武钢8号高炉投产10年冷却壁零破损总结

武钢8号高炉投产10年冷却壁零破损总结
曾伟涛
（武钢有限炼铁厂，湖北武汉
430000）
摘
要：武钢8号高炉，2019年8月1日投产，投产10年冷却壁零破损，单位炉容产铁系数达到8680.3t/m3，在
高炉长寿工作方面达到国际一流水平。

文章对武钢8号高炉冷却壁零破损的原因进行了总结，认为8号高炉充分吸取了原武钢大型高炉冷却璧破损调查的经验，采用了合理的冷却材质，实行严格的锌负荷管理，采取适宜的上下部相结合的操作制度来保证高炉炉况长期顺行，实现了8号高炉冷却壁投产10年零破损。

关键词：冷却材质；锌负荷；操作制度；冷却壁
Metallurgy and materials
作者简介：曾伟涛（1984-），男，湖北麻城人，大学本科，工程师，主要研究方向：高炉炼铁。

武钢8号高炉，2009年8月1日投产，有效容积4117m 3，采用大量武钢大型高炉长寿设计的成熟经验，包括在5号高炉第一代炉役上得到成功应用的串联式联合软水密闭循环冷却系统，在6、7号高炉发展成熟的陶瓷杯结合炭砖的复合炉底结构、铜冷却璧薄炉身设计等先进技术。

武钢8号高炉，开炉后第四天利用系数即达到1.984t/（m 3·d ），创国内同类型高炉开炉最快速度。

开炉后，8号高炉的各项经济技术指标不断创出新高。

开炉后第1个月利用系数达到1.988/（m 3·d ），焦比403.5kg/t，煤比178.8kg/t；第3个月利用系数突破2.520t/（m 3·d），特别是高炉的单月平均利用系数达到2.617t/（m 3·d ）），突破了国内大型高炉的历史记录，达到同类型高炉中一流的水平。

投产10年以来，武钢8号高炉一直保持着高产长寿的良好态势。

截止到2019.7.31，武钢8号高炉投产10年来没有一块冷却璧损坏，共产生铁3573.65万t，年平均产生铁357.37万t，单位炉容产铁8680.246t/m 3，平均燃料比514.0kg/t.Fe，创造了大型高炉高产长寿的典范。

1武钢大型高炉冷却壁破损调查的经验
1.1武钢大型高炉的冷却璧结构
武钢5号高炉第一代炉役，采用了全球墨铸铁冷
却壁结构，代表了武钢第一代大型高炉冷却结构设计。

之后的武钢大型高炉，是在原全球墨铸铁冷却壁结构上进行改良设计，主要变化是在炉身下部、炉腹段、炉缸等高热负荷湿料区使用铜冷却璧取代原来的球墨铸铁冷却壁，以期达到更理想的冷却壁长寿效果。

1.2武钢大型高炉冷却壁破损调查的经验
1.2.1原武钢大型高炉冷却材质设计存在缺陷
⑴炉腹6段冷却壁与炉缸5段风口带设计不合理
在炼铁发展史上，铜冷却壁应用技术和炉身薄炉衬技术几乎是同时期出现，两者相辅相成。

正因为有铜冷却
壁更好的导热系数，才能在保证高炉寿命的前提下减薄炉身内衬。

但是，铜冷却壁用在高炉哪几段最合适，铜冷却壁和铸铁冷却壁的结合部怎么处理，也是经过了较长时间的实践论证。

国内大型高炉，普遍在炉腹段采用铜冷却壁，但是炉腹采用铜冷却壁后，炉腹段铜冷却壁和风口段铸铁冷却壁的结合部成为高炉炉身的薄弱环节，相当多的高炉冷却壁损坏发生在炉腹铜冷却壁和炉缸风口带铸铁铸铁冷却壁这两段，究其原因，还是这两段冷却壁的结合部设计存在缺陷。

因为炉腹段铜冷却壁壁体厚度较薄，采用薄内衬，镶砖也薄，而风口段冷却壁壁体较厚，风口带砌砖厚度也大，这种上薄下厚的结构形成就造成了结合部有一个向炉缸延伸的“凸台”。

炉腹属于渣铁滴落带，这个“凸台”形成后，滴落的渣铁就易于在此聚集，向两端冷却壁之间渗透，首先就会造成炉缸风口带的铸铁冷却壁烧损，然后高温渣铁、煤气流冲刷会沿此缝隙侵蚀铜冷却壁冷面，造成炉腹段铜冷却壁水管开裂、剪断、冷却壁壁体损坏。

原武钢大型高炉的破损调查也证明了这一点。

炉缸5段风口带铸铁冷却壁破损发生的更早，冷却壁破损数量更多，然后渣铁沿两段冷却壁之间的缝隙大量进入炉腹铜冷却壁背面，损坏进水管。

破损调查发现炉腹铜冷却壁的进水管损坏严重，有的水管已完全烧坏。

判断铜冷却壁烧损的主要原因是铜冷却壁水管损坏，铜冷却壁温度升高烧坏铜冷却壁。

⑵炉身上部使用铸钢冷却壁不成功
原武钢大型高炉炉身上部10段、11段使用铸钢冷却壁后损坏数量多，分析认为跟冷却壁材质选型有一定关系。

铸钢冷却壁的冷却强度大大高于球墨铸铁冷却壁，耐磨性则差于球墨铸铁冷却壁。

在炉身上部，耐磨的要求高于冷却强度的要求，特别是炉役后期砖衬脱落之后，在炉身上部球墨铸铁的冷却壁要优于铸钢
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第1期曾伟涛：武钢8号高炉投产10年冷却壁零破损总结
冷却壁。

如果高炉炉腹炉身采用4段铜冷却壁，再加炉身上部2段铸钢冷却壁，那么炉身上部冷却强度是过大的，炉身渣皮容易结厚，对高炉操作是不利的。

综合考虑高炉操作和炉身上部抗炉料冲刷的要求，在炉身上部干料区（10段以上）使用球墨铸铁冷却壁要更加合适。

1.2.2负荷管理缺陷
武钢高炉钾、钠负荷控制较好，这些年变化也不大，但锌负荷大大偏高，其中武钢某高炉有段时间超过要求3倍以上。

2012年2月1日，曾分别对武钢某高炉入炉原料、燃料和高炉排出物进行取样，测算高炉锌负荷，分析锌在高炉的聚集和排除情况。

结果如下：该高炉当日吨铁负荷（kg/tFe）：Zn=0.454 kg/tFe，K2O=1.914kg/tFe，Na2O=0.938kg/tFe，K2O+Na2O= 2.852kg/tFe。

我们认为，高炉原燃料的有害元素中Zn排在第一位。

由于Zn在高炉内循环富集，其危害最主要的三点是：①造成炉墙结瘤，破坏高炉的稳定顺行。

②Zn蒸汽在高炉内稀释煤气有效浓度，占据高炉内空间，并在900~1000℃煤气间接还原区域达到最大值，不利于间接还原，从而降低煤气利用率，使高炉能耗增加。

③锌侵入内衬砖缝、内衬与壁体之间的缝隙中，扩大缝隙，形成裂纹，造成内衬耐材粉化、剥离、脱落。

如此高的Zn含量对高炉砖衬有很强的侵蚀破坏力。

ZnO在930℃（还原温度）以下可以稳定存在，>930℃则被还原汽化。

冷却壁表面，炉缸砖衬表面在高炉生产中，可能低于930℃，ZnO有条件沉积下来。

锌及其化合物能在高炉内部以固态和气态的形成不断转换，气态的蒸汽会侵入各种砖衬缝隙中，再转化为固态后体积膨胀，造成耐材粉化、破碎。

ZnO和沉积物在炉缸、炉腹大量堆积，还会影响炉缸工作和炉料顺行。

1.2.3操作模式缺陷
为了加强炉身高负荷湿料区的冷却强度，原武钢大型高炉在此段设计上采用铜冷却璧取代铸铁冷却壁。

由于设计上铜冷却壁较多，冷却强度变大，操作炉型易发生变化，局部一列温度一旦低于正常值，就会逐步发展到旁边多列温度低，水温差低于5度就容易粘结，粘结之后渣皮不容易脱落。

原武钢大型高炉采用铜冷却璧取代铸铁冷却壁设计后，经历了一段时间的操作制度的摸索。

开始的时候沿用原武钢“抑制边缘，开放中心”操作制度，虽然利于强化冶炼，但不适应高炉新的冷却材质，容易出现周期性的炉身粘结现象。

这时候，原武钢大型高炉炉身7、8、9、10、11段容易发生粘结现象，一旦粘结，炉型就发生较大的变化，通过制度调剂很难将10、11段粘结消除，操作不慎就易发生悬料等。

炉墙结厚之后，边缘的热负荷大幅降低，每次渣皮脱落后，边缘的热负荷又大幅上升，冷却壁直接暴露在高温煤气流的冲刷之下，相当于每次的炉墙粘结和清洗，都是对冷却壁的频繁“热震”，容易造成冷却壁损坏。

炉墙粘结造成悬料后的反复坐料，对冷却壁整个结构也有应力破坏。

因此，高炉的操作制度必须与高炉的冷却结构相适应，形成稳定的操作炉型，让高炉能长期稳定顺行，才能保证高炉长寿。

2武钢8号高炉的冷却材质说明
武钢8号高炉，有效容积4117m3，，采用大量武钢大型高炉长寿设计的成熟经验，包括串联式联合软式密闭循环冷却系统、武钢第二代薄壁高炉设计、多段铜冷却壁结构。

相比较原武钢大型高炉，采用增加风口数量（36个），更进一步减小炉身及炉腹角，继续减小高径比（H/D=2.1），适当加深死铁层等手段，确保炉型长期稳定和炉况顺行。

在炉型设计上，武钢8号高炉吸取原武钢大型高炉设计的经验，做出了三个重大调整。

首先是吸取原武钢大型高炉的成功经验，在炉缸一、四段使用改良型的低铬合金光面球墨铸铁冷却璧，相比于原先使用的光面球墨铸铁冷却璧，增强了结构强度和耐磨性能，减少了四段冷却壁损坏的可能。

其次是吸取原武钢大型高炉炉身10段、11段使用铸钢冷却壁后容易损坏的教训，在炉身10段、11段使用镶砖球墨铸铁冷却壁（带蛇形管双层冷却）。

镶砖球墨铸铁冷却壁（带蛇形管双层冷却）既保证了在炉身上部耐磨耐冲刷的要求，也实现了足够的冷却强度，减少了炉身10段、11段冷却壁损坏的可能。

最大的改进是针对原武钢高炉强化冶炼后出现的炉腹段冷却壁破损的问题，创造性的在5段风口带使用铜冷却壁，不但极大的提高了此段冷却壁的冷却强度，而且同时消除了原5、6段冷却壁材质厚度不同而造成的“凸台”现象。

这样不但利于炉身下部的渣皮形成，而且渣皮脱落后也能很快形成新的渣皮，大大提高了5、6段冷却壁的可靠性，非常利于高炉强化冶炼。

武钢8号高炉投产10年来，始终进行强化冶炼，冷却壁始终保持完好，合理的设计炉型是最重要的因素。

3武钢8号高炉的锌负荷的管理
武钢8号高炉投产后严抓原燃料入口管理，控制有害元素特别是Zn的入炉负荷量。

一直以来，武钢操作者对入炉碱负荷的危害有清醒认识，坚持贯彻精料方针，在减少碱金属入炉方面取得了较明显的效果。

但一段时期以来，武钢操作者对锌负荷的危害认识不足，没有采取有力措施控制。

在2007年7号高炉的入炉锌负荷高达0.4~0.55kg/t，甚至5号高炉的入炉锌负荷高达1.25kg/t，如此高的锌负荷造成着两座高炉炉墙反复粘结，顺行困难，冷却壁也在这一
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冶金与材料第40卷
时期出现破损。

武钢2007年以后的破损调查都得出了相同结论：锌对炉衬和炭砖的侵蚀破坏作用比碱金属更大。

无论是炭砖环缝中试样的分析，还是冷却璧砖衬上的残留物，锌含量均远大于碱金属。

以武钢5号高炉2007年第一代大修破损调查为例，位于炉缸上部的一层普通炭砖内端试样，其化学分析结果为：K2O3%，Na2O1.37%，而ZnO高达37.4%。

这表明，在武钢的生产条件下，高炉有害元素管理必须把控制锌负荷提到新的高度上面来。

2009年武钢8号高炉投产后，就一直非常重视高炉锌负荷的管理，抓好两方面的工作，一是从精料方针入手，减少入炉锌负荷的产生。

二是采从高炉日常操作入手，加强锌在高炉煤气流中的排出，制止锌在高炉内部的循环富集。

3.1减少入炉锌负荷
锌在高炉生产中是会循环富集的，而入炉锌负荷主要来自于配矿过程中二次资源料的加入。

2009年以后，球团矿和烧结矿中停止配加二次资源料，球团矿中Zn含量由0.030%~0.060%下降到0.010%以下，烧结矿中Zn含量由0.020%~0.030%下降到0.020%以下，8号高炉入炉锌负荷控制在0.200%~0.300kg/t以内，虽然还是超出国家标准0.150kg/t，但相比较原7号高炉0.4~0.55kg/t的入炉锌负荷，已经大大降低了高炉的操作难度，减少了锌对炉况顺行和高炉长寿的影响。

3.2采取有力措施排锌
武钢8号高炉把控制锌负荷提到了新的高度，每天核算入炉锌负荷，设定入炉锌负荷0.250kg/t的警戒线。

入炉锌负荷超过0.250kg/t，则立即采取有效措施排锌。

Zn在高炉中难以被炉渣和铁水带走，主要的排出途径是被高温煤气流带走，最终进入瓦斯灰和瓦斯泥中。

经测算，瓦斯灰和瓦斯泥中的Zn排出量占了总排出量的70%以上。

高炉操作上的排锌措施主要是两个。

首先要防止炉墙粘结，阻断锌在炉墙砖衬上的富集，要适当发展边缘气流，给炉墙以适当的热负荷。

其次采取有效措施提高顶温，严禁顶温低于100℃，顶温低于100℃2小时以上，必须降低冶炼强度。

4武钢8号高炉的操作制度
对于炉身已经使用了较多铜冷却壁的高炉，针对冷却强度上较之原铸铁冷却壁的巨大变化，必须从操作制度上进行调整，找到适应铜冷却壁的操作制度。

8号高炉在炉缸2、3、5段、炉腹6段、炉身7、8、9段，即炉身中部以下使用了7段铜冷却壁，这个炉体结构的冷却强度在国内同类型高炉中是最大的。

投产10年来，8号高炉总结的经验是控制合适的软融带位置，让软融带根部位置在炉腹7段的铜冷却壁处，铜冷却壁热面有渣皮保护，且壁体温度降低，这样既能保证合适的操作炉型，也能保证高炉冷却壁长寿。

8号高炉在操作制度上分为三个阶段，经历了两次调整。

第一阶段是开炉到2012年，选择了大进风面积、高送风比、“抑制边缘，开放中心”的操作制度。

进风面积0.4800~0.4947m2，送风比1.82~1.95，上部装制与送风制度相适应。

这一时期的操作制度在当时高矿石品位、高焦炭质量、低有害元素含量时期发挥了重要作用，在高炉长寿和强化冶炼两方面取得了很好的成绩。

第二阶段是2012年到2017年，选择了缩小进风面积、降低送风比、适当抑制中心的操作制度。

进风面积0.4648~0.4800m2，送风比1.65~1.82。

这一时期的矿石品位下降、焦炭质量下降、入炉有害元素含量增加，高炉风量减少，鼓风动能不足，炉墙热负荷下来，高炉容易出现炉身粘结。

这一时期，高炉在操作制度上作如下调整：首先在因为风量减少，下部送风制度必须缩小进风面积来保证鼓风动能，吹透中心来维持高炉顺行。

在上部装制上要维护好操作炉型，既疏松边缘来保证边缘热负荷，也通过减少中心焦量来适当发展边缘气流。

第三阶段是2018年到现在，选择了适宜的进风面积、合适的送风比、“稳定边缘和中心”的操作制度。

进风面积0.4667，送风比1.75~1.87。

这一时期高炉的矿石品位升高、焦炭质量稳定、入炉有害元素含量得到控制，高炉将软融带根部位置控制在炉腹7段的铜冷却壁处，边缘气流和中心气流都比较稳定，高炉经济技术指标再创新高，同时操作炉型维持稳定，高炉实现了高产长寿的目标。

5结语
武钢8号高炉充分吸取了原武钢大型高炉冷却壁破损调查的经验，采用了合理的冷却材质，实行严格的锌负荷管理，采取适宜的上下部结合的操作制度来保证高炉炉况长期顺行，实现了8号高炉冷却壁投产10年零破损。

在大型高炉冷却壁长寿方面，有以下几点值得总结：
⑴大型高炉强化冶炼后，炉身炉腹部要采用铜冷却壁来延长高炉寿命。

当炉腹采用铜冷却壁后，炉腹段铜冷却壁和风口段铸铁冷却壁的结合部成为高炉长寿的薄弱环节，必须采用正确的结构设计，要消除结合部向炉缸延伸的“凸台”。

⑵在实际生产中发现，锌对炉衬和炭砖的侵蚀破坏作用比碱金属更大。

在武钢的生产条件下，高炉有害元素管理必须把锌负荷的管理提到首位。

⑶对于炉身已经使用了较多铜冷却壁的高炉，针对冷却强度上较之原铸铁冷却壁的巨大变化，必须从操作制度上进行调整，找到适应铜冷却壁的操作制度，关键是控制合适的软融带位置。

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