新钢10号高炉冷却壁穿管技术总结
摘 要 对新钢10号高炉炉缸4段漏水的原因及处理进行了总结分析。认为热应力是导致冷却壁水管剪断的主要原因，采用”U”型透明管检漏、冷却壁穿管修复技术取得明显成效。
关键词 高炉 冷却壁直冷管 穿管修复
新钢10号高炉（2500m3）采用串罐无料钟炉顶，“矮胖”炉型，30个风口，联合软水密闭冷却、薄内衬冷却壁，送风系统配备3座改进型卡鲁金顶燃式热风炉，2009年11月9日16：18点火，第九天利用系数达到2.017t/（m3·d），实现了安全开炉、快速达产。然而，从2011年6月10日始，炉缸四段冷却共有11根直冷管破损，本文重点阐述采用”U”型透明管检漏、冷却壁穿管修复技术后取得明显成效。
1 高炉本体冷却结构
新钢10#高炉采用最新的砖壁合一技术，高热负荷区域采用3段铜冷却壁，取消凸台，共设臵15段冷却壁，风口大套无水冷，
冷却水系统采用联合软水密闭循环系统，主要由冷却设备、脱气罐、膨胀罐、换热器、主泵组成，软水通过炉底￠108×54根冷却管进入蛇形管与￠76×176根炉体直冷管并联再与小套、中套、直吹管、热风阀等冷却设备串联，回水进入总管，形成“一管到顶”， 实现了软水系统冷却水管以竖向方式自下而上连接的“步步高”的原则。对炉底、冷却壁、热风阀、风口进行冷却保护，系统循环总水量3740m3/h，其中572 m3/h为炉底冷却，3168m3/h为冷却壁，两者回水进入总管，一部分经高压增压泵后供风口使用，另一部分经中压增压泵后供风口两套、直吹管、热风阀使用，总回水经脱气罐脱气，膨胀罐稳压后回到软水泵房，经二次冷却后再循环使用。
2 冷却壁直冷管破损的变化过程
2011年6月10日首先发现123#破损，10月11日继而76#破损，2012年1月24日56#破损，8月31日88#破损，11月24日174#破损，25日69#、85#、84#集中破损，27日98#破损，2013年1月8日77#、83#破损，冷却壁直冷管持续破损，部分转工业水冷却，不但因水压低水质差冷却强度不够效果差，冷却壁的水温差会逐渐增大，热流强度和热负荷也随之增大，造成结渣皮薄且频繁脱落，这样炉型不规整导致边缘气流不稳定，如果还不及时处理，将会造成与之相联的上下冷却壁逐步损坏，并蔓延至周边相邻冷却壁，严重时造
成冷却壁系统失效，而且长期大量冷却水侵泡炭砖，影响高炉生产稳定、长寿。
3 冷却壁直冷管破损原因
3.1 球墨铸铁冷却壁破损机理
燃烧带形成炉料下降和煤气运动最活跃的区域，在循环区内煤气的温度高达2000℃以上。从循环区逸出的超高温煤气和渣铁流动对炉腹部位剧烈的冲刷。由于在炉腹、炉腰和炉身下部正是软熔带根部和焦炭焦窗的所在区域，软熔带气流分布的随机变化会引起炉腰和炉身下部相应的温度变化，温度的波动将引起耐
火材料、渣皮的严重剥落。该区域的长寿主要取决于冷却设备是否能长期可靠的工作。
球墨铸铁冷却壁金相组织的基体是铁素体和少量的珠光体，生铁中的炭以球状石墨的形式存在，热导率比普通铸铁略低。当冷却壁受高温作用发生裂纹时，裂纹不向热影响区以外传播，允许的使用温度较高，通常以珠光体的相变温度760℃作为球墨铸铁冷却壁的允许工作温度。球墨铸铁冷却壁中珠光体所占的比例＜15％，由于组织内珠光体发生相变，将造成原来组织的破坏而导致裂纹。因此，球墨铸铁冷却壁的热面温度不能长期＞760℃，否则必然发生冷却壁的破损。炉腹、炉腰、炉身下部的热负荷较高。炉况异常时，若热负荷超过冷却壁最大承受能力，冷却壁热面温度上升至760℃以上，则易发生裂纹、变形，造成冷却壁破损[1]。
3.2 高炉操作对冷却壁破损的影响
（1）煤气流分布的稳定。炉内边缘的不稳定煤气流，造成冷却壁热面温度的波动，使冷却壁急冷急热，冷却壁变形进而破损。国内外冷却壁使用经验表明，球墨铸铁冷却壁急冷急热次数超过800次，就会出现破损[1]。10#高炉煤气流的稳定性，高炉应寻求合理的布料模式与煤气流分布模式，提高煤气流分布的稳定程度，减少不稳定的边缘气流对冷却壁的破坏。
煤气流分布的稳定不单是强调边缘煤气的稳定，中心煤气或者边缘煤气的不稳定都将造成炉内渣皮的脱落。边缘煤气分布的稳定也不是边缘煤气温度越低越好，而是边缘煤气温度能够稳定、不剧烈波动。
（2）边缘煤气温度。在高炉冷却制度确定、稳定的生产状态下，冷却壁热面温度取决于炉内边缘煤气温度。高炉投产后，应防止因边缘煤气温度过高造成冷却壁热面温度长期高于其允许的工作温度，致使冷却壁过早破损。10号高炉第1～4段冷却壁热负荷6000-8000W/m2。
3.3 炉体结构设计对冷却壁破损的影响
10#高炉炉缸4段设计球墨铸铁冷却壁，炉腹、炉腰、炉身下部5、6、7段轧制四通道铜冷却壁，该部位处于软熔带的根部，工作条件非常恶劣，热流强度大。球墨铸铁冷却壁的热面温度不能长期高于760℃，一旦冷却壁热面渣皮脱落，冷却壁热面温度必然超出760℃。且球墨铸铁冷却壁热面不易形成渣皮，使该部位冷却壁长时间暴露在炉内高温煤气中，这必然引起冷却壁的破损，球墨铸铁冷却壁热面形成渣皮大约需要1h，铜冷却壁热面形成渣皮大约需要15min。 4 采取的措施
4.1 转工业水冷却
为保持冷却不影响周边相邻冷却壁，临时采取如下措施。
（1）及时对漏水的冷却壁水管解联采取了断开软水循环系统单独控水进行冷却。
（2）临时调整水温，自冷却壁水管破损转工业水，水温由之前37±0.5℃降至12～18℃，并严格控制≯20℃。
（3）建立完善的点巡检制度。扩大对高炉水温差的监测范围，将建立档案，制定了重点部位每天监测一次，其它部位每2天监测一次。 4.2 穿管处理过程
（1）清理冷却壁管路。
高炉休风后先用气焊割除待修复管路上、下方法兰螺栓，再用手摇式管路疏通机反复清理冷却管内的沉积瓦斯灰及工业水结垢物，然后通高压水冲洗，最后用内窥检查管道内壁有无杂物。
（2）冷却壁穿管
将系好钢丝的管道疏通机软轴从上方管口放入通过管道从下方管口引出绳索，固定钢丝后解联疏通机软轴并抽出软轴，用绳索直接连接固定好金属波纹管的细钢绳，并从上方管口逐段放钢绳，下方轻轻牵引绳索。将金属软管从上方管口放入，从上到下牵引，直至DN32mm金属波纹管从下方管口出来约600mm左右，安装上、下管口卡座法兰，要求法兰内金属垫片安装到位。
卡座安装完毕后，配管将多余金属软管切除，再用打磨机打磨割口，使割口平整。再用卡环将软管卡住后装配卡座，必须将卡座活接拧紧，将金属软管凸起的波纹压平整。然后卸开卡座活接加入密封垫重新拧紧。
进、回管接头压浆短管上装好球阀，打开下部供水阀，上部排尽空气后关闭排气阀，打开回水阀观察有无外泄，然后再关闭上下供回水阀，观察该管压力表是否有压降，无压降则穿管成功。
（3）灌浆。从进水管的压浆管向金属波纹管和原破损冷却管之间灌入CB–XT无水炭素压入泥浆，确保泥浆充分填满缝隙。
4.3 冷却壁灌浆
炉缸传热机理是必须切实把炉内热量有效传递到冷却水，而对于无法疏通的冷却壁水管采取灌入CB–XT无水炭素压入泥浆，据资料表明：煤气的导热系数0.03W/(m·K),钙垢的导热系数0.58～6.96W/(m·C),而胶泥的导热系数5～10W/(m·K)，冷却壁水管灌浆后将炉内的热量有效传递到相邻的冷却管和炉皮，达到稳定凝固层的目的。
5 效果
10号高炉自69#、77#、83#、85#、88#、98#、174#冷却壁水管成功穿管，56#、76#、84#、123#被迫灌浆焖死，随着炉缸工作的进一步活跃，炉墙粘结脱落渣皮、热负荷大幅波动的情况明显减少，炉内煤气流分布稳定，平均煤气利用率上升0.26％。
6 结语
冷却壁水管在冶金行业普遍存在，严重影响炉型和高炉寿命，采用冷却壁穿管技术可以改善冷却效果延缓冷却壁破损，值得广泛推广使用。建议发现冷却水管破损后及时停炉进行穿管修复，以免日积月累积淀瓦斯灰和结垢，造成冷却水管无法疏通而被迫灌浆。
参考文献：
[1] 张贺顺，马洪斌，陈军.首钢3号高炉炉体冷却制度的初步研究[C].中国金属学会炼铁分会.2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集.北京：中国金属学会，2010:823-827. [2] 朱仁良，居勤章.铜冷却壁高炉操作现象及思考[J].炼铁，2012,24（4）：13.