由于铜冷却壁具有导热性好、抗拉强度高、抗热震性和抗热流冲击性好等优势,自2000年以来,铜冷却壁在我国许多高炉得以推广应用。但近年来,国内先后有多座高炉发生了铜冷却壁损坏事故,严重影响了高炉生产。
1 安装金属软管或雪茄式冷却器
台湾中钢和宝钢成功开发和应用了该技术。台湾中钢2号和1号高炉分别于2006年1月和2010年6月在炉腹、炉腰和炉身下部区域安装了铜冷却壁,又分别于2011年9月和11月出现铜冷却壁漏水事故。为了保护炉皮,把小型金属软管穿入漏水的冷却壁管道代替原来的冷却水管道,在金属软管外与原冷却水管道之间的缝隙灌进导热性好的浇注料以提高冷却能力。
在选用浇注料时,台湾中钢通过传热分析认为,使用低导热性(1.5 W/m·℃)的浇注料其冷却能力不能满足稳定操作期间的要求;只有使用高导热性(15 W/m·℃)的浇注料才能满足高炉稳定操作期间的要求。
在金属软管被侵蚀并再次漏水后,休风并把浇注料灌进软管;为了保护炉皮,从炉皮向里安装雪茄式冷却器。
为了达到较好的效果,使用传热分析对安装24个雪茄式冷却器后炉皮温度与炉内煤气温度之间的关系进行了研究,结果表明,在炉内煤气温度400℃情况下,使用导热系数分别为1.5、10 W/m·℃和15 W/m·℃的浇注料时,炉皮温度分别为127、107℃和100℃。这意味着,在稳定操作期间,使用24个雪茄式冷却器处理漏水铜冷却壁是可行的。但是,在炉内煤气温度为1 200℃时,无论使用何种浇注料,炉皮温度均高于200℃;因此,此种方法只适于炉内煤气温度较低的区域,如炉身中部及以上部位,1 200℃及温度更高的区域不适用。在温度较高的区域发生冷却壁破损,最好采用冷却壁更换技术。
即使非铜质冷却壁出现漏水或破损,也可采用上述措施。如宝钢3号高炉上炉役也曾出现冷却壁(非铜冷却壁)破损并采用了类似的处理技术。效果良好。宝钢3号高炉上炉役于1994年9月投产,开炉最初几年,出现冷却壁水管破损现象,其中最严重的一次是,炉身中下部的S3和S4段冷却壁水管出现大量破损,其中S3段冷却壁凸台管破损率达95%,本体管破损率达71% ,针对S3、S4段冷却壁水管破损日趋严重的状况,宝钢采取了与台湾中钢处理漏水铜冷却壁相似的技术措施,首先在破损的本体管内穿人不锈钢软管,在不锈钢软管被侵蚀并再次漏水后,采用安装微型冷却器的措施。在微型冷却器再次损坏后,整体更换冷却壁。
2 采用冷却壁更换技术
新日铁住金的原住友金属公司和宝钢都开发和成功应用了冷却壁更换技术。1982年开炉的和歌山厂4号高炉,从1986年左右就开始出现冷却壁破损,住友金属公司于2002年用111 h更换了102块冷却壁,于2006年用93 h更换了78块冷却壁 。
宝钢3号高炉上炉役初期出现冷却壁损坏,分别于2004年3月(100 h)和2009年5月(93 h)对S3和S4段冷却壁进行了整体更换作业。冷却壁更换操作包括以下方面:
(1)休风降料线。
①根据料线高度控制送风量,防止出现管道现象;
② 为保护炉顶设备,选择合适洒水设备和洒水量;
③降料线操作和休风时间控制。住友金属在操作设计、计划制定中,曾采用数学模型进行了模拟研究。
(2)冷却壁更换作业。
首先,在炉顶开设大入孔和在破损冷却壁上部一定位置开冷却壁出入孔,具体孔数根据所计算的炉皮强度来定,宝钢3号高炉当时根据计算结果开设了4个孔,并在开孔位置铺设专用环形轨道,再在轨道上布置冷却壁运输台车,进行冷却壁运输。在高炉炉顶外部平台上沿炉身一圈事先架设20台左右的无走行固定式电动葫芦,特殊设计的“吊钩”在高炉休风后通过顶部开孔进入炉内进行吊装作业。先拆除冷却壁并吊出。冷却壁拆除时使用液压千斤顶,通过焊接在炉皮上的槽钢反力架把冷却壁推入炉内。在旧冷却壁冷却管保护管上焊上吊耳,在旧冷却壁被完全推出后从炉顶人孔或者炉皮开孔中吊出。
旧冷却壁吊出后,对安装面进行清理,再吊装新冷却壁。然后在炉皮与冷却壁之间的缝隙压人耐火材料。
(3)完成冷却壁更换之后,再恢复料线高度,提高送风量。为提高炉内温度, 适当提高焦比。