷卻壁的質(zhì)量是高爐長壽的重要保障，冷卻壁質(zhì)量好，是高爐長壽的基礎(chǔ)。

(2)原燃料質(zhì)量對高爐冷卻壁影響比較大，這一點(diǎn)認(rèn)識必須要加強(qiáng)。

(3)后期的操作維護(hù)對延緩冷卻壁破損速率非常重要，提高精料水平，保持高爐長周期穩(wěn)定順行，合理優(yōu)化冷卻制度，定期造襯、布置安裝微冷維護(hù)是必不可少的措施。

(4) 2017年第四季度后高爐冷卻壁破損速率得到有限控制，驗(yàn)證了采取的一系列措施可行有效。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏大勝.廣鋼4號高爐冷卻壁破損原因及維護(hù)措施[J].南方金屬，2008

[2] 陳新貴.太鋼3號高爐冷卻壁破損原因及維護(hù)實(shí)踐[J].煉鐵，2004，23