马钢3号高炉冷却壁破损维护实践

马 群，蒋 裕，高广静，杭桂生

(马钢股份公司二铁总厂 安徽马鞍山 243000)

马钢3号高炉(1000m3)配备3座卡鲁金顶燃式热风炉，无料钟串罐炉顶系统，皮带上料，18个风口，2个铁口，IBAN法渣处理系统，干法除尘系统，TRT发电， AV56-14风机。第一代炉龄于2004年4月28日起，到2016年10月20日停炉降料面放残铁，运行了约12年6个月，共生产合格生铁1053.53万t，一代炉役单位炉容铁产量为1.05万t/m3。第一代炉龄，高炉利用系数偏低，炉况波动频繁，月平均利用系数难以稳定维持在2.7 t/m3·d以上。2016年年底经过85天的大修改造，更换了炉缸碳砖、冷却壁，并对高炉炉型进行了一些优化改进，双出铁场进行了平坦化改造。2017年1月13日第二代炉役点火投产。

1 高炉冷却壁

第二代炉役，高炉本体共486块冷却壁，1-4段采用光面冷却壁，每段均为36块，共144块，材质为灰铸铁(HT200)，双层冷却，热面蛇形管一进一出，冷面也为蛇形管一进一出。5-16段为球墨铸铁冷却壁(QT400-20A)，共342块，5段为风口带，每块冷却壁上蛇形水管单进单出，6-12段每块冷却壁均为ABCD竖排四个热面通道、一个蛇形冷面通道。13-16段每块冷却壁一根蛇形水管单进单出。冷却壁水管通径 50 mm×5 mm，套管通径 73 mm×5 mm。 第二代炉役和第一代炉役冷却壁材质对比见表1 。

表1 马钢3号高炉冷却壁材质第二代炉役和第一代炉役对比

2 冷却壁破损情况

2017年1月13日投产，高炉达产顺利，炉况一直顺行。2017年7月13日第一根冷却壁通道破损，9月1日第二根破损，10月份上半月连续6根破损漏水。2017年底确定破损通道共10根，覆盖8块冷却壁，其中6层1块、7层6块、9层1块冷却壁，见表2。冷却壁破损区域集中在炉腹，除7层10D以外，都在14#到17#风口区域上部，出现以一点为中心向四周发散的特点。由点及面，破损加快[1]。

表2 2017年马钢3号高炉冷却壁破损情况

2017年10月17日利用高炉计划检修机会对冷却壁进行取样调查，并对安装微冷部位取出冷却壁进行统计测量。从取样看最薄处冷却壁残厚90mm，严重区域在6-8层24#至36#冷却壁之间，部分冷却水管已经外露。下面分两部分对冷却壁取样情况进行统计，主要是外观尺寸及样体特征方面的统计。最后根据壁体取样数据模拟计算出目前7层圆周方向残厚状况。

本次定修冷却壁取样共10个，其中未破损通道冷却壁取样6个，分别是7段冷却壁4个和8段冷却壁2个试样，通道破损冷却壁取样4个，表3是具体情况。技术中心对7-6、7-12、7-10、7-28及8-12共5块样体进行分析化验。

表3 冷却壁壁体取样记录

7段与8段冷却壁不含燕尾厚度正常为170mmm(冷却壁非进出水管处结构是壁体170mm，燕尾78mm)。按照取样数据14#到18#风口壁体较薄，此处7段壁体平均厚度117mm；3#到6#风口，7段壁体平均厚度156mm，8段壁体厚度165mm。因此7段冷却壁高炉北侧侵蚀小于南侧(正南方向14#风口)，8段冷却壁侵蚀小于7段。图1是样体全图，每组样体下面是炉壳，中间是筑炉时灌浆料，上面是冷却壁样体。从取样看炉壳处灌浆料都存在，这里只留存了2个灌浆料。

图1 定修时冷却壁取样

根据壁体取样数据，结合日常高炉壁体温度数据，模拟画出目前7段冷却壁厚度，图2。

图2 7段冷却壁残厚示意图

3 破损原因分析

3.1 冷却壁质量缺陷

对冷却壁体取样，冷却壁试样化学成分见表4。参照QT400—20A化学成分要求(C:3.4～4.0%，Si：1.7～2.4%，Mn:<0.4%，P:≤0.10%，S:≤0.03%)，冷却壁试样7-6、7-12 的Si、S含量不合格，7-10、7-28、8-12的 C含量不合格。

表4 冷却壁试样化学成分 %

冷却壁试样力学性能检测结果见表5。参照QT400—20A力学性能要求(抗拉强度≥370 Mpa，屈服强度≥240 Mpa，延伸率≥14%)，单个指标看：屈服强度均合格；抗拉强度仅冷却壁试样8-12合格，其它均不合格；延伸率均不合格。综合三个指标看，5个冷却壁试样力学性能指标均不合格。

表5 冷却壁试样力学性能

3.2 高炉燃料质量下降

3号高炉使用100%河南金马二类湿焦，对比2017年之前，粒度下降、灰分升高、强度下降，指标均不如自产湿焦。高炉料柱透气性变差，高炉被迫注重、相对发展边沿气流，边沿气流比较强，炉腹渣皮的不稳定，增加了冷却壁受到的热冲击次数、幅度，壁体热电偶温度时有超350 ℃。对冷却壁产生危害，特别是高温区，危害更大。

3.3 冶炼强度升高

3号高炉第一代炉役高炉冶强较低，大修后，第二代炉役投产后6天达产，煤比很快达到150 kg/tFe，并一直稳定在150 kg/tFe，实际炉容利用系数3.11 t/m3·d以上。在高炉冷却壁质量不理想、焦炭质量不理想的条件下，必然影响炉身下部软熔带的位置和煤气流的分布，加上比较发展的边沿煤气流，冷却壁体温度整体偏高，渣皮稳定性不理想，热冲击频繁，对冷却壁危害增大[2]。

4 冷却壁的维护对策

4.1 调整送风制度和布料制度

4.2 合理的热制度

稳定充沛的渣铁温度是炉况顺行的重要保障，同时也会减小炉内热震幅度。日常操作中目标生铁[Si]按照0.35%～0.65%， R2按照1.12-1.25，渣中Al2O3≤16.0%，铁水温度保持在1470 ℃-1500 ℃范围，保持炉缸温度充沛、稳定。出现低炉温必须及时采取增热措施，甚至补加一段轻料。

4.3 加强冷却壁运行状况监控，超标准及时应对

以高炉冷却壁壁体测温点温度波动幅度和频率来判断冷却壁工作状况。以高炉6-10层冷却壁壁体电偶温度为主要依据，参考水温差、热流强度、炉皮温度、环境温度等进行判断(见表6、表7)。

表6 壁体温度波动频次监控

表7 水温差与热流强度预警值

(1)煤气流波动引起的墙体及水温差波动处理原则。

A、结合高炉炉况、炉温及煤气利用率的变化，加轻料0.3 t/ch-0.5 t/ch或退负荷0.10-0.25，保炉况顺行、稳定炉温。

B、分析煤气流波动的原因，针对性调整布料制度。

(2)炉墙渣皮脱落导致热负荷大幅度波动处理。结合炉况、墙体热负荷上升情况及炉温水平，可加轻料0.3 t/ch-0.5 t/ch；炉温大幅下行并有崩滑料，控风100 m3/min-300 m3/min，减氧500 m3/h-1000 m3/h，可考虑加空焦。

(3)冷却器破损导致大量冷却水进入炉内导致墙体温度不稳。

尽快确定漏水点并控水。对炉体冷却设备查漏，根据各水头进出水情况、风口部位和炉皮区域有无水迹等情况，综合判断破损冷却设备位置。

(4)连续低炉温，加焦炭0.3 t/ch-0.5 t/ch或空焦，避免过高煤比提炉温。

(5)设备故障原因频繁减风或休风引起的壁体温度波动，以跟踪观察为主，设备故障消除后按照炉况进行调整。

4.4 原燃料条件

维持合理稳定的炉料结构，确保原料质量。 有害元素控制要求：碱金属≤4.0kg/t.Fe, 锌负荷≤400g/t.Fe。使用焦炭质量满足公司质量控制标准。

正常生产，高炉使用河南金马二类湿焦，在特殊情况下高炉配用湿焦或临涣干焦。(特殊情况指：冷却壁通道连续破损，需要优质焦炭配合气流调整；墙体结厚需要处理；高炉使用焦炭品质下降导致炉况波动等)。

4.5 压浆造衬

定修周期三个月，每次定修均实施压浆造衬，具体压浆范围根据实际状态确定。

对炉皮温度进行定期测量，并进行记录。根据测量记录，判断冷却壁与炉皮之间的间隙和劣化情况，当温度大于100 ℃时(参考值)，则对冷却壁背面进行压浆。冷却壁热面孔及微冷压浆时，一般造衬厚度控制在100 mm，局部薄弱区域可酌情加厚，但不大于250 mm。热面压浆要求炉内温度大于300 ℃，压入后，要求有2 h的养护期。

5 总结

(1)高炉的冷却壁的质量是高炉长寿的重要保障，冷却壁质量好，是高炉长寿的基础。

(2)原燃料质量对高炉冷却壁影响比较大，这一点认识必须要加强。

(3)后期的操作维护对延缓冷却壁破损速率非常重要，提高精料水平，保持高炉长周期稳定顺行，合理优化冷却制度，定期造衬、布置安装微冷维护是必不可少的措施。

(4) 2017年第四季度后高炉冷却壁破损速率得到有限控制，验证了采取的一系列措施可行有效。

参考文献

[1] 魏大胜.广钢4号高炉冷却壁破损原因及维护措施[J].南方金属，2008

[2] 陈新贵.太钢3号高炉冷却壁破损原因及维护实践[J].炼铁，2004，23