宝钢3号高炉冷却壁本体管破损的分析.doc

宝钢3号高炉冷却壁本体管破损的分析王天球 陈金锋（宝钢炼铁部）摘 要 本文分析了宝钢3号高炉冷却壁本体管破损的原因，提出减少破损的对策。关键词 高炉 冷却壁 本体管 破损Analysis of Body Pipe Damage for Baosteel No.3 BF Cooling StaveWang Tianqiu Cheng Jinfeng(Baosteel Iron Making Department)ABSTRACT The cause of body pipe damage are analyzed in Baosteel No.3 BF cooling stave.The countermeasures to decrease body pipe damage are proposed.Key Words Blast furnace(BF) Cooling stave Body pipe Damage1 前言宝钢3号高炉有效容积为4350m3，1994年9月20日投产。2000年以来，各项技术经济指标屡创新高，其中10月份，利用系数：2.415，铁水含Si：0.247，一级品率达100，全月无休减风。但也暴露了一些问题，主要是：冷却壁本体管破损较多。为确保高炉稳定顺行，减少本体管破损，需要对其破损的原因进行认真的分析，寻求可行的对策。2 本体管破损的概况3号高炉炉体冷却系统引进新日铁第三、四代全冷却壁方式，按位置及水管性质分成本体系和强化系。本体系包括从炉缸H5以上到炉身S5的直管水冷部分，共11段冷却壁，圆周方向分为、四个区，每区由A、B、C、D四根集管供水。自1996年1月30日本体管开始破损以来，至2000年11月30日总共损坏本体管97根，集中在炉腹（B1），炉腰（B2、B3），炉身中下部（S1、S2、S3、S4），如图一。S4S1B1806040200126824263图一 冷却壁本体管各段破损数量（根）破损本体管数量（根）值得关注的是：2000年111月破损76根，占总数的78.35，如表一。年份19961997199819992000合计本体管破损数（根）210187697所占比例（）206103018567835100表一 历年冷却壁本体管破损数量3 本体管破损的原因分析随着炉龄的增加，本体管破损数量增加，见表一。31 冷却壁凸台水管的破损2000年以来，本体管破损增加的主要原因是：冷却壁凸台水管的大量破损。目前，凸台水管的破损率已达83。凸台对砖衬或渣皮起支撑作用，但凸台又造成了冷却壁温度分布不均而形成的热应力，尤其是当炉温波动时，热应力也随着变化，致使冷却壁基体材料疲劳破裂。开裂的铁基在CO气氛和水冷作用下，激烈渗碳，使裂纹进一步发展，有的甚至剥落，使得本体管暴露开裂。温度、C煤气成分、冷却设备不破损区域距离风口的高度M10007502000S4H2CO2冷却设备破损 区域煤气温度CO604020152000510T1B2B3S1S2B1S3冷却壁材质损坏机理研究表明，球墨铸铁产生裂纹影响深度在AC1相变点温度770范围内。因此，从理论上讲，为保证冷却壁安全可靠地工作，冷却壁的最高温度应低于709，绝对不要长期超过770。高炉煤气温度和成分与水管破裂的关系如图二所示。图二 高炉煤气温度和成分与冷却壁本体管破损之间的关系另外S3、S4段冷却壁厚度（270mm）小于B1、B2、B3、S1、S2段冷却壁厚度（340mm）。S3段冷却壁无蛇形管，处于冷却设备破损区域，因此破损较多。32 高炉操作在高炉操作过程中发现，高炉操业及原燃料条件不稳定是造成本体管破损的原因，主要体现在：边缘气流发展、炉热波动和休减风时炉热气流控制不佳等。边缘气流发展，本体管温度变化非常大，受到的热冲击也较大。当炉况不稳，边缘气流变化频繁，交替产生拉应力和压应力，容易造成本体管破裂。休减风时炉热气流不易控制。9月份定休结束后，送风恢复过程边缘气流发展，炉墙脱落，冷却壁热负荷居高不下，炉温偏高，3天内损坏9根本体管。11月的一次大减风恢复过程中损坏4根。原燃料方面，大量使用落地烧结矿以及原料洒水管理落实不好，直接导致炉况波动，炉温波动。7月有2天落地烧结矿比例达50，共损坏6根本体管。高炉产量高也会影响本体管的安全。产量高，下料量多，对炉衬磨损大，且磨损最快的是炉腰和炉身下部。因此，在实践中，操作者要不断提高操业水平，要把减少冷却壁本体管破损做为高炉操业的主要目标。33 冷却系统260本体系由A、B、C、D四根集管供水，四根集管在冷却壁中的大致位置如图三.。DBCA936.2图三 冷却壁S3段示意图 (单位,mm)B、C管长为1572mm，A、D管长为2132mm，B、C管的热负荷较A、D管低，但B、C管破损较A、D管多，比例为2:1。可能的原因是：B管与A、C管的间距260mm大于A管与相邻冷却壁D管的间距156.2mm，B、C管的冷却强度稍低于A、D管。纯水密闭循环系统传热比较简单。炉衬被侵蚀后，冷却壁裸露出来，本体管热负荷增加，靠近本体管内壁水汽化，产生气泡并脱离管壁，进入水中。当热负荷增大，气泡生成速度大于脱离速度时，在管壁上形成气膜，使传热过程恶化，管壁温度升高烧坏本体管。传热过程恶化的另外一种情况是管子受热段较长，即使热负荷不高，管内的水仍会汽化，在管壁上形成环状水膜。此时，当局部热负荷增加，该段水膜被撕破或“蒸干”，使传热过程恶化。这种传热过程恶化易造成本体管疲劳损坏。4 减少本体管破损的对策1） 提高操作者操作水平，合理调节煤气流，减少炉热波动，特别是控制好休减风时炉热和气流。2） 继续安装铜制微型冷却器，进行分段管理，高热负荷区串接的微冷个数少，低热负荷区串接的微冷个数多。3） 冷却壁钻孔时要考虑应力集中，并对钻出的芯子进行材质分析，确定渗碳层的深度和维氏硬度。4） 增设高热负荷区冷却壁温度监测手段，及时发现本体管温度超过650，采取降温措施。5） 加强冷却系统（本体系）的排气管理，减少循环水中的含气率。6） 进行灌浆修补时，要考虑灌浆的均匀性，否则效果不明显。5 结论1） 高炉操业和原燃料条件的不稳定会导致冷却壁本体管的破损，要把抑制边缘气流，保护本体管做为高炉操业的主要目标。2） 本体管破损是不可避免的，要想方设法减少破损。3） 加强对密闭循环水系统的管理，及时排出水中气体，可防止在冷却水和冷却水管之间形成高热阻的气泡层。参考文献1 徐南平,林成诚.宝钢3号高