黃澤文，黃樹生，許勇新，韋明祖

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司 煉鐵廠，廣西 柳州 545004)

摘 要: 總結(jié)了柳鋼 6 號高爐( 1 500 m³ ) 爐役后期的生產(chǎn)，存在設(shè)備老化、爐身冷卻壁大量破損、爐缸側(cè)壁溫度偏高等問題，影響著高爐的穩(wěn)定順行、安全生產(chǎn)和高爐的壽命。采用了高爐軟水日常監(jiān)控漏水方法、漏水后冷卻壁的監(jiān)管控方法及內(nèi)外部影響時的操作預(yù)警機制法，降低冷卻壁破損漏水和及時發(fā)現(xiàn)冷卻壁漏水，避免大量水漏入高爐造成高爐事故，確保高爐爐況穩(wěn)定順行，為高爐爐役后期的安全生產(chǎn)和延長高爐壽命提供有力的保障，達到降本增效目的。

關(guān)鍵詞: 高爐; 銅冷卻壁; 破損; 監(jiān)控漏水

1 引言

柳鋼 6 號高爐( 1 500 m³ ) 2008 年 12 月 16 日投產(chǎn)，至今已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)超 12 a，高爐進入爐役后期生產(chǎn)。高爐本體采用三段銅冷卻壁和爐身鑄鐵冷卻壁磚壁合一的薄壁爐襯技術(shù)，冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)冷卻，風(fēng)口中、小套采用開路凈環(huán)水系統(tǒng)。2017年 4 月降料面對部分損壞的冷卻壁進修更換，投產(chǎn)后爐缸側(cè)壁溫度異常偏高，高爐進入護爐階段。護爐期間爐況波動，氣流偏析，造成爐墻渣皮頻繁脫落，于 2020 年 7 月首次出現(xiàn)爐腹 6 段冷卻壁水管破損，后相繼出現(xiàn) 6 ～ 8 層銅冷卻壁大量損壞漏水，并未能及時發(fā)現(xiàn)漏水，大量水進入高爐內(nèi)，出現(xiàn)爆震，爐溫突然下降，嚴重時出現(xiàn)向涼現(xiàn)象，影響高爐穩(wěn)定順行和經(jīng)濟指標，加速縮短高爐壽命。為此，高爐操作者積極的探索適合爐役后期冷卻壁漏水監(jiān)控方法和合適冷卻壁漏水后的操作維護制度，同時能滿足護爐的需求，穩(wěn)定爐況順行，有效延長高爐壽命，提高安全生產(chǎn)和經(jīng)濟指標。

2 冷卻壁破損狀況及原因分析

2．1 冷卻壁破損狀況

柳鋼 6 號高爐從爐底至爐喉下部共設(shè)有 14 段冷卻壁。爐底爐缸設(shè) 5 段光面鑄鐵冷卻壁，爐腹至爐腰 3 段采用銅冷卻壁，爐身設(shè) 6 段鑄鐵鑲磚冷卻壁。2017 年 4 月 17 日停爐更換爐腹 6 段 16 塊損壞冷卻壁及爐腰 7 段 6 塊損壞冷卻壁，共 22 塊。投產(chǎn)后一周東面鐵口下方爐缸側(cè)壁溫度上升至 624 ℃，從此高爐進入了護爐工作，爐型發(fā)生大的變化，爐缸狀態(tài)不活，氣流偏析，爐況順行穩(wěn)定性差，爐墻渣皮脫落頻繁。2020 年 7 月 3 日首次出現(xiàn)爐腹 6 段第一根冷卻壁水管破損漏水，后 6 ～ 8 段銅冷卻壁相繼出現(xiàn)大面積漏水，至 2021 年 5 月共查出漏水冷卻壁14 塊，如表 1 所示。

2．2 冷卻壁損壞原因分析

⑴高爐已連續(xù)生產(chǎn)超 12 a，現(xiàn)已進入爐役后期生產(chǎn)，大部分冷卻壁未曾有過修復(fù)更換性能，冷卻壁的耐火材料已被侵蝕完，壁體被磨損嚴重，容易造成冷卻壁管損壞漏水。2021 年 7 月降料面停爐后觀察爐內(nèi)冷卻壁情況，爐身 3 段銅冷卻壁已被全部磨損且嚴重，最初 6～8 層被損壞漏水的 3 塊冷卻壁沒能及時管控好，燒損比較嚴重，如圖 1 所示。

⑵東面鐵口爐缸側(cè)壁溫度高，采用堵風(fēng)口、降冶強等護爐手段操作，堵東面鐵口上方 1#、2#、21#、 22#風(fēng)口，縮小進風(fēng)面積，并大幅度降低冶強控產(chǎn)，高爐操作爐型變化，煤氣流偏析大，有時也存在著局部氣流情況，造成爐墻渣皮穩(wěn)定性差，脫落頻繁從而加快了冷卻壁損壞的程度，造成冷卻壁大量破損，從統(tǒng)計燒損冷卻壁中可以看出燒損的方位基本都是在西面。

⑶6 號高爐使用的原燃料條件變化大，高爐槽下塊礦和球團礦沒有篩分入爐粉末多，特別時雨天，塊礦有著的大量泥巴入爐，對爐況順行影響很大，爐墻粘結(jié)脫落頻繁。進入 2021 年以后焦炭強度下降多且低于生產(chǎn)的要求，加劇了爐況的不穩(wěn)定，爐墻渣皮脫落更加頻繁，使銅冷卻壁高低溫度交替大，造成冷卻壁管大量破損。有時為了穩(wěn)定爐況，在操作上確保中心氣流的同時適當放開邊沿氣流，導(dǎo)致煤氣流對冷卻壁沖刷，更加劇了冷卻壁的破損進度。

3 冷卻壁漏水對高爐的影響

爐役后期，大量冷卻壁漏水不能及時發(fā)現(xiàn)并控制好，給高爐爐況帶來危害非常大，焦比升高、產(chǎn)量低、爐缸側(cè)壁溫度難管控，嚴重時可能出現(xiàn)爐涼或爐缸凍結(jié)等危害事故，同時，造成爐況波動，爐墻渣皮脫落頻繁，增加了冷卻壁的燒損幾率。

⑴漏水進入爐內(nèi)接觸高溫的爐料，引起爐內(nèi)爆震，熱風(fēng)壓力、頂壓驟升，風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系不對稱，形成邊緣局部管道氣流，產(chǎn)生震動造成爐墻渣皮大量脫落^［1］。

⑵爐溫波動大，量化操作難度大，影響煤氣分布不均勻，造成高爐爐況波動，同時，影響渣皮頻繁脫落，燃料消耗高，經(jīng)濟指標差，如圖 2 所示。

⑶大量水漏進高爐，在高溫區(qū)產(chǎn)生蒸汽隨煤氣流上升到低溫區(qū)，將有部分水蒸汽凝結(jié)，易引起爐墻結(jié)厚事故，特別是入爐粉末多的高爐，更加注意。在實踐中，

6 號高爐上部常會出現(xiàn)結(jié)厚現(xiàn)象，要適當調(diào)整放開邊緣氣流使之掉落或計劃休風(fēng)時大幅度快速減風(fēng)才會掉落，對高爐危害極大。

4 漏水冷卻壁處理技術(shù)

4．1 建立軟水補水量的監(jiān)控機制

起初冷卻壁漏水時沒有任何監(jiān)控手段，只能根據(jù)高爐煤氣在線監(jiān)控的 H2變化量和爐溫快速變化的經(jīng)驗來判斷有水漏入高爐，且排查時是先查中、小套后才查冷卻壁，耗費時間長，對高爐影響非常大，有時漏水大時爐內(nèi)出現(xiàn)頻繁爆震，并伴有局部管道，爐溫下降過快，操作反應(yīng)上不及時。為了能準確監(jiān)控冷卻壁的漏水情況，高爐建立了監(jiān)控機制，要求每班工長監(jiān)控軟水補水量的變化趨勢，記錄每班軟水補水量并匯報，正常每班軟水補水量＜10 m³ ，當補水量有緩慢增加時立即檢查之前控水的冷卻壁，如漏水情況無任何變化，接著組織對冷卻壁查漏，如補水量增加大時立即組織冷卻壁查漏，并提前補焦增熱，控制好壓量關(guān)系。在實踐中此監(jiān)控方法準確率高，做到及時監(jiān)控冷卻壁漏水并查控水，減少漏水進入爐內(nèi)，確保高爐的安全生產(chǎn)。

4．2 加強漏水冷卻壁的管理

冷卻壁查出漏水后臨時改管單獨通工業(yè)水( 1 ～8 層冷卻壁管連通) ，通水方式從上而下，待到有休風(fēng)機會分層單獨通工業(yè)水，并利用休風(fēng)機會對損壞的冷卻壁采用穿管的方式處理，冷卻壁穿管能最大程度維持燒損管體區(qū)域的冷卻強度。操作方法是將已單獨分出的漏水冷卻壁進出水管斷開，通過管道和閥門連接到下層出水管與上層進水管，使用合適的尺寸外徑和長度對接金屬軟管，將特制的金屬軟管穿入漏管內(nèi)，管道連接通后，在兩管間灌入高導(dǎo)熱性耐熱漿料，并向金屬軟管內(nèi)通入蒸汽使?jié){料與管壁盡快結(jié)合牢固，最后管道試壓檢漏和焊接灌漿孔^［2］，如圖 3 所示。

4．3 冷卻壁通蒸汽的操作

對于冷卻壁內(nèi)管變形或冷卻壁體損壞漏水的冷卻壁，穿管技術(shù)很難成功的，只能通控小工業(yè)水冷卻，但由于爐況的不穩(wěn)定，影響到漏水點不斷擴大，控水變得困難，有時爐料進入漏水管體內(nèi)堵住管道，嚴重時甚至?xí)斐蓴嗨?，不及時發(fā)現(xiàn)嚴重威脅到高爐的安全生產(chǎn)。于是，安裝攝像頭監(jiān)控出水頭，若出水管出現(xiàn)“喘氣”現(xiàn)象或是出現(xiàn)大量水蒸氣，即有爐料顆粒進入冷卻壁水管，通過的水量變小，采用排水管反沖的方式對冷卻壁水管進行疏通。在漏水無法控制時采用水管兩端通蒸汽冷卻法^［3］，并配合爐殼打水冷卻，如圖 4 所示，以保證冷卻強度，蒸汽壓力大于熱風(fēng)壓力。

4．4 優(yōu)化高爐操作

⑴使用數(shù)據(jù)分析尋找出適合當前高爐的操作制度，達到“攻、守、退”的操作目的。經(jīng)過不斷的探索，確定高爐布料制度是以強化中心氣流和適當抑制邊緣氣流為主的操作方針，可以獲得合理的煤氣流分布，提高煤氣利用率，穩(wěn)定爐溫波動，確保高爐順行，穩(wěn)定爐墻渣皮，避免頻繁脫落。實踐證明效果顯著。

加強通過上、下部調(diào)劑，控制合理的煤氣流分布，控制合理的邊緣氣流，穩(wěn)定熱負荷。6 號高爐布料制度是中心加焦和平臺模式，布料過程中通過程序控制料流閥開度，進行精準布料穩(wěn)定控制中心加焦量，提高煤氣利用率，減少中心焦柱“肥大”現(xiàn)象和邊緣氣流，以降低渣鐵流對爐缸邊緣的環(huán)流沖刷和煤氣對冷卻壁沖刷，達到保護爐缸側(cè)壁和冷卻壁。日常操作中，及時按原燃料質(zhì)量或側(cè)壁溫度，及時調(diào)整布料制度，保證高爐順行，優(yōu)化高爐指標。實踐證明，煤氣流對爐缸側(cè)壁及爐身溫度影響顯著。經(jīng)過多次調(diào)整和驗證( 表 2) ，確定了 6 號高爐的基礎(chǔ)裝料制度: P^43．5 ₃ ^41．5 ₂ ^39．5 ₂ ^37．5 ₂ ^35．0 ₂ K^41．5 ₄ ^39．5 ₃ ^36．5 ₂ ^33．5 ₂ ^30．5 ₁ ¹³ ₂，在此平衡點上根據(jù)冶煉的變化進行微調(diào)，以達到保產(chǎn)降耗的目的。

⑵制定操作預(yù)警機制。工長在日常操作中，加強槽下原料的管理，并結(jié)合原料分析數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)變化大時，采取快速退守機制，強化中心氣流同時適當放開邊緣氣流，穩(wěn)定高爐壓量關(guān)系，避免爐況出現(xiàn)波動，穩(wěn)定爐墻渣皮。

5 效果

通過采取一系列操作措施后，高爐爐況穩(wěn)定能力增強，氣流分布趨于合理，冷卻壁漏水現(xiàn)象明顯得到很大的控制，工長應(yīng)對爐況波動及外部條件變化時能力增強，監(jiān)控發(fā)現(xiàn)冷卻壁漏水和處理漏水及時，避免大量漏水進入爐內(nèi)，爐溫穩(wěn)定性好，爐況趨于穩(wěn)定。2 月份后受外部條件影響，干息焦檢修 23 d，水焦配用 65%，富氧量機組設(shè)備故障影響，富氧量由9 000 m³ /h 下調(diào) 3 200 m³ /h，天氣炎熱風(fēng)量萎縮下降等原因，但高爐燃料比都趨于穩(wěn)定合理狀態(tài)，證明技術(shù)措施取得很大的效果，如圖 5 所示。

6 結(jié)語

⑴柳鋼 6 號高爐冷卻壁大量漏水是冷卻壁使用時間長，使用壽命達到極限，同時，在護爐前期操作不合理，煤氣流偏析大，渣皮脫落頻繁，加快了冷卻壁損壞。2019 年 7 月后因原料波動大，操作上采用強化中心同時適當放邊的操作模式，邊緣氣流發(fā)展，煤氣流沖刷和爐料對冷卻壁沖刷，造成冷卻壁壁體被磨損。實踐證明，合理地煤氣分布對延長高爐冷卻壁壽命起到至關(guān)重要的作用。

⑵高爐軟水補水量的監(jiān)控方法，有利于能及時發(fā)現(xiàn)冷卻壁漏水和處理快速，并能做到及時補焦炭確保爐溫充足，消除高爐操作事故的發(fā)生。

⑶冷卻壁水管兩端通蒸汽，配合爐殼打水冷卻，有一定的效果，但通蒸汽冷卻冷卻會造成強度低，影響到冷卻壁其他管或相鄰冷卻壁管的破損幾率。實踐證明，通蒸汽冷卻的冷卻壁燒損比較嚴重，同時， 相鄰的冷卻管最短時間的在 5 d 左右也會被燒損。此法只能是在漏水冷卻壁無法穿管后，當冷卻壁漏水點過大無法控制或內(nèi)管被堵時應(yīng)急使用，最終的冷卻方法是要安裝微型冷卻器等相關(guān)設(shè)備手段才能滿足高爐爐役后期冷卻壁生產(chǎn)的需求，延長高爐壽命。

⑷通過布料程序控制料流閥開度，使得在布焦炭最小角度時能精準控制中心焦的比例，合理控制中心煤氣流分布，達到所需要的要求。

⑸合理運用上下部調(diào)劑煤氣流和預(yù)警操作機制快速應(yīng)對，穩(wěn)定各種操作參數(shù)，確保了高爐的各項指標持續(xù)進步、優(yōu)化。

參考文獻:

［1］ 張 勇，賈國利，張海濱，等．首鋼股份高爐銅冷卻壁使用維護技術(shù)［J］．煉鐵，2019，38( 01) : 22-25．

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［3］ 錢海濤，雷發(fā)榮，文 雅．柳鋼 5 號 1 500 m³ 高爐冷卻壁漏水的影響及應(yīng)對措施［J］．四川冶金，2020，42( 05) : 20- 23+31．