宝钢3号高炉冷却壁本体管破损的分析

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AnalysisofBodyPipeDamageforBaosteelNo.3BFCoolingStaveWangTianqiuChengJinfeng(BaosteelIronMakingDepartment)ABSTRACTThecauseofbodypipedamageareanalyzedinBaosteelNo.3BFcoolingstave.Thecountermeasurestodecreasebodypipedamageareproposed.KeyWordsBlastfurnace(BF)CoolingstaveBodypipeDamage1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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ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。图一冷却壁本体管各段破损数量（根）362426812020406080B1S1S4破损本体管数量（根）值得关注的是：2000年1－11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（％）2．061．03018．5678．35100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。3．1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。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。3．2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。H2煤气成分、％1000S3B1S2S1B3B2T1105002015204060冷却设备破损区域2000温度、◦CCOCO2煤气温度冷却设备不破损区域S4750距离风口的高度M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。3．3冷却系统本体系由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.。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260936.2ABCD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号高炉冷却壁的热负荷测定研究.宝钢技术.1999.4.15~182曹传根,苍大强.宝钢3号高炉冷却壁破损机理的热态试验研究.钢铁.1999.4.4~83项钟庸.高炉长寿技术的进步.国外钢铁.1996.2.20~234张景智.高炉软水密闭循环冷却系统破损调研.钢铁.1995.6.10~13