韶鋼8號(hào)高爐爐役后期爐體維護(hù)實(shí)踐

丁時(shí)明，詹開(kāi)洪，潘偉恩

（廣東韶關(guān)鋼鐵松山股份有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

廣東韶關(guān)鋼鐵松山股份有限公司（全文簡(jiǎn)稱韶鋼）8號(hào)高爐（3200 m3）于2009年10月16日開(kāi)爐，爐體冷卻水系統(tǒng)分為高壓工業(yè)水和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)再分兩個(gè)系統(tǒng)，冷卻范圍包括爐底水冷管及熱風(fēng)閥、爐體冷卻壁、爐役后期用水等冷卻設(shè)備，總水量為7200 m3/h。爐腹下部到爐身下部設(shè)置6段鑲磚銅冷卻壁；爐身中、上部設(shè)置了6段鐵素體球墨鑄鐵強(qiáng)化型鑲磚冷卻壁。

1 8號(hào)高爐概況

高爐冷卻水量分配見(jiàn)表1。

表1 高爐冷卻水量分配表

1.1 銅冷卻壁漏水情況

韶鋼8號(hào)爐自投產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)近10年未發(fā)現(xiàn)冷卻壁破損，但于2019年9月25日開(kāi)始高爐爐腰、爐腹段陸續(xù)出現(xiàn)多塊冷卻壁水道破損漏水現(xiàn)象。漏水統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表2。

表2 銅冷卻壁漏水統(tǒng)計(jì)表

1.2 銅冷卻壁磨損情況

銅冷卻壁破損后，在破損水道位置開(kāi)微冷棒的孔，從開(kāi)孔鉆出的銅冷卻壁觀察發(fā)現(xiàn)，水道破損位置的銅冷卻壁已經(jīng)磨損得很薄，壁體殘余厚度為65 mm（冷卻壁設(shè)計(jì)厚度：125 mm，實(shí)物圖及數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)圖1、表3）。2020年3月26日為了檢測(cè)爐腹至爐身下部6段銅冷卻壁的磨損情況，分別在4個(gè)鐵口上方的7～12層開(kāi)孔采樣。通過(guò)檢測(cè)銅冷卻壁的殘厚，發(fā)現(xiàn)4、3號(hào)口爐腹、爐腰段8、9層磨損最為厲害，2、4號(hào)口未漏水區(qū)域爐腹?fàn)t腰段壁體殘厚75 mm，銅冷卻壁殘厚統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)下頁(yè)表3。

表3 銅冷卻壁殘厚統(tǒng)計(jì)表

圖1 銅冷卻壁殘厚實(shí)物圖

2 冷卻壁漏水原因分析

2.1 漏水部位分析

韶鋼8號(hào)爐于2009年開(kāi)爐，2016年2月降料面噴涂，停爐期間檢查爐體銅冷卻壁燕尾槽完好，鑲磚完全脫落。漏水部位縱向高度上集中分布在爐腰、爐腹段軟熔帶位置；圓周位置上集中分布在3、1號(hào)口上方。3號(hào)口上方：2016年降料面停爐、開(kāi)爐過(guò)程中風(fēng)口燒穿；1號(hào)口上方：同等爐次情況下1號(hào)口位置長(zhǎng)期相對(duì)其他三個(gè)鐵口產(chǎn)量超1萬(wàn)多噸，爐缸侵蝕以及該部位下料速度長(zhǎng)期較其他3個(gè)鐵口快。

2.2 冷卻系統(tǒng)能力偏小、軟水系統(tǒng)長(zhǎng)期進(jìn)水溫度高

韶鋼8號(hào)爐水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力偏小，同類(lèi)型3000～4000 m3級(jí)高爐爐體冷卻水量在10000～13000 m3/h，水量對(duì)比相差2000～3000 m3/h；空冷器冷卻效果差，銅冷卻壁進(jìn)水溫度長(zhǎng)期保持在45～52℃以上，造成爐腹、爐腰段渣皮穩(wěn)定性差，頻繁粘結(jié)、脫落。

2.3 冶煉強(qiáng)度高

韶鋼8號(hào)高爐的設(shè)計(jì)利用系數(shù)為2.22，爐體冷卻強(qiáng)度與高冶強(qiáng)生產(chǎn)不匹配，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中利用系數(shù)長(zhǎng)期保持在2.50以上（見(jiàn)圖2）。2017年嘗試高富氧大噴煤操作模式，富氧量由1.0%上升至4%。軟熔帶下移，加劇了高溫區(qū)銅冷卻壁的磨損速度。

圖2 韶鋼8號(hào)高爐利用系數(shù)趨勢(shì)圖

3 破損冷卻壁的維護(hù)

3.1 漏水銅冷卻壁在線控水維護(hù)

3.1.1 安裝檢漏系統(tǒng)

8號(hào)高爐銅冷卻壁爐腹、爐腰、爐身下部三段共計(jì)6層，每層50塊冷卻壁，200條水道，供水模式上6塊一連，一旦漏水，采用傳統(tǒng)的開(kāi)點(diǎn)火孔逐層打壓、點(diǎn)火，工作量大，排查準(zhǔn)確率低，現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。2018年通過(guò)在兩串進(jìn)出水閥前后安裝流量計(jì)，設(shè)置進(jìn)、出流量差大于0.6 t/h時(shí)漏水報(bào)警，初步鎖定漏水位置，并結(jié)合軟水脫氣罐液位和煤氣成分中氫氣含量走勢(shì)判斷是內(nèi)漏還是外漏。若破損水道改通高壓水后脫氣罐液位停止下降，則判定該串漏水，待流量差繼續(xù)擴(kuò)大超過(guò)3 t/h，管工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步控水，減少漏水入爐的量，從而延緩破損水道的養(yǎng)護(hù)周期。

3.1.2 破損水道改通高壓水

破損水道漏水量變大后，爐內(nèi)被迫控小該水道進(jìn)水量來(lái)減少向爐內(nèi)漏入的水量，爐內(nèi)的煤氣夾帶焦粉、小塊焦炭、初渣等由破損位置進(jìn)入軟水管路，軟水濁度變黑、變混，水質(zhì)下降。前期通過(guò)對(duì)軟水系統(tǒng)補(bǔ)加新水的方式來(lái)改善水質(zhì)，但軟水消耗量大，成本較高。后期在進(jìn)、出水閥門(mén)之間管道上利用在線帶壓開(kāi)孔，改通高壓水，使得軟水水質(zhì)得到了改善，又保障了其他軟水部位的冷卻效果。

3.2 破損水道微冷安裝

3.2.1 銅冷卻壁破損水道安裝大微冷

銅冷卻壁水道損壞之后，改通高壓水養(yǎng)護(hù)，一旦漏水量大，進(jìn)出水流量差持續(xù)超過(guò)3 t/h，或爐內(nèi)氫氣含量超過(guò)4%，高爐就會(huì)被迫休風(fēng)對(duì)該水道閉水封堵，破損水道連成一片，冷卻盲區(qū)面積過(guò)大，此時(shí)若不安裝微冷，單靠爐皮打水，爐體難以支撐強(qiáng)化冶煉，就會(huì)導(dǎo)致?tīng)t皮出現(xiàn)頻繁冒蒸汽、發(fā)紅、開(kāi)裂現(xiàn)象。為了預(yù)防爐腰、爐腹段爐皮燒穿，從2020年1月開(kāi)始，利用定修，以破損水道中心線為中心線，開(kāi)直徑Φ=110 mm孔，塞入直徑為100 mm，長(zhǎng)度235 mm的銅冷卻棒，來(lái)緩解冷卻盲區(qū)的熱負(fù)荷。

3.2.2 預(yù)裝小微冷減緩水道破損速度

水道一旦破損后，相鄰區(qū)域的水道若不采取措施保護(hù)，冷卻壁損壞將會(huì)以破損水道為軸線向兩邊擴(kuò)展。2020年1—6月，幾乎每周都會(huì)有冷卻壁水道破損的情況發(fā)生，破損水道在線無(wú)法分開(kāi)，漏水大后，高爐被迫休風(fēng)配合，嚴(yán)重制約高爐穩(wěn)定順行、安全生產(chǎn)。為緩解水道向兩邊破損的速度，在好的冷卻壁的水道之間開(kāi)直徑Φ=70 mm的孔，塞入直徑為65 mm，長(zhǎng)度235 mm的的銅冷卻棒，來(lái)增加破損水道周邊的冷卻強(qiáng)度，提高冷卻壁的掛渣能力，從而延緩水道破損的周期。

3.2.3 微冷的供水

為增強(qiáng)冷卻壁封堵區(qū)域的掛渣能力，提高冷卻盲區(qū)的冷卻強(qiáng)度，大、小微冷采用高壓水（水壓1.65 MPa）冷卻，八根微冷為一組，首尾相接串聯(lián)供水，大、小微冷禁止混接，水量在10～15 m3/h。

3.3 冷卻壁封堵區(qū)域安裝爐皮打水裝置

截止到2020年7月，3號(hào)、1號(hào)口8～9層爐腹、爐腰段冷卻水道累計(jì)損壞29條，集中分布在11塊冷卻壁上，面積達(dá)15 m2。冷卻壁壁體缺失后，冷卻壁進(jìn)、出水管由于沒(méi)有銅冷卻壁壁體支撐，管頭密封罩膨脹節(jié)基本完全爆開(kāi)，導(dǎo)致煤氣泄露。于2020年1月7日、3月28日、4月26日、6月21日四次對(duì)破損管道局部加點(diǎn)式大、小微冷，以點(diǎn)帶面，但爐皮冷卻效果差。無(wú)冷卻壁區(qū)域分布在軟熔帶高溫區(qū)往下（溫度在1500℃以上），爐皮溫度在沒(méi)有爐皮打水的狀態(tài)下，短時(shí)間迅速上至350℃，打水狀態(tài)下個(gè)別點(diǎn)因溫度高也出現(xiàn)局部頻繁冒蒸汽現(xiàn)象，爐體熱負(fù)荷大幅波動(dòng)時(shí)爐皮溫度上升更加明顯。為防止?fàn)t墻渣皮脫落，冷卻壁漏水、斷水、爐況異常所造成微冷、冷卻盲區(qū)、爐皮燒穿等惡性事故，特在爐腹第十層冷卻壁上方加裝霧化打水裝置，爐底加裝爐皮接水槽。通過(guò)爐皮外部霧化打水，讓爐皮溫度控制在100℃以內(nèi)，對(duì)于局部頻繁冒蒸汽的點(diǎn)再額外增打水管，保障爐皮鋼殼的強(qiáng)度。

3.4 微冷區(qū)域采用硬質(zhì)壓入造襯

通過(guò)爐皮開(kāi)孔或微型冷卻器壓漿孔將高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、良好附著性和耐磨性的硬質(zhì)壓入料由造襯機(jī)壓入爐內(nèi)，以高爐破損冷卻壁殘留結(jié)構(gòu)、微冷棒做依托、支柱。壓入料在殘襯與爐料之間鋪展，并在爐體溫度作用下迅速與爐殼、殘壁、微冷柱粘結(jié)成一體，裹住微型冷冷卻器，構(gòu)筑成有效的耐火材料爐襯，從而達(dá)到修補(bǔ)和維持爐襯厚度的作用，保護(hù)微冷不受侵蝕、剝落，降低爐皮溫度，從而降低爐皮燒穿風(fēng)險(xiǎn)。微冷區(qū)域造襯效果見(jiàn)圖3。

圖3 微冷區(qū)域造襯效果圖

3.5 改善中心氣流

改善中心氣流，適當(dāng)抑制邊緣氣流，把邊緣氣流指數(shù)值控制在0.5～0.6，把中心溫度控制在450℃以上。下部調(diào)整：1號(hào)、3號(hào)口區(qū)域冷卻壁水道破損下方風(fēng)口采用長(zhǎng)風(fēng)口，風(fēng)口長(zhǎng)度由581 mm加至621 mm，風(fēng)口直徑由130 mm縮小至120 mm。

3.6 完善漏水的日常管理、以及漏水大后休、復(fù)風(fēng)安全管控

冷卻壁從破損—漏水增大—不可控—休風(fēng)—破損水道封堵，給高爐的安全運(yùn)行帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)，因此日常生產(chǎn)過(guò)程中必須明確安全管控的控制要點(diǎn)：打水狀態(tài)下?tīng)t皮溫度小于120℃；破損水道水溫差（單層）小于8℃；爐內(nèi)氫氣含量小于4%；破損水道出現(xiàn)斷水、或發(fā)喘厲害及時(shí)做封堵或休風(fēng)處理；冷卻壁（2串6層）進(jìn)水流量最低標(biāo)準(zhǔn)大于總進(jìn)水量的60%，若進(jìn)水控至最低標(biāo)準(zhǔn)，流量差仍然超過(guò)3 t/h，必須及時(shí)進(jìn)行休風(fēng)處理；爐皮集中大面積冒蒸汽時(shí)必須加大水量；休風(fēng)期間要針對(duì)冷卻壁漏水進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)，預(yù)防工藝、安全事故。

4 維護(hù)效果檢查

爐役中后期，韶鋼8號(hào)高爐在短時(shí)間內(nèi)大量銅冷卻壁集中破損，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漏水冷卻壁的合理維護(hù)，以及在冷卻壁漏水大后進(jìn)行操作上的規(guī)范管控，未對(duì)爐溫產(chǎn)生較大影響，爐況整體順行，高爐各項(xiàng)指標(biāo)基本能夠維持。2019年—2020年韶鋼8號(hào)高爐指標(biāo)見(jiàn)下頁(yè)表4。

表4 韶鋼8號(hào)高爐2019～2020年指標(biāo)

5 結(jié)論

高爐在爐役后期，銅冷卻壁頻繁破損，爐況順行、爐溫、鐵口等的維護(hù)難度加大，總結(jié)以下銅冷卻壁破損后維護(hù)經(jīng)驗(yàn)以供借鑒。

1）冷卻壁漏水生產(chǎn)中，一定要清楚掌控冷卻壁漏水量，加強(qiáng)破損銅冷卻壁的流量差、水頭、水溫差的監(jiān)管，要有嚴(yán)格的控水標(biāo)準(zhǔn)，控水達(dá)到下限標(biāo)準(zhǔn)、氫氣含量達(dá)到上限，一定要及時(shí)休風(fēng)處理。

2）銅冷卻壁軟水系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)漏水后，一定要及時(shí)敞開(kāi)并改開(kāi)路循環(huán)，避免污染軟水水質(zhì)，避免對(duì)其余完好銅冷卻壁造成損傷。

3）軟水密閉循壞必須配備可靠的檢漏系統(tǒng)。

4）爐體冷卻系統(tǒng)水量、水壓設(shè)計(jì)應(yīng)隨冶煉強(qiáng)度的增加而增大水量、降低進(jìn)水溫度。