关于1号高炉冷却壁过早损坏原因分析报告2

关于1号高炉冷却壁过早损坏原因分析

及预防处理措施报告

一、初步设计及建设、运行情况

1、初步设计

宁波钢铁有限公司1#高炉设计炉容2500M3，30个风口，冷却结构为全冷却壁，共15段冷却壁。风口带为第四段冷却壁，共30块，冷却壁本体材质为球墨铸铁。初步设计联合软水密闭循环系统总循环水量3740m3/h，其中冷却壁直冷管3168m3/h，单支管流量18m3/h，流速1.56m/s；炉底水冷管及背部蛇形管流量572m3/h，炉底水冷管单支管流量35.75m3/h，背部蛇形管流量13m3/h。

2、建设情况

1#高炉于2003年4月破土动工，2004年5月停工（停工前冷却壁均安装到位），2006年7月复工建设。风口带冷却壁（第四段）由鞍钢机总制造。冷却壁按照检验规范出厂前进行水压试验、到现场后水压试验、安装完毕后又逐块进行了水压试验，包括系统整体水压试验及酸洗后水压试验，共进行了五次水压试验，均保压正常。

3、运行情况

1#高炉于2007年4月30日点火投产。投产时考虑到设计薄炉衬特点及快速达产要求，将软水密闭系统循环水量加大5%，增加至3960m3/h，直冷管流量控制在3344m3/h，单支管流量19m3/h，流速

1.64m/s，炉底水冷管及背部蛇形管流量616m3/h，炉底水冷管单支管流量38.5m3/h，背部蛇形管流量14m3/h。投产后运行良好，进出水温差合适，热流强度在控制范围内。2007年6月22日因地区电网改造被迫降料线停炉，停炉后观察内衬基本完整（铜冷却壁喷涂内衬有局部脱落），且无粘结现象。

送电后，于2007年7月15日二次开炉。为防止开炉后因炉衬不完整造成冷却壁过早损坏，又将软水密闭循环系统循环水量加大5%，加至4150m3/h，直冷管水量加至3520m3/h，单支管流量20m3/h，流速1.73m/s，炉底水冷管及背部蛇形管流量630m3/h，炉底水冷管单支管流量40m3/h，背部蛇形管流量14.5m3/h。二次开炉后，冷却系统各项运行参数良好，冷却壁直冷管进出水温差总体控制在2.5~4.5℃左右，计算热流强度仍在合理控制范围。二次开炉后随着产量、冶炼强度的不断提高，原燃料质量波动等原因，造成渣皮频繁脱落，局部水温差偶尔超出警戒值，达到10~12℃，局部热流强度超标。

二、冷却壁损坏情况及国内同类型高炉冷却壁运行情况

1、冷却壁损坏情况

2008年1月16日夜班发现16#、17#大套外沿有漏水迹象，检查发现第四段冷却壁90#水冷管损坏。在开炉仅8个月，且该部位砖衬应该完好情况下就发生风口带冷却壁损坏，炼铁厂及公司领导极其重视，马上组织召开了专题会，会议决定利用1月24日高炉定修机会采用冷却壁穿管技术修复损坏水冷管，并在修复前用内窥镜检查水冷管内部损坏情况，以分析冷却壁过早损坏的原因，避免该部位冷却壁

过早大量损坏。

1月24日高炉计划休风后，用内窥镜检查发现第四段冷却壁90#水冷管上部第一个弯下侧面有一条长约15~20cm纵向裂缝，且管道内壁2严重，随后采取冷却壁穿管修复技术处理。

在第一根水冷管穿管修复后，1月28日又检查发现67#水冷管损坏，1月29日因供电原因紧急休风后检查又发现26#、119#水冷管损坏，2月10日检查又发现32#水冷管损坏，且均为第四段冷却壁。水冷管损坏后为防止向炉内漏水影响正常生产，分开单独通工业水养护，其它管正常通软水冷却。2月17日检查又发现135#水冷管损坏，由于2月19日安排计划休风，故未采取通工业水养护措施，一直通软水正常水量运行，直至2月19日计划休风与其它4根养护水冷管同时进行穿管修复，修复前用内窥镜检查，发现管道内存在严重缺损，有裂纹以及浇铸时烧损情况，最严重的有管道内壁已经基本破裂、大面积脱落现象。在冷却壁穿管时，119#、135#水冷管均难以顺利进行，金属软管窜出后，发现被严重挤压变形。同时，检查还发现养护水冷管和未通工业水养护水冷管内均有严重结垢情况。

2、现了解的国内同类型高炉冷却壁运行情况

通过调查国内同类型高炉、同类型冷却壁使用情况来看，武钢、安钢、济钢、南钢高炉均出现同样情况，时间最短的济钢3#高炉开炉后不到2个月第四段冷却壁水冷管就发生损坏现象；而风口带（第四段）冷却壁设计为风口数量×2，且风口带为第五段冷却壁的2000M3以上高炉，目前还没有听说有该部位冷却壁过早损坏现象，如首钢、

包钢、天钢等企业。

三、第四段冷却壁频繁损坏的危害

高炉冷却是保证高炉稳定、顺行、高产、长寿的重要手段。冷却壁损坏直接导致炉内砖衬脱落、无法凝结渣皮，炉壳承受热应力加大而过早开裂、变形，最终导致高炉无法正常生产而提前停炉大中修。而风口带冷却壁属于炉缸范围，按照炼铁规程规定，炉缸冷却壁损坏高炉就要进行特护，采取相应特护制度生产。由于风口带属于焦炭燃烧区域，是煤气产生和发展的集中区域。且风口带空间狭小、管道复杂，该部位冷却壁大量损坏势必造成该部位炉内砖衬过早侵蚀脱落，冷却壁损坏速度更加加剧，而且穿管后冷却水量大大降低，外部旁通水管无法连接或影响高炉更换风口各套、送风支管操作。因此，必须采取有效措施遏制冷却壁损坏势头，并在损坏后采取更加有效的修复措施处理。

四、冷却壁过早损坏原因分析

第四段冷却壁频繁损坏，炼铁厂给公司领导非常重视，邀请了中冶南方炼铁设计师刘行波、宝钢铸造魏新疆、夏强、武钢冷却系统专家迟建生、周光明、济南潜能冷却壁修复技术厂家孙明云等各专家进行了专题研讨。结合专题会上各位专家意见，我们认为1#高炉第四段冷却壁过早损坏的原因如下：

1、设计原因，导致冷却壁存在先天性弊端

1.1水冷管弯曲角度、弯曲半径不合理，造成水管弯制时受损。1.2体积大，铁水热容量大，不利于浇铸时本体散热，对冷却壁水

冷管损伤大。

1.3平面面积过大，承受应力大。

1.4材质选用不当，促进了冷却壁过早损坏。

1.5炉型设计不合理，导致该部位承受煤气流冲刷严重，承受热应

力加大。

2、浇铸工艺不合理，导致冷却壁水冷管在浇铸时即被损伤。

3、焦炭质量不稳定，无计划休风后成渣皮频繁脱落，促进冷却壁过

早损坏。

4、水质不稳定，造成冷却壁水管内结垢严重，使其导热性能大大降

低，而且还存在大面积侵蚀，也促进冷却壁过早损坏。

5、换热器换热效率差，软水进水温度高，不利于冷却壁凝结渣皮，

促进冷却壁过早损坏。

五、改进及预防继续大面积损坏冷却壁的建议。

1、设计方面减小冷却壁单体面积，降低浇铸风险，减小冷却壁单体

承受应力。以2500M3高炉为例，建议风口带冷却壁改为60块，炉缸增加一段冷却壁，全炉冷却壁增加为16~18段。

2、材质上建议选用铸钢或钢管铸铜冷却壁，消除球墨铸铁带来的不

利影响。

3、炉型设计考虑将风口带改为垂直设计，缩短炉腹长度，相对增加

了炉内砖衬的厚度，避免该部位承受过大煤气流冲刷及热流冲击。

4、冷却壁浇铸时，建议采用适量通氮气保护措施，既防止管道内壁

氧化，又可适当冷却水冷管，保证水冷管在浇铸时不被损伤。并

且在冷却壁生产过程中，派专人全过程监督制造，以保证铸造规范及内部质量。

5、适当加大冷却水量，保证冷却壁直冷管水速达到1.8~2m/s。加大

冷却强度。

6、改善原燃料条件，主要是焦炭质量，为高炉稳产高产、炉内气流

稳定提供必要条件。

7、操作上尽量避免无计划紧急休风，并建议全部选用加长风口，控

制适宜风速，选择适当开放中心、抑制边缘气流发展的装料制度，控制合理煤气流初始分布，稳定炉温，稳定压力，避免下部气流不稳定造成渣皮频繁脱落。

8、炼铁厂定期检查取样化验软水与工业水水质；由炼铁厂牵头，不

定期与能源部联合检查碳钢挂片（建设时设在软/净循环水泵站，共4处），以促进水质管理，确保冷却系统运行良好。并应尽快讨论如何清除冷却壁内结垢情况，改善冷却壁冷却效果。

9、改造软水密闭循环系统换热系统，稳定并降低软水供水温度，促

进冷却壁更好凝结渣皮，保护冷却壁本体，延长冷却设备使用寿命。

六、冷却壁修复手段比较

1、穿管技术

冷却壁穿管技术源自于卢森堡，由于引进费用较高，武钢炼铁厂经过自身钻研，在国内首创了冷却壁穿管修复技术，并取得成功。但我认为，冷却壁穿管后管径变小，且穿管内壁为波浪形，不利于水流

通过，冷却强度大大降低；穿管与冷却壁原水冷管之间灌耐火材料，其导热性能差，不利于对冷却壁本体的保护。而且风口带冷却壁空间狭小，穿管后外部旁通管无法连接或直接影响更换风口中小套和送风支管；铜冷却壁内水道为35×80扁形水道，无法实施穿管修复技术。因此，冷却壁穿管在水冷管损伤较小情况下，并不是最好的修复手段。在冷却壁损坏较大、采用纳米技术无法修复时，作为备用手段最好。

2、纳米技术修复

纳米技术修复在高炉冷却壁修复方面是一个较新的技术。但据我了解，在汽车汽缸上曾经有过用某种材料修补裂缝的技术，修复后耐高温高压，效果良好。采用纳米技术修复可以重复进行，施工时间短，甚至可以在高炉生产时进行。采用纳米技术修复不影响冷却水量、冷却强度，并且在修复手段失败后，可以再进行穿管修复。因此，在使用内窥镜检查确定水冷管损伤较小时，应首先用一定浓度酸液清洗管道内部，再经冲洗后使用纳米技术修复。当水冷管确实发生损伤面积过大，无法进行纳米技术修复后再进行穿管修复。

七、责任追究

根据上述情况，建议公司组织力量进行深入分析，确认冷却壁过早损坏原因后，追究相关单位责任，乃至合理索赔，尽量挽回公司因此造成的损失。