席  军 1   马  祥1   黄雅彬1   闫丽峰 2   张建良3

 (1.内蒙古包钢钢联股份有限公司；2.河北万丰冶金备件有限公司；3.北京科技大学)

摘  要  在包钢2号高炉炉身九段用了8块铜钢复合冷却壁进行工业试验。2年5个月的试验结果表明:①在相同条件下,铜钢复合冷却壁的冷却强度要大于普通铸铁冷却壁的冷却强度;②铜钢复合冷却壁结渣皮需20 ~30 min,而铸铁冷却壁结渣皮需3h或更长时间,且铜钢复合冷却壁无损坏,无断水现象;③高炉煤比升高的情况下燃料比基本保持不变,铜钢复合冷却壁的使用可以满足高炉炉身冷却需求。

关键词   高炉   铜钢复合冷却壁   壁体温度   冷却

冷却壁是高炉炉体冷却的关键设备,对稳定生产和延长高炉寿命至关重要。随着高炉对冷却壁寿命要求的不断提高,冷却壁的材质、制造工艺等得以不断地完善和发展[1-5]。铜钢复合冷却壁兼顾了铜的高导热性和钢的抗变形能力,大幅降低铜冷却壁使用成本的同时,有助于减少铜冷却壁的变形损坏及变形后磨损的可能性,延长了使用寿命。包钢2号高炉(1800m3)在2014年3月中修期间,安装了铜钢复合冷却壁进行工业试验。

1  铜钢复合冷却壁的结构

铜钢复合冷却壁的结构如图1所示,冷却壁由铜和钢爆炸焊接制成,总厚度为80mm,其中铜板位于热面,厚度为60 mm,钢板位于冷面,厚度为20 mm。铜层与钢层之间的结合强度较好,在温度为175℃时,该强度为304 MPa,燕尾槽端部较宽,长约60mm,根部较窄,长度为66mm,燕尾槽深度为30 mm。燕尾槽内镶嵌的捣打料为SAK3,其主要成分为Al203, (64.32% )和Sic(16.32% )。

铜钢复合冷却壁冷面均匀分布4个冷却水道,冷却水道截面形状为圆形,其当量直径为0.054 m,为了发挥纯铜良好的传热性能,冷却水道深入铜层10mm,增大冷却水与铜层的接触面积。冷面对称分布4个固定螺栓,2个定位销。

2  工业试验

安装部位在炉身九段,共8块(分别为6、12、18、24、 31、37 42、.49号),与原设计的铸铁冷却壁间隔布置。2016年8月26日2号高炉停炉,试验时间2年5个月。

2.1  试验条件

为对比铜钢复合冷却壁和铸铁冷却壁的使用情况,铜钢复合冷却壁与原有铸铁冷却壁工业水串联并入冷却系统,且与铸铁冷却壁的冷却水压力、流量、水质相同,其中水压0.5±0.05 MPa,流量6t/h。试验期间,主要检测冷却壁壁体热面温度的变化,并将热电偶信号直接接入工控机进行实时数据监控。

炉身八、九、十段每段各有45块冷却壁,其中在A、B、C、D、E、F和G(如图2所示)共7块冷却壁上安装有测温热电偶,对冷却壁进行监测。

2.2  试验结果

试验期间,统计了不同位置冷却壁壁体温度,其中炉身八段、十段显示的是普通铸铁冷却壁壁体热面温度的数据(分别见表1.3),炉身九段显示的数据为铜钢复合冷却壁壁体热面温度的数据(见表2)。由表1-3可以看出:

(1)九段冷却壁壁体平均温度为50℃,与相邻的八段、十段冷却壁的壁体温度相比,分别低17℃.219℃,且温度波动小,说明铜钢复合冷却壁在相同介质、相同参数下冷却能力较铸铁冷却壁大。

(2)九段铜钢复合冷却壁壁体温度平均最大偏差23. 3℃,较八段及十段冷却壁分别低18.8℃、113℃

按照全铸铁冷却壁温度分布规律,九段冷却壁温度应高于八段冷却壁温度。而数据显示九段冷却壁温度却低于八段冷却壁的温度,试验表明在相同条件下,铜钢复合冷却壁的冷却强度要大于普通铸铁冷却壁的冷却强度。

另外,试验过程中还发现:

(1)九段铜钢复合冷却壁结渣皮需20-30min而铸铁冷却壁结渣皮需3h或更长时间。

(2)九段铜钢复合冷却壁无损坏,无断水现象安装部位的炉壳无变形、无过热现象

(3)九段铜钢复合冷却壁壁体温度低,且温度波动小,稳定性好,满足了高炉冷却要求,试验达了预期效果。

3  高炉生产指标

图3是包钢2号高炉炉身九段采用铜钢复合冷却壁后燃料比及煤比变化情况。由图3可以看出,高炉采用铜钢复合冷却壁后,2014年4-7月燃料比和煤比出现了波动,燃料比开始随煤比的降低而降低,之后随煤比的升高而升高,二者变化趋势基本一致。2015年1-8月高炉燃料比基本稳定。

4  结语

铜钢复合冷却壁在包钢2号高炉成功试验2年5个月。试验过程中,九段铜钢复合冷却壁壁体温度低,且温度波动小,稳定性好,满足了高炉冷却要求，试验达到了预期效果。

（1）在相同条件下，铜钢复合冷却壁的冷却强度要大于普通铸铁冷却壁的冷却强度。

（2）铜钢复合冷却壁结渣皮需20 ~30 min,而铸铁冷却壁结渣皮需3h或更长时间,并且铜钢复合冷却壁无损坏,无断水现象,安装部位的炉壳无变形、无过热现象。

(3)高炉煤比升高的情况下燃料比基本保持不变，铜钢复合冷却壁的使用可以满足高炉炉身冷却需求。

5  参考文献

[1] 张 恒,张建良,焦克新,等,铜钢复合冷却壁传热能力及热变形分析[1].炼铁、2018,37(1): 10-15.

[2] 刘 奇,程树森,赵宏博,等,铜钢复合冷却壁热变形分析[J].工程科学学报,2016(1):108-117.

[3] 宁晓军，程淑森，谢宁强。悬臂梁的拉伸变形、应力和位移分布分析[J]。国际矿物冶金学报2009， 16 （5） 512-516.

[4] 刘增勋,陈晓明,闫丽峰,等,铜钢复合冷却壁热力耦合分析[J].钢铁钒钛, 2009,30(3):70-75.

[5] 郑建春,宗燕兵,苍大强,高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟[J].北京科技大学学报,2008,30(8) :939-941.