攀钢4#高炉冷却壁改造及操作炉型维护

攀钢 4#高炉冷却壁改造及 操作炉型 维护 黄 云 （攀钢钒炼铁厂） 摘 要： 介绍攀钢 4#高炉冷却壁损坏情况及原因，重点阐述原有冷却壁设计缺陷 及 在年修期间 进行 的改造 。 改造后 通过 调整 高炉 操作制度， 加强 对冷却壁维护的 技术 措施 ，高炉利用系数提高到 t/(m3d)。 关键词： 高炉 ； 冷却壁 ； 炉型 ； 维护 0 引言 高炉 各 部位 的 冶炼进程 不同， 所处的工作环境也各异，因而炉衬被侵蚀破坏的因素与程度也不同。攀钢冶炼钒钛 磁铁 矿 高炉 软熔带位置较 冶炼 普通矿 的高炉 低，炉腹受高温、化学、压力及动力因素（如冲刷、 摩擦、渗入）的损坏作用更强，是直接或迅速造成炉衬损坏的 主要 原因。因此，高炉炉腹各段冷却壁的设计、维护是高炉需要大修或中修的主要依据，合理的炉衬冷却 系统设计，是 高炉长寿的关键。 攀钢 4#高炉 2004 年大修以来，由于冷却壁大量破损，向炉内漏水严重，导致炉墙渣皮不稳，炉况波动大， 同时，炉皮存在烧穿隐患 。 2005 年12 月，五段 20#冷却壁烧穿，同时六段 19#、 20#下部烧坏，导致高炉休风 h； 2009 年 4 月、7 月，五段、六段烧穿分别导致高炉休风 2009 年 3 月以后， 五 段冷却壁 36 块全部破损， 六 、 八 、 九 段冷却壁破损也相当严重，2009 年 11 月冷却壁破损情况统计如表 1 所示 。严重影响了高炉指标优化， 2004 2009 年高炉平均利用系数仅 t/(m3d)。 1 冷却壁破损原因 4#高炉炉衬冷却系统出现严重破损的主要原因是 五 段冷却壁设计不合理。 五 段冷却壁处于高炉风口上方，炉缸光面冷却壁与铜冷却壁相衔接处（见图 1），其设计上存在如下缺陷 。 1)五段冷却壁外环管上部有 305.6 度区域的弱冷区（无水管区），见图 2。该区成为五段冷却壁的冷却盲区。在高温煤气流及熔融渣铁冲刷下，该区 域极易被烧穿。 表 1 2009 年 11 月冷却壁破损情况统计 段数 块数 /块 破损率 /% 一 0 0 二 1 1 0 0 五 36 100 六 10 0 0 八 19 13 1 1 五段冷却壁位置 内环冷却水管 五段冷却壁 六段 铜 冷却壁 外环冷 却水管 四段冷却壁 风口中心线 存在伸向炉内突台 38 2010 年第 33 卷第 6 期 图 2 五段冷却壁水管分布 2)五段冷却壁与六段衔接处存在突台 （图 1中标示） ，（五段内环水冷管伸向炉内），从高炉炉型调查研究资料来看，此部位正是高炉侵 蚀严重区域，在高温渣铁冲刷下，此处冷却水管很易破损。 3)五段冷却壁处于高炉炉腹中下部、软熔滴落区域，长期受高温渣铁及煤气流冲刷，其冷却材质选用铸铁板， 质，（一般炉腹采用铜冷却壁），传热效果差，冷却强度不能保证。 2 改造措施 2009年 8 月针对 4#高炉出现的三次烧穿事故及炉况失常事故，对 4#高炉五段冷却壁设计进行了认真分析，根据五段冷却壁在高炉中所处位置的传热特点（处于风口上方， 1800 2200 的高温区，热流负荷大）及传质特点（熔融渣铁在此处大量生成、滴落，长期受上升煤气流冲刷） ， 2009年 12 月利用年修机会， 对五段冷却壁结构、材质进行了相应改造。改造后冷却壁结构见图 3，具体改动内容如下： 1)采用薄壁型与铜冷却壁材质相结合 原冷却壁壁体厚度为 258 造后冷却壁壁体厚度为 151 冷却壁与炉皮之间空出部分，采用如图 3 中 1 处标示的支撑结构取代原设计（原设计为梯形厚壁体），不断增加了传热效果，还在一定程度上保护了炉皮。同时冷却壁壁体材质由 铁板改为 冷却壁。二者相结合，传热效果更显著，当炉内气流扰动导致炉墙砖衬或渣皮脱落后，初生炉渣流经过时会立刻遇冷 ，新的渣皮再次形成，有利于炉墙渣皮稳定、保护炉墙。 图 3 改造后冷却壁结构 2)炉型合理化 为减少高温渣铁对五段冷却壁侵蚀、磨损，设计消除了五段冷却壁与六段冷却壁之间产生的突台，（见图 3 中， 2 处所标示），使五段在镶砖后和六段冷却壁基本处于同一直线，高炉操作炉型更合理（图中虚线为镶砖后冷却壁外形尺寸）。 3)消除冷却盲区 由于冷却壁壁体上下厚度一致，内部冷却水管排列更灵活，在冷却水管分布设计上，如图 2所示，原壁体上端与六段冷却壁交接处存在 305.6 冷却盲区，改造后冷却水管距离壁体边缘仅 73.7 图 3 中 3 处所标示。改造后的设计消除了冷却盲区，解决了烧穿的根本原因 。 3 冷却壁 维护 2010 年 1 月开炉以后， 为避免冷却壁再次出现破损， 高炉操作以开放中心、抑制边缘为主导，采取了一系列上下部调剂措施， 加强了操作炉型的维护，同时高炉各项指标 都得到进一步优化。 高冷却水压 2010 年开炉后，一 段至 六段 各段冷却水压 均有所提高，以 加大冷却强度、保护炉墙， 调整前后 冷却水压见表 2。 攀 钢 技 术 39 表 2 各段的水压控制 段 二段 三段 四段 五段 六段 改造前 造后 整 料制 为防止中心气流过强导致冷却壁热负荷增加， 2010 年 开炉后 ，高炉逐步将矿石平台角度由原来的 2，拉宽到 3，矿石外角逐步扩大到 37，圈数由以往的 3为 4缘负荷逐步加重 ，调整前后料制对比见表 3。 料制调整前、后高炉十字测温分布见图 4，由图 4 可见高炉改造后高炉中心煤 气流明显增强，边缘气流得到有效抑制。 表 3 2009 2010 年以来高炉使用的典型料制 时间 典 型 料 制 2004 2009 年 35 34 33 27 O 0 6 4 0 C 3 0 3 4 2010 年 1 6 月 38 37 34 0 4 4 2 0 C 2 0 2 2 4 （ a） 调整 前（ 2009 年 4 月） （ b） 调整 后（ 2010 年 6 月） 图 4 4#高炉十字测温 情况 增大矿石批重 采用大批重稳定煤气流，防止气流不稳定导致炉墙渣皮脱落。从 2010 年 1 月开炉后，随着炉缸活跃度增加，高炉逐步加大矿石批重，目前矿石批重由停炉前的 24 t，提高到 26.5 t。 造渣制度调整 适当提高炉渣碱度保护炉墙渣皮， 20092010 年，高炉炉渣碱度情况见图 5， 2010 年以来，逐 步将炉渣碱度由 高到 右，防止低碱度 渣加剧炉墙侵蚀，有利于维护长期稳定的操作炉型 。 1 2 0 9 年 1 月 2 0 0 9 年 4 月 2 0 0 9 年 7 月 2 0 0 9 年 1 0 月 2 0 1 0 年 2 月 2 0 1 0 年 5 月年月炉渣碱度图 5 2009、 2010 年高炉炉渣碱度情况 40 2010 年第 33 卷第 6 期 时间 前措施 为了避免渣铁不净导致炉缸、炉腹冷却壁热负荷增加，减少冷却壁烧坏、破损 率 ，对炉前采取了相应的调控措施：要求炉前及时出尽渣铁、多放上渣。 2009 2010 年高炉上下渣比见图 6。 0 9 年 1 月 2 0 0 9 年 4 月 2 0 0 9 年 7 月 2 0 0 9 年 1 0 月 2 0 1 0 年 2 月 2 0 1 0 年 5 月年月上下渣比图 6 高炉上下渣比对照 4 生产实施效果 此次年修对冷却壁的改造， 2010 年开炉以后，由于高炉各段冷却水压力有所提高，高炉冷却水温差较以往明显降低，保证了炉皮安全生产，解决了影响高炉强化冶炼的根源，改变了以往 由于冷却壁漏水，而 必须靠发展边缘来防止炉墙粘结的局面， 进而采取了一系列积极措施， 高炉指标优化取得了明显成效。 其中 2010 年 2 6 月 连续 5 个月 ，高炉利用系数 平均达到 t/(m3d),创下 投产以来较 高水平，t/(m3d)。 焦比由 484 kg/t,降低到 456 kg/t,综合冶炼强度提高到 t/(m3d)，高炉铁损降低到 具体指标对比见表 4。 5 个月直接创效 元，预计年经济效益为 1721 万元。 表 4 高炉指标对比 时间 利用系数 / 入炉焦比 / 煤比 / 综合冶炼强度 / 高炉铁损 / t(m3d)（ kg （ kg t(m3d)% 2004 2009 年 84 113 010 年 2 6 月 56 结语 1)高炉合理的冷却壁设计 是一代炉龄长寿的关键， 4#高炉 五段冷却壁开炉后不久，便大量损坏， 影响了高炉强化冶炼、指标优化，同时增加了炉皮烧穿隐患。 2)五段冷却壁大量损坏的原因是 ： 冷却水管设计上存在冷却盲区； 与六段冷却壁衔接处存在突台，受渣铁冲刷 、侵蚀 影响加剧； 选用铸铁冷却材质，导热效果差。 3)2009 年 利用高炉年修机会，对五段冷却壁进行改造，由原厚壁铸铁冷却壁，改为薄壁型镶砖冷却壁，设计上消除了冷却盲区 、操作炉型更加合理。 4