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摘  要  对龙钢1800m3 高炉冷却系统运行进行总结，并对冷却系统运行过程出现的问题进行分析，通过制定合理的冷却制度和炉型参数控制范围，优化水系统技术，确保了炉型长期稳定和指标提升。

关键词  高炉炉型  冷却  热负荷

1  概况

龙钢现有1800m3高炉3座，3、4#炉已安全运行6年，5#炉安全运行2年。2012-2014年，3、4#高炉冷却壁水管损坏13根，3#炉炉缸侧壁温度最高升到1100℃，4#炉炉底中心温度最高升到1030℃，严重威胁着炉缸的生产安全。2015年运用综合创新管理技术，通过采取增加高炉本体监测点、定期压浆、水质净化、增加高炉热流分析系统等措施，从2015年9月-2017年3月， 3、4#高炉冷却壁水管仅损坏2根，目前各高炉炉缸和冷却壁均处于安全稳定阶段，高炉指标较稳定，利用系数稳定在2.50t/(m•d)以上，燃料比处于 530kg/t 铁以下。

2  冷却壁段数设置及水温差在线检测状况

2.1  冷却壁段数

龙钢3、4、5#高炉本体冷却系统均采用软水密闭循环系统。冷却壁从炉底至炉身共14层。采用“步步高”的串连方式。其中1-4层为炉缸，5层为炉腹，6层为炉腰，7-14层为炉身。炉缸每层冷却壁40块，炉腹至炉身中下部为40块，炉身中上部为34块与30块，每块基本上均为4根水管。

2.2  水温差热流强度在线检测系统

该检测系统于2010年3月份开始在龙钢各高炉予以应用，经过几年来的应用实践，对高炉的安全稳定顺行起到了积极促进作用，但因功能与布局上的不合理、不完善也表现的较突出。主要表现为：平均分布各检测点，没有突出对重点部位的监控，比如对容易产生烧穿的炉缸第二段以及高热负荷区的炉腹没有做到重点检测；检测点数量上较少，检测留有死区；功能上仅仅对冷却壁进行检测，没有对风口等特殊设备进行检测。

3  冷却系统技术的改进和优化

3.1  冷却壁立管破损处加冷却棒技术

在冷却壁立管破损处增加铜冷却棒，冷却壁单独通直流水。于2011年12月在1#炉（1280m3 ）首次实施，2011年-2014年上半年，共在1280m3高炉安装41只铜冷却棒；在总结了1280m3高炉安装、维护铜冷却棒经验后，于2014年3月，利用检修首先在3#炉漏水的第5段第85#立管处安装冷却棒3根，2014年6月，在4#高炉第5、6、7段冷却壁第91#、92#水管，第5段第61#、62#、64#水管共计安装冷却棒40只；2016年12月，3#炉更换损坏的铜冷却棒1只。

截止2016年1月，在3、4#炉共安装铜冷却棒44只，基本掌握了铜冷却壁破损后安装铜冷却棒的技术。

3.2  净环水在线处理

龙钢公司炼铁5#高炉自2014年12月底开炉，5#高炉净循环系统主要为炉顶设备、助燃风机、TRT、液压站、除尘设备、喷煤车间、电动鼓风机、空压站、蒸发式冷却器喷淋水等供水。因系统初建完毕之后，因赶工期未对系统管道进行预处理立即投入使用。在没有做任何保护措施的情况下，系统管道与水和空气接触，导致管道内产生铁锈，且补水氯离子高，加速管道腐蚀。2015年3月，最终导致净环水质泛黄，水中铁离子含量高，对水系统设备的安全运行造成较大影响。在参考同行业经验及结合生产现状，于2015年10月30日-11月6日，对5#炉净环系统进行了在线清洗处理，此次清洗控制PH在4.0-6.5行，设备、管道表面浮锈基本清除并使铁离子上升至平稳，置换水之后，给预膜提供一个良好的环境，达到预期的目标，并逐步在其它高炉推广使用。

3.3  定期炉体压浆维护制度

由于3、4#炉炉体与冷却壁之间空隙泥浆有部分损耗，经常出现窜煤气。为了实现完整的炉皮导热和减少窜煤气，高炉每次大检修（10小时以上）都会对炉皮温度高部位进行灌浆，保证在少打灌浆孔前提下完成灌浆工作。

2013年4月，3#炉借鉴武汉建研院成功处理2500m3高炉炉缸异常升高的方法，结合龙钢的具体情况，对灌浆的材质以及灌浆时压力控制、流量控制、灌浆时间制定详细标准，通过循序渐进的灌浆，消除耐材与冷却元件间的气隙，加强冷却元件的传热效率，降低内衬热面温度，在热面形成稳定的保护层。同时，坚决避免和杜绝有的高炉灌浆时出现的问题，比如：灌浆压力偏高、灌浆流量偏大等问题。

3.4  完善炉体监控体系

3.4.1  修复测温点

认真排查高炉本体测温元件（热点偶、热电阻、水温差在线检测），对于损坏的元件能够恢复的上报计划；对于温度显示异常的点联系仪表确认元件的精确性，若属于元件原因，尽快恢复；对于元件损坏进行更换。

2012 年3月份，4#炉炉缸133个测温点烧损，当时恢复了22个点。2013年3 月份7.851m、8.653m 处从1#铁口起始沿顺时针布置的3、4、6 号热电偶检测到的内衬内环温度升至900℃ 和~800℃ 左右，并有进一步上升的趋势。为确保炉缸安全，2015年9月4#炉恢复炉缸69个测温点，2016年3月恢复30个测温点。

3.4.2  增加炉体温度检测点的密度，杜绝检测死区

3、4#高炉原设计的水温差热流强度在线检测系统每座高炉选取72个检测点，其中炉底进水管分布了8个点，在炉缸的1、2、3层冷却壁出水管上、第4、6、8、10、14层冷却壁出水管上各选8个检测点。

2013年1月，3#（1800m3）高炉炉缸侧壁605方向温度上升过快，幅度较大，但距离该处最近的水温差检测点温度没有发生变化。

在总结前几年的应用实践，首先在2014年新建5#高炉时增加监测点，进行针对性的改造与完善，在冷却壁水管选出288个检测点，其中炉底进水选8点，炉缸1、3层各40个点，炉缸2层80个点本体第4、5、6、8、10、14层各20点（见表3）。5#高炉在炉缸的每块冷却壁上均安装了监测点，新增的热电偶基本涵盖了高炉炉缸温度最高的区域，消除了以前的检测死区，基本上能够达到监测炉缸温度趋势的要求。2015年，参考5#炉成功的经验，在3 、4#高炉炉缸温度异常区域，除增设水温差检测点外，设置无线炉壳测温贴片，3#炉新增炉皮测温点84个，4#炉新增炉皮测温点52个，同时每天对炉底、炉缸进行人工检查测量一次。

3.4.3  完善冷却壁水温差、热流强度的自动预警，预警查询和预警标准

（1）针对高炉炉体测温热电偶偏少和精度上有所偏差的问题，在确保水温差控制范围为3.5℃～5.5℃的基础上，增加了高炉热流分析系统，对重点部位的热流强度进行在线监测和分析，及时掌握各部位热流强度。同时把水温差、热流强度数据转化为柱状图并与实时数据结合起来显示在界面上。热流分析系统与热电偶系统相互印证，保证测量的准确性，热负荷得到了实时监控。表4为龙钢5#高炉的水温差热流强度标准和预警值。

（2）对风口小套进行流量温度测定，根据流量与温差情况对风口小套的漏水情况进行在线诊断与自动预警。

（3）自动建立操作炉型管理数据（知识）库，对炉墙结瘤、结厚、冷却壁热面温度超标、漏水、操作炉型不合理等异常情况的自动诊断自动预警。

3.4.4  利用水温差变化判断冷却壁是否漏水

（1）当高炉热负荷正常时，冷却壁传热处于相对平衡状态。水温差变化幅度较小，相对平衡在一定的范围之内。冷却壁漏水时通过炉内传入到冷却壁的热量将分解为两部分，一部分用于继续加热冷却壁使进水升温，另一部分为渗漏的水变成蒸汽提供热量，，不难看出漏水的冷却壁水管温差将会变小。如果通过水温差在线监测系统及时发现某块冷却壁的水温差有明显的降低，可以判断该块冷却壁已有破损漏水的征兆（不排除炉墙结厚）。

（2）在软水闭路循环串连冷却系统。如见图4所示，冷却壁A为进水口，冷却壁C为出水口。如果A冷却壁漏水，则A冷却壁的水温差明显降低，这时进入B、C冷却壁的水量相对减少，则使B冷却壁的水温升高，所以在串联冷却系统中通过水温差一降一升的变化，可以判断冷却壁是否漏水。

3.4.5  利用水温差热流强度在线检测系统判断风口小套漏水

风口小套所处的工作环境极及恶劣，受到炉内气流的冲刷与液态渣铁的熔融，当长期冲刷后小套壁体变薄，而当液态渣铁粘结后热量过于集中，会导致小套温差瞬时升高。漏水后由于水的汽化吸收热量，套体前端理论燃烧温度降低，造成小套温差降低，同时小套的进出水流量将会减小，通过流量与温差的变化，可以判断套体的漏水状况。

3.5  优化操作制度

3.5.1  调整装料制度

结合高炉自身特点和现有条件，在保证炉况顺行的前提下，摸索出了大矿批、多环位布料的基本装料制度，将矿批由46-48t左右扩大到53-57t。但高炉的大矿批并不是一成不变的大矿批，而是视各项具体参数的变化不断调整的相对大矿批。在扩大矿批的同时，适当增加矿石布料环位，加宽了矿石布料面积。矿角最外环由以往的36.5度扩展到37.2度，再到38.9度，矿石布料环位由4环增加到5环，布料圈数由11圈加至13-14圈，视炉况情况灵活调整；通过减少矿焦界面效应，有利于抑制边缘气流、稳定中心气流，保持高炉长期稳定顺行。

3.5.2  调整送风参数

根据近几年原燃料质量不稳定，供应不均衡和特点，高炉制定了以提高入炉风量、提高风速、提高鼓风动能、吹透中心、活跃炉缸、控制煤气圆周均匀分布的操作方针。主要是提高风压至380kpa以上，适当缩小风口面积，调整小风口的位置，控制富氧量等措施，实际风速由190m/s提高至200 m/s，减少铁水环流对炉缸侧壁冲刷，以利于在炉缸形成稳定的保护层，待温度异常部位恢复正常后，再恢复正常参数。近几年风口面积调整及风压情况见图5、图6。

3.5.3  坚持经济炉温冶炼

2016年在原料质量下降，有害元素大幅度升高的情况下，坚持中低硅冶炼，生铁硅控制0.30-0.50%，减少炉温波动，控制铁水物理热1490-1520℃。特别强调要控制炉温的下限，不能连续炉低于下限水平运行。

3.5.4  适当提高铁水钛负荷

2012 年底，龙钢通过在3、4 号炉原料中加入一定量的钛球，对炉缸温度异常升高部位的降温效果明显。2016年继续提高原料中钛含量，铁水钛负荷由3.5kg提高至4.5kg，在炉缸温度异常升高部位形成难熔的保护层，以减缓铁水对该部位的进一步侵蚀。

3.5.5  适当提高炉渣碱度

二元碱度控制1.18-1.22倍，提高炉渣熔点，形成稳定的渣皮，同时活跃炉缸，提高炉缸蓄热能力和生铁质量。

3.5.6  加强软水系统的管理

加强对软水和工业水的管理，及时、定期检查系统的补水情况，专人专职检查水系统工作状况，一旦发现补水异常，尽快确定漏水部位，并且立即采取措施消除漏水情况，针对风口中小套漏水，及时休风更换，禁止长时间养护集中处理。

4  结论

自2015年9月后，龙钢3、4、5#炉冷却壁没有再发生损坏，3、4#炉修复的冷却壁运转基本正常，目前各炉碳砖温度保持稳定，炉皮温度控制60℃以内，炉缸中心温度稳定在550℃以内，3#炉缸侧壁温度稳定在510℃以内，炉缸炉底侵蚀情况得到有效遏制。在综合品位降至54.5-55.5%，配加15-20%二级焦炭的情况下，高炉基本炉况长期保持基本稳定，各项指标达到国内同类型高炉中上水平。

（1）高炉体体适时监控和控制炉缸中心、圆周温度稳定，操作制度和控制标准的优化，是高炉长寿的基础；冷却壁在线修复和后期维护、监控是高炉指标稳定和提升的主要保障。

（2）铜冷却棒在3、4#高炉薄壁炉衬铜冷却壁上的应用能满足冷却要求，并从安全方面解决了炉壳温度过高，有抑制可能发生的冷却壁烧穿和降低周边冷却壁立管烧损的机率，对高炉的顺行和各项指标提升起到重要作用。

（3）加强软水联合密闭循环冷却，必须从冷却制度的规范做起，把冷却制度做为高炉安全生产的重要工作来抓。