韶鋼8號高爐爐役后期爐體維護實踐

丁時明，詹開洪，潘偉恩

（廣東韶關鋼鐵松山股份有限公司，廣東 韶關 512123）

廣東韶關鋼鐵松山股份有限公司（全文簡稱韶鋼）8號高爐（3200 m3）于2009年10月16日開爐，爐體冷卻水系統分為高壓工業水和軟水密閉循環冷卻系統。軟水密閉循環冷卻系統再分兩個系統，冷卻范圍包括爐底水冷管及熱風閥、爐體冷卻壁、爐役后期用水等冷卻設備，總水量為7200 m3/h。爐腹下部到爐身下部設置6段鑲磚銅冷卻壁；爐身中、上部設置了6段鐵素體球墨鑄鐵強化型鑲磚冷卻壁。

1 8號高爐概況

高爐冷卻水量分配見表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號爐自投產以來，生產近10年未發現冷卻壁破損，但于2019年9月25日開始高爐爐腰、爐腹段陸續出現多塊冷卻壁水道破損漏水現象。漏水統計表見表2。

表2 銅冷卻壁漏水統計表

1.2 銅冷卻壁磨損情況

銅冷卻壁破損后，在破損水道位置開微冷棒的孔，從開孔鉆出的銅冷卻壁觀察發現，水道破損位置的銅冷卻壁已經磨損得很薄，壁體殘余厚度為65 mm（冷卻壁設計厚度：125 mm，實物圖及數據見下頁圖1、表3）。2020年3月26日為了檢測爐腹至爐身下部6段銅冷卻壁的磨損情況，分別在4個鐵口上方的7～12層開孔采樣。通過檢測銅冷卻壁的殘厚，發現4、3號口爐腹、爐腰段8、9層磨損最為厲害，2、4號口未漏水區域爐腹爐腰段壁體殘厚75 mm，銅冷卻壁殘厚統計表見下頁表3。

表3 銅冷卻壁殘厚統計表

圖1 銅冷卻壁殘厚實物圖

2 冷卻壁漏水原因分析

2.1 漏水部位分析

韶鋼8號爐于2009年開爐，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號口上方。3號口上方：2016年降料面停爐、開爐過程中風口燒穿；1號口上方：同等爐次情況下1號口位置長期相對其他三個鐵口產量超1萬多噸，爐缸侵蝕以及該部位下料速度長期較其他3個鐵口快。

2.2 冷卻系統能力偏小、軟水系統長期進水溫度高

韶鋼8號爐水系統設計能力偏小，同類型3000～4000 m3級高爐爐體冷卻水量在10000～13000 m3/h，水量對比相差2000～3000 m3/h；空冷器冷卻效果差，銅冷卻壁進水溫度長期保持在45～52℃以上，造成爐腹、爐腰段渣皮穩定性差，頻繁粘結、脫落。

2.3 冶煉強度高

韶鋼8號高爐的設計利用系數為2.22，爐體冷卻強度與高冶強生產不匹配，實際生產過程中利用系數長期保持在2.50以上（見圖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，加劇了高溫區銅冷卻壁的磨損速度。

圖2 韶鋼8號高爐利用系數趨勢圖

3 破損冷卻壁的維護

3.1 漏水銅冷卻壁在線控水維護

3.1.1 安裝檢漏系統

8號高爐銅冷卻壁爐腹、爐腰、爐身下部三段共計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，采用傳統的開點火孔逐層打壓、點火，工作量大，排查準確率低，現場煤氣濃度高，安全風險大。2018年通過在兩串進出水閥前后安裝流量計，設置進、出流量差大于0.6 t/h時漏水報警，初步鎖定漏水位置，并結合軟水脫氣罐液位和煤氣成分中氫氣含量走勢判斷是內漏還是外漏。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，待流量差繼續擴大超過3 t/h，管工現場進一步控水，減少漏水入爐的量，從而延緩破損水道的養護周期。

3.1.2 破損水道改通高壓水

破損水道漏水量變大后，爐內被迫控小該水道進水量來減少向爐內漏入的水量，爐內的煤氣夾帶焦粉、小塊焦炭、初渣等由破損位置進入軟水管路，軟水濁度變黑、變混，水質下降。前期通過對軟水系統補加新水的方式來改善水質，但軟水消耗量大，成本較高。后期在進、出水閥門之間管道上利用在線帶壓開孔，改通高壓水，使得軟水水質得到了改善，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，改通高壓水養護，一旦漏水量大，進出水流量差持續超過3 t/h，或爐內氫氣含量超過4%，高爐就會被迫休風對該水道閉水封堵，破損水道連成一片，冷卻盲區面積過大，此時若不安裝微冷，單靠爐皮打水，爐體難以支撐強化冶煉，就會導致爐皮出現頻繁冒蒸汽、發紅、開裂現象。為了預防爐腰、爐腹段爐皮燒穿，從2020年1月開始，利用定修，以破損水道中心線為中心線，開直徑Φ=110 mm孔，塞入直徑為100 mm，長度235 mm的銅冷卻棒，來緩解冷卻盲區的熱負荷。

3.2.2 預裝小微冷減緩水道破損速度

水道一旦破損后，相鄰區域的水道若不采取措施保護，冷卻壁損壞將會以破損水道為軸線向兩邊擴展。2020年1—6月，幾乎每周都會有冷卻壁水道破損的情況發生，破損水道在線無法分開，漏水大后，高爐被迫休風配合，嚴重制約高爐穩定順行、安全生產。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直徑Φ=70 mm的孔，塞入直徑為65 mm，長度235 mm的的銅冷卻棒，來增加破損水道周邊的冷卻強度，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

為增強冷卻壁封堵區域的掛渣能力，提高冷卻盲區的冷卻強度，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 冷卻壁封堵區域安裝爐皮打水裝置

截止到2020年7月，3號、1號口8～9層爐腹、爐腰段冷卻水道累計損壞29條，集中分布在11塊冷卻壁上，面積達15 m2。冷卻壁壁體缺失后，冷卻壁進、出水管由于沒有銅冷卻壁壁體支撐，管頭密封罩膨脹節基本完全爆開，導致煤氣泄露。于2020年1月7日、3月28日、4月26日、6月21日四次對破損管道局部加點式大、小微冷，以點帶面，但爐皮冷卻效果差。無冷卻壁區域分布在軟熔帶高溫區往下（溫度在1500℃以上），爐皮溫度在沒有爐皮打水的狀態下，短時間迅速上至350℃，打水狀態下個別點因溫度高也出現局部頻繁冒蒸汽現象，爐體熱負荷大幅波動時爐皮溫度上升更加明顯。為防止爐墻渣皮脫落，冷卻壁漏水、斷水、爐況異常所造成微冷、冷卻盲區、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。通過爐皮外部霧化打水，讓爐皮溫度控制在100℃以內，對于局部頻繁冒蒸汽的點再額外增打水管，保障爐皮鋼殼的強度。

3.4 微冷區域采用硬質壓入造襯

通過爐皮開孔或微型冷卻器壓漿孔將高強度、高導熱性、良好附著性和耐磨性的硬質壓入料由造襯機壓入爐內，以高爐破損冷卻壁殘留結構、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、微冷柱粘結成一體，裹住微型冷冷卻器，構筑成有效的耐火材料爐襯，從而達到修補和維持爐襯厚度的作用，保護微冷不受侵蝕、剝落，降低爐皮溫度，從而降低爐皮燒穿風險。微冷區域造襯效果見圖3。

圖3 微冷區域造襯效果圖

3.5 改善中心氣流

改善中心氣流，適當抑制邊緣氣流，把邊緣氣流指數值控制在0.5～0.6，把中心溫度控制在450℃以上。下部調整：1號、3號口區域冷卻壁水道破損下方風口采用長風口，風口長度由581 mm加至621 mm，風口直徑由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、復風安全管控

冷卻壁從破損—漏水增大—不可控—休風—破損水道封堵，給高爐的安全運行帶來極大的風險，因此日常生產過程中必須明確安全管控的控制要點：打水狀態下爐皮溫度小于120℃；破損水道水溫差（單層）小于8℃；爐內氫氣含量小于4%；破損水道出現斷水、或發喘厲害及時做封堵或休風處理；冷卻壁（2串6層）進水流量最低標準大于總進水量的60%，若進水控至最低標準，流量差仍然超過3 t/h，必須及時進行休風處理；爐皮集中大面積冒蒸汽時必須加大水量；休風期間要針對冷卻壁漏水進行危險源辨識，預防工藝、安全事故。

4 維護效果檢查

爐役中后期，韶鋼8號高爐在短時間內大量銅冷卻壁集中破損，通過現場對漏水冷卻壁的合理維護，以及在冷卻壁漏水大后進行操作上的規范管控，未對爐溫產生較大影響，爐況整體順行，高爐各項指標基本能夠維持。2019年—2020年韶鋼8號高爐指標見下頁表4。

表4 韶鋼8號高爐2019～2020年指標

5 結論

高爐在爐役后期，銅冷卻壁頻繁破損，爐況順行、爐溫、鐵口等的維護難度加大，總結以下銅冷卻壁破損后維護經驗以供借鑒。

1）冷卻壁漏水生產中，一定要清楚掌控冷卻壁漏水量，加強破損銅冷卻壁的流量差、水頭、水溫差的監管，要有嚴格的控水標準，控水達到下限標準、氫氣含量達到上限，一定要及時休風處理。

2）銅冷卻壁軟水系統一旦發現漏水后，一定要及時敞開并改開路循環，避免污染軟水水質，避免對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。

4）爐體冷卻系統水量、水壓設計應隨冶煉強度的增加而增大水量、降低進水溫度。