孙永清  赵晓敏  董  乐  梁高铭

（华菱湘钢炼铁厂）

摘  要  结合对湘钢2号2580m3高炉冷却壁破损情况研究，重点分析了2号2580m3高炉铜冷却壁损坏原因。通过研究，认为湘钢2号2580m3高炉铜冷却壁破损主要与边缘气流发展过盛、高炉设计缺陷以及日常操作不合理等多方面因素有关。

关键词  高炉  铜冷却壁  磨损  冷却系统  炉体维护

1  引言

湘钢2号高炉炉容2580m³，于2010年3月23日建成投产。自投产以来，炉况稳定性一般，2014年4月27日开始炉况发生波动，气流分布失常，虽然采用了多种手段进行恢复，但效果一直不理想，高炉依旧长期处于风量不全，燃料消耗偏高、产量低的运行状态，炉缸堆积现象日益严重。鉴于2号2580m³高炉长期存在的问题，于2017年5月27日开始对高炉进行中修，实施空料线停炉清理炉缸。中修之后，炉况开始逐步改善，至2018年底，高炉日产稳定在6000t以上，燃料比也降至540kg/t以内。但是随着产量的上升，炉体冷却壁支管开始出现破损，虽然通过上下部调节抑制边缘气流，加强高炉操作与炉体硬质压入造衬维护，但是冷却壁支管破损速率仍未缓解，部分冷却壁支管完全损坏，炉内漏水严重，高炉不得不休风处理，严重影响了高炉的安全生产和经济技术指标的提高。

2  冷却壁破损情况

2.1  冷却壁支管损坏情况

湘钢2号2580高炉4段共有30个风口，风口标高14m，风口上方5段标高15.4m到17.9m，有44块冷却壁，共计176根支管。2018年下半年，随着产量的上升，5段冷却壁支管开始陆陆续续出现损坏的情况，每月损坏个数如图1所示。

从图1可以看到，除2019年1月无支管损坏，其它月份均有不同数目的支管破损，破损的支管均位于5段位置，且呈现集中分布的特点。

2.2  冷却壁钻孔结果

由于5段部分冷却壁上的四根支管完全损坏，高炉先后多次休风，采用钻孔装铜棒并结合硬质压入造衬的方式处理后维持生产。2018年10月15日，根据事先确定的安装方案，在5段支管完全损坏的冷却壁上选取12个点开孔安装铜冷却棒，开孔直径为φ110mm，开孔后取下的部分冷却壁如图2所示。

5段冷却壁原始厚度80mm，燕尾槽厚度30mm。根据钻孔取下的冷却壁，测量其剩余厚度，再对比原始厚度，得出分析结果如表1所示。

从表1可以看到，5段冷却壁的磨损呈现一定的规律性，下部标高15.4m到16.4m处冷却壁燕尾槽都完好无缺，均未磨损，而破损区域主要集中在5段冷却壁中上部，标高16.8到17.9m区域燕尾槽均被磨平，铜冷却壁均不同程度的受到磨损，其中定位销（标高17.1m）与上部的固定螺母（标高17.4m）之间是整块冷却壁损坏最为严重的区域，最严重的地方，冷却壁剩余厚度不足原先70%！冷却壁的破损区域主要集中在炉腰、炉腹交界部位，也与前人研究结论相一致[1-5]。

3  冷却壁破损原因分析

3.1  边缘气流的发展

湘钢2号2580高炉长期炉况顺行差，炉内气流不稳定，且分布不合理，主要表现在中心气流不强，边缘气流发展。从图3可以看到，2018年1-5月2号2580高炉边缘平均温度达到180℃以上，相比较下1-5月的中心气流仅为390℃，边缘气流明显发展过盛。边缘气流的过分发展，不利于热制度的稳定，容易造成炉况波动失常，损坏冷却设备，同时边缘热流强度的增大，造成可以形成的渣皮厚度减薄以及渣皮频繁大面积脱落，降低了冷却壁的寿命[6]。6月虽经过调整，弱化了边缘气流，但长期的边缘气流发展已经造成炉缸侧壁温度升高，冷却壁受到不可逆的损坏，另外从9月开始，2号2580m3高炉产量的进一步上升，更是加剧了冷却壁的破损速率，导致从2018年9月开始，2号2580m3高炉冷却壁支管开始出现损坏，威胁炉缸运行安全。

3.2  高炉设计的缺陷

目前国内2000m³以上的薄壁高炉的炉腹角一般在74-75℃居多，而湘钢2号2580m3高炉炉腹角达到79°10′37"，在高炉设计之初，湘钢2号2580m3高炉的炉腹角就存在一定的缺陷，导致炉腹位置不容易挂住渣皮，集中表现在边缘水温差居高不下。如图3所示，在正常生产时，2号2580m3高炉水温差维持在6℃以上的水平，2018年1-5月，边缘水温差一度达到9℃以上，炉腹渣皮稳定性明显变差，铜冷却壁热面渣皮频繁脱落后，将导致铜冷却壁温度升高，加之炉料的膨胀，使得铜冷却壁被严重磨损，久而久之，铜冷却壁逐渐减薄[7]。失去了渣皮的保护，冷却壁直接受到高温煤气流、渣铁接触冲击，长期经受机械磨损与化学侵蚀的破坏，炉腹部位的热负荷增大，致使冷却壁局部水管发生破损，虽经过封堵抢救，但冷却强度的下降不可避免，导致冷却壁壁体温度升高，进一步恶化了冷却壁的挂渣能力，大大缩短了冷却壁的寿命。

3.3  操作的不合理性

由于边缘气流的发展，湘钢2号2580m3高炉热效率较低，2018年煤气利用率维持在40%左右的水平，消耗偏高。同时炉况不稳，边缘多次出现气流，高炉热制度不易把握，为稳定热制度，2号2580m3高炉采取了大量喷吹煤粉的操作方式，2018年平均煤比达到了150kg/t。笔者认为，在原燃料条件一般的情况下，采用高煤比的冶炼方式并不可取，因为大量喷吹的煤粉，容易压迫循环区，使循环区缩小、下料活跃的焦炭漏斗区域变小，会导致炉缸中心方向的气流受阻，容易形成边缘气流，不利于冷却壁的维护。另外，从循环区附近吹出的粉末，容易集中到死料堆形成低透液区域，阻碍铁水及炉渣透过死料堆，使得炉缸边缘的渣铁流量增加，也会进一步加剧炉缸的冲刷，不利于高炉的长寿。

4  结论

通过对湘钢2号2580m³高炉冷却壁破损研究，从铜冷却壁破损形貌及破损原因等方面进行了分析，得出的主要结论如下：

（1）湘钢2号2580m3高炉气流分布不合理，边缘气流发展过盛，高温高速的煤气流带着焦炭劣化后产生的粉末对炉墙产生冲刷作用，导致边缘热流强度增大，渣皮变薄，冷却壁出现磨损。

（2）由于高炉的设计缺陷，5段冷却壁不易挂渣，失去渣皮的保护，湘钢2号2580m3高炉冷却壁长期直接接触高温煤气流的冲刷与渣铁接触冲击，致使冷却壁局部水管发生破损，加剧了冷却壁的破损速率。

（3）原料条件尤其是焦炭指标一般的情况下，2号2580m3高炉采取高煤比的冶炼方式并不可取，大量喷吹煤粉短期虽能补充热量，但是长期喷吹导致炉缸中心气流受阻，促进了边缘气流的发展，不利于冷却壁的维护。

（4）边缘气流的发展，会加重边缘气流对冷却壁的冲刷，特别是湘钢2号2580m3高炉存在设计缺陷，不易挂渣的情况下，更应该避免采用过度发展边缘气流的操作方式。

5  参考文献

[1] 邓勇，焦克新，张建良，等.高炉铜冷却壁损坏的原因及解决对策.2017，36（4）：10-15.

[2] 张建良，杨天钧，王筱留，等.钢铁冶金分学科发展：炼铁//[C]．2012-2013冶金工程技术学科发展报告，北京，2014．

[3] 魏丽.我国高炉使用铜冷却壁10年来的回顾[J].炼铁．2012，31（3）：13-16．

[4] 康磊，车玉满，王宝海，等.高炉铜冷却壁取样研究及破损原因分析，2014，49（12）：28-32．

[5] 佘京鹏，陈钢，许领舜，等．对高炉铜冷却壁应用特性的几点认识[J]．炼铁．2012，32（4）：22-28．

[6] 郭光胜，张建良，刘彦祥，等.湘钢1号高炉铜冷却壁破损机理研究.2016，35（3）：19-24．