邯钢 8 号高炉风口带冷却壁破损原因及对策更新时间：2013-05-25 15:45:10 来源：河北君实工程机械科技有限公司（石家庄军威研究所）
摘 要: 介绍邯钢公司 8 号高炉风口带冷却壁设计特点和损坏的情况，并从高炉设计、冷却壁设计以及高炉的冶炼条件等多方面对冷却壁损坏的原因进行分析，提出了板壁结合、铜冷却壁等改进建议。 前 言 河北钢铁集团邯郸钢铁集团有限责任公司( 以下简称“邯钢”) 8 号高炉有效容积为 3200 m3，采用全冷却壁炉体结构。 炉底炉缸采取 5 段光面低铬铸铁冷却壁，炉腹、炉腰、炉身下采用 4 段铜冷却壁薄壁内衬，铜冷却壁热面喷涂料喷涂，炉底、炉缸采用碳砖、陶瓷杯与风口组合砖综合结构，设计炉型接近操作炉型。 2009 年 7 月 6 日建成投产后指标良好，2011 年 10 月 26 日降料面停炉检修发现 5 段即风口带冷却壁风口大套上沿以上部分，除一层风口组合砖外，其他的刚玉砖与喷涂料已经全部侵蚀，该部位冷却壁基体侵蚀也非常严重，热面的铸铁已经大部分被掏空，所有冷却壁均有部分水管露出，铜冷却壁已经悬空，风口及以下部分冷却壁却被包在厚厚的砖衬和渣皮中未见侵蚀( 见图 1) 。 高炉设计炉龄 15 a，在使用2 年3 个月后侵蚀如此严重，有些意想不到。 据了解和此设计类似的安钢、济钢与武钢高炉，风口带冷却壁也存在类似的问题，确实让人思考。
1 风口带冷却壁设计特点与损坏情况 1． 1 风口带设计特点 在使用铜冷却壁的高炉，由于炉腹的铜冷却壁和炉缸铸铁冷却壁厚度相差太多，此处的过渡一直是高炉设计的一个难题，本高炉创新地在炉腹使用L 型铜冷却壁加喷涂料结构，可依炉腹角大小确定推向炉内的深度，实现与风口带冷却设施的较好衔接，降低了冷却壁厚度的同时提高冷却强度，达到设计成操作炉型的要求( 见图 2a) 。 炉缸共 5 带冷却壁，风口带为第 5 带。 每个风口左右两块，共 64 块 3 通道低铬铸铁冷却壁加刚玉氮化硅风口组合砖，冷却壁与刚玉砖之间缝隙填充刚玉浇注料，风口组合砖与刚玉浇注料稳定性好，可以有效保护风口各套与冷却壁，冷却壁又可以快速导出砖衬热量，提高砌体强度，是目前最常用的一种设计。 1． 2 风口带冷却壁损坏情况 本次停炉降料面距开炉已经 2 年 3 个月。 进入炉内发现从炉腹冷却壁到炉喉钢砖保持完好，炉墙上的喷涂料基本掉尽，从第 6 带炉腹铜冷却壁以上到炉身中部粘一层薄渣皮，炉身上部与炉喉钢砖表面无渣皮，少部分有喷涂料，大多数直接裸露。 而第5 段即风口带冷却壁风口大套上沿以上部分，除一层风口组合砖外，其他的刚玉砖与浇筑料已经全部侵蚀脱落，该部分冷却壁基体侵蚀也非常严重，热面的铸铁大部分被掏空，所有冷却壁最外层水管露出，部分第二层露出，与铜冷却壁平整过渡处已变成凹坑状，铜冷却壁已经悬空，而风口及以下部分冷却壁被包在厚厚的砖衬和渣皮中未见侵蚀( 见图 2) 。
2 冷却壁损坏原因 2． 1 风口带炉体结构设计不合理 高炉生产实践证明炉腹在生产中冶炼强度处于软熔带根部，热流强度比炉缸大的多，耐火砖质量再好，也无法抵抗高温渣铁和煤气的破坏，很快都会被侵蚀脱落，最终都是靠的冷却壁上的渣皮进行保护。 能否快速导出冷却壁表层热量并快速生成稳定渣皮是高炉炉腹寿命的关键。 8 号高炉风口带上半部分炉体结构完全按照炉缸的标准设计，冷却强度太低，是其过早损坏的主要原因。 从图 2 的设计炉型上可以看出，炉腹已经延伸到铜冷却壁以下的铸铁冷却壁位置，即铸铁冷却壁上段有 500 mm 左右实际上是炉腹部位。 在高炉投产后，炉腹上端使用铜冷却壁加喷涂料结构，在喷涂料脱落后，仍然依靠铜冷却壁高导热性能在 15 min 左右能重建渣皮并保护冷却壁，所以保持良好。 炉腹下部 500 mm 左右采用普通铸铁冷却壁加刚玉砖结构，当高炉生产后，刚玉砖由于热力与渣铁侵蚀作用逐渐脱落并露出铸铁冷却壁，导热性能只有铜的十分之一的铸铁冷却壁，重建渣皮长达 4 h，在这么长的时间里没有渣皮保护，直接暴露在高温渣铁中，高温渣铁逐渐从热面开始侵蚀，最终离热面只有 40 mm 的最外层冷却壁水管首先露出，而后露出里层的水管，呈现出图 1 的侵蚀状态，如果没有本次停炉检修，冷却壁的侵蚀将继续，漏水也只是迟早的事。 2． 2 冷却壁制造缺陷 风口带冷却壁铸造时为了过渡炉腹与炉缸炉型，厚度增加到 500 mm，远大于其它段 150 mm 的厚度，冷却壁的导热性能减低。 冷却壁中间需要安装风口大套，使得冷却壁设计时在不得不采取纵向重叠的方式来通过水管，导致部分水管远离热面，降低冷却壁冷却性能，提高热面温度( 见图 3) 。 从图 3 可以看出，冷却壁水管 a 和 b 离冷却壁热面距离太远，尤其是水管 a 离冷却壁热面 300 mm 多，如此大的厚度无法保证冷却壁的冷却效果，极易导致冷却壁外层的刚玉砖因过热脱落。 另外冷却壁体太小，水管弯曲部位多，半径小，制作难度大，特别是冷却壁最上部和最下部的弯头，设计不可避免的存在比较大的锐角，由于国内工艺技术水平有限，在弯制过程中难免产生皱褶、裂纹及过度减薄现象，而且弯曲部位易出现应力集中。 停炉后就发现冷却壁基体侵蚀如此严重，而冷却水管却保持完好无损，说明冷却壁基体与水管接触较差，存在较多的气隙热阻力层，壁体上的热量无法很好传导到冷却水管上并被冷却水带走，导致冷却壁基体过早受到侵蚀。
2． 3 高炉焦炭质量较差 邯钢 8 号高炉是老区升级改造项目，很多配套实施不齐全，没有配套的料场和焦炉，使用小焦炉水熄焦为主，配加部分干熄焦和外购焦，焦炭整体质量较差( 见表 1) 。 高炉风量整体偏低，中心气流不通畅，为强化冶炼达到生产目标，炉内长期使用较高压差，多个月份平均压差达到 185 kPa，小时平均值甚至突破 200 kPa。 中心料柱太死难以吹透，炉缸焦粉量大，煤气渗透有限，在强行提高压差条件下，回旋区将发生变形并向外向上移动，带动高温区更加靠近风口和炉墙。 8 号高炉正常生产频繁有风口损坏，休风换下的风口不论是否漏水均有多少不等的熔蚀坑，部分还有磨损的痕迹就能证明风口前端渗透性能极差，回旋区外移导致部分回旋的焦炭能打风口上。 另外风量和压差的波动范围都比较大，风量波动范围可以达到 200 m3/ min 以上，从而造成风口回旋区的风速和动能的波动以及整体煤气流格局的变化，严重破坏炉内气流稳定性。 炉内易出现气流管道，特别是边缘气流管道易使渣皮凝结不稳定，出现渣皮脱落、冷却壁壁体温度大幅度现象，而损坏冷却壁。 这可以解释为什么国内同样设计的高炉，只有部分出现象 8 高炉一样的侵蚀情况。 就是近年来高炉强化水平逐渐提高，部分高炉焦炭质量并没有同步提高，高炉炉缸煤气流不畅通所致。 2． 4 降料面对风口带冷却壁的影响 从风口带侵蚀形状看，正常生产时此部位冷却壁比铜冷却壁侵蚀的深，相对来说渣皮比较稳定，但降料面后却没有渣皮。 说明料面低于该部位以后，冷却壁上的渣皮在高温煤气烘烤下逐渐熔化脱落，最终只剩下冷却壁与近 1 000 ℃ 高温煤气直接接触，这对相变温度 400 ℃的冷却壁将产生巨大破坏，局部甚至会发生挠度变形、开裂的不利结果。 笔者认为此种降料面方案有修正的必要，不能一味强调炉墙渣皮涮洗多干净、料面降的多深，还要考虑炉体砖衬、冷却壁等各种设备的保护，应避免富氧、降低风温、加强炉体温度的监控。 3 预防风口带冷却壁损坏的方法与建议 3． 1 设计上强化该区域冷却强度 3． 1． 1 板壁结合方式 对本设计方案进行小改进，将风口带冷却壁改为上下两段式，下段还用低铬铸铁冷却壁，上段到铜冷却壁有 1 m 左右，使用2 层冷却板进行过渡． 在炉缸、炉腹过渡处使用冷却板可以提高冷却强度，保护冷却系统和操作炉型，另外铜冷却板易于更换，损坏后仍然可以在不降料面的情况下进行更换．此方案为宝钢 4 号高炉风口以上到炉身全部用冷却板的改进版，因为炉腹以上也使用冷却板，会影响到高炉渣皮、下料的操作问题，所以吸取 8 号高炉炉腹及以上部分设计和宝钢炉腹以下部分设计的长处，将可以有效解决风口带冷却壁易损坏问题． 3． 1． 2 铜冷却壁方案 将此部位部分或者全部改成铜冷却壁。 大型高炉随着炉腹到炉身高热强度、易损坏部位进行改进，已经采用铜冷却壁，炉体薄弱处已经下移到风口带冷却壁，所以对风口带冷却壁进行改进非常有必要。 可以根据实际情况，将风口带全部或者上半部分改成铜冷却壁，与炉腹铜冷却壁连成一体。 这其中济钢1 750 m3方案很具有参考价值，根据资料济钢 1 750m3高炉风口带也出现和 8 号高炉类似情况，济钢采取将原冷却壁进行改进，即将铸铁冷却壁上半部分厚度减薄，在热面增加一层铜冷却板进行独立供水( 见图 4) ，既能有效提高冷却强度，又能减少铜的消耗，是一个经济有效的解决方案。 3． 2 局部修复方案 以上两种方案需要在降料面的情况下处理，检修周期较长． 如果是短时间休风，损坏不严重水管可以先进行常规的穿管或者纳米修复，损坏严重后可以在损坏水管位置进行钻孔安装点式冷却器，8 号高炉隔一根水管间距超过 300 mm，完全可以开一个直径 11 ～130 mm 的小孔安装。
3． 3 正常生产的冷却壁保护意识 正常生产中要做到强化与原燃料改善同步。 增大风量有利于炉缸的活跃，但必须满足鼓风动能、风速和理论燃烧温度的控制区间的稳定，防止大幅度波动。 提高压差来提高风量，会造成风速和动能过高、不匹配，并且难以长期维持，反而造成相关各项送风参数波动值过大，破坏煤气分布的连续性和稳定性，引起回旋区的变形和渣皮的不稳定。根本的办法是改善原燃料质量、合适的焦比和适当的开放边中气流等改善透气性与疏导气流的方法提高风量，而非强行加风氧提高压差方式。 4 结 语 风口带铸铁冷却壁破损后其上方的铜冷却壁渣皮失去支撑易于脱落，铜冷却壁下方悬空的端头部位也会暴露于炉内恶劣气氛下逐渐侵蚀，继而暴露出铜冷却壁水管，最终导致漏水． 所以处理不好风口带冷却壁将严重影响炉体寿命． 高炉除了设计上的改进外，在正常生产中，加大冷却强度、稳定操作炉型、改善焦炭强度、增加风口长度减少边缘气流、炉体炉缸灌浆等也能有效延长冷却壁的使用时间．
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