浅谈高炉炉况与冷却强度的关系

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《装备维修技术》2021年第13期

浅谈高炉炉况与冷却强度的关系

高 兴

（河北鑫达钢铁集团有限公司炼铁总厂生产技术科，河北 迁安064400）

摘 要：高炉生产的目标是高产、低耗、优质与长寿，高炉生产长期的稳定顺行，与煤气流分布的合理稳定关系密切，而边缘气流与高炉的操作炉型是否合理息息相关，当操作炉型发生变化时，首先受影响的是边缘气流的分布，当边缘气流运动受阻时，就会产生快尺慢尺、偏料等情况，严重时会出现崩料、悬料现象，甚至出现较为严重的管道行程，给高炉生产带来极大的负面影响。关键词：冷却强度；操作炉型；炉墙挂结

前言

某公司本部炼铁厂目前正在服役的共有5座高炉，其中只有8#高炉在热区部位采用的是铸钢冷却壁，其它4座高炉的热区冷却壁均为铜冷却壁，这4座高炉中，5#、6#高炉为1080高炉，其顺行情况良好，各项经济技术指标都很优秀，冷却壁水温差相对平稳，炉墙各测温点的温度变化也不大；但另外两座1380高炉2#炉与7#炉的顺行状态与预期存在一些差距，其中一个重要原因就是热区壁体温度波动较大，说明了高炉热区部位不能形成相对稳定的渣皮，炉墙挂结时而过厚、时而脱落，操作炉型变化频繁，煤气流分布也无法稳定，导致高炉无法进一步强化，影响了高炉生产指标的提高。以炼铁7#炉为例，对这种问题的成因与解决方案进行剖析。1 高炉铜冷却壁的冷却机理

目前高炉常用的冷却壁有三种，分别为纯铜冷却壁、铸铁冷却壁和铸钢冷却壁，纯铜冷却壁的导热性能约是其它两种材料冷却壁的10倍之多，所以铜冷却壁在冷却强度方面具有其它材质无法比拟的优势，而且铜冷却壁表面温度低且温度相对稳定，金属热应力较小，使得铜冷却壁在使用过程中不易破损，能更好的保护炉衬，有利于一代炉龄的延长。

除了冷却强度大的特点外，铜冷却壁能使高炉内壁易结成稳定的渣皮，重量轻易于安装等特点。缺点就是造价较高，但考虑到对炉衬的保护以及后期的维护，实质上其综合成本较之其它类型的冷却壁并不突出，从总体上看，性价比也比较优异，这也是许多高炉设计者把铜冷却壁作为高炉热区冷却壁的首要选择的重要原因。2 炉况顺行与冷却强度的关系

从铜冷却壁的冷却机理我们知道：铜冷却壁对比其它材质的冷却壁，具有导热性能好、冷却强度大、能快速形成稳定的渣皮以及轻便易安装等优点，铜冷却壁能够很好的保护炉衬，延长一代炉龄的寿命。但是铜冷却壁的这些特点也有一定的负面影响，相比1080高炉，1380高炉的冶炼强度更大，风量、风压、顶压等操作参数也更高，热区铜冷却壁渣皮挂结脱落的置换更加频繁，在这种情况下，铜冷却壁的强冷却强度就会产生一些负面效应。高炉冷却壁传统的安装方式是串联式，进水量只能用总阀来调节，但是如果为了降低热区的冷却强度对冷却水流量进行调节，会使整个高炉冷却系统的水量都降低，这对于非热区冷却壁的工作状态有很大的影响，导致整个高炉的冷却制度发生变化，高炉整体冷却效果达不到预期，影响高炉的一代炉龄。

3 7#高炉热区冷却强度是其生产指标进一步提升的瓶颈

炼铁7#炉是1380高炉，属1080改造升级型，其大部分周边设备基础配置均为1080型，7#炉的整体经济技术指标一直保持着不错的水平，但在同水平的炉型中来看算不上突出，以下是2019年度7#高炉的产量指标

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图1 7#炉2019年度月产量（7月份为环保限产停炉检修）从上图可以看出，7#炉3月份平均日产最高，产量为4710.40吨，利用系数为3.41，6月份与8月份产量较低是受环保限产的影

响这里不做详细讨论，但其全年总体日产量水平大约在4530吨左右，利用系数还不能达到3.30，虽然7#炉属改造扩容型高炉，与其配套的设施（如卷称系统）对7#炉的生产作业有一定的负面影响，但总体上来看其生产指标表现略显平庸，高炉在提产挖潜方面显得有些难度，其中一个较为重要的原因，就是因为热区渣皮挂结不规则，导致操作炉型经常变化，煤气流无法稳定而造成的。

经过观察统计可以看出，7#高炉热区炉墙温度变化较之其它部位要明显的多，一直处于高低交替变化之中，其实质就是热区炉墙挂结由薄到厚、厚到脱落，然后又由薄到厚、又厚到脱落，这一过程反复循环，无法稳定在一个较为合理的范围之内，起因就是热区冷却壁通水量过大，造成冷却强度过大，炉墙挂结渣皮也过厚，然后又在自身重力与炉料的相互运动摩擦力的双重作用下，导致渣皮脱落，这一动态过程导致高炉操作炉型不断发生变化，煤气流分布也无法稳定，使得高炉操作者只能不断的改变料制来进行调整，来弥补操作炉型变化带来的负面影响，被动而且效果一般，阻碍了高炉进一步提产强化。

4 7#高炉对热区冷却壁进行跨接改造

通过以上分析可以得出，热区冷却强度过大，其根本问题是因为热区铜冷却壁内通水量过大，只要设法减少这一区域的通水量就能有效的减弱这一区域的冷却强度，既然总水量不能降低，那把进入铜冷却壁之前加装旁通管道，对进入铜冷却壁里面的水量进行分流，就可以实现降低铜冷却壁冷却强度的目的，而且对旁通水量进行调节控制，就能间接达到控制调节铜冷却壁内进水量，从而使得热区冷却壁冷却强度实现可控可调。基于这个原理，7#高炉于今年4月份利用停炉检修的机会，对高炉热区冷却壁进行了跨接改造，对6段进水环管与9段出水环管之间用4根0.4米的旁通管相连，旁通管上有调节阀，这样实现了对热区冷却壁进水量的分流，当旁通管的调节阀全开时，热区冷却壁里面的水流量减少了一半，这样就实现了对6到9段冷却壁冷却强度的控制，通过冷却壁热电偶的反馈温度对旁通阀门进行调节，把通过冷却壁的冷却水的水温差控制在1.5-2.0℃，理论上这个范围既能对炉墙进行合理的冷却，又能保障渣皮的合理厚度，并能保持稳定，有利于控制合理的操作炉型，对高炉顺行有很大帮助。

5 7#高炉热区冷却壁完成跨接改造后的效果：

7#炉是在4月中旬完成了热区冷却壁的跨接改造，4月下旬完成检修点火开炉，正式投产后仅在5月份产量指标就达到了2019年的最高水平，6、7月份指标更是大幅度攀升，不仅如此，7#高炉的燃耗指标也比较优秀，在6月份，7#炉的燃料比与焦比都是在炼铁中指标最好的。

7#炉完成热区冷却壁跨接改造后，由水工对热区炉墙温度进行实时监控，并及时对铜冷却壁内水量进行调节控制，并对相关的数据进行记录分析，尽可能的使热区炉墙的挂结渣皮保持一定的厚度并维持相对稳定，从近3个月观察实践总结，效果达到了预期，而且为7#高炉的未来的进一步提产强化提供了保障。

6 结论

7#高炉用热区冷却壁采用旁通跨接分流水量的方法，来实现热区的冷却强度可调可控，使得炉墙渣皮挂结厚度保持相对的稳定，实践证明是可行的，这种对冷却壁的跨接改造方法投资不高，改造工艺也不复杂，改造完成后丰富了高炉冷却系统的冷却制度的调剂手段，在生产中可以根据实际情况来改变热区的冷却强度，对高炉的顺行稳产与高炉的一代炉龄的延长，都有积极的意义。炼铁厂的2#高炉、5#高炉、6#高炉，其冷却壁结构与7#高炉几乎是一模一样的，7#高炉热区冷却壁跨接改造的成功，也给其它高炉冷却系统的改善方面提供了一些很好的启示。

参考文献：

[1]《钢铁》2001年02期《高炉铜冷却壁的传热分析》.