高爐冷卻設備破損機理分析及預防措施
高爐冷卻設備關系到高爐的正常生產及爐役壽命。一般要求冷卻設備要有足夠的冷卻強度以保護磚襯和爐殼，同時，部分冷卻設備還有支撐內襯，形成工作內型的作用。所以，冷卻設備一旦損壞，將嚴重危及高爐生產。由于冷卻設備不可替代的作用，研究冷卻設備的破損原因，尋找有效的防護措施是高爐安全生產以及高爐長壽的必要保證。作者從幾個方面探討了日照鋼鐵公司冷卻設備損壞的原因及應該采取的預防措施，制定相應標準。
1 冷卻壁破損原因及預防措施
高爐耐火材料是直接接觸爐料、煤氣或者鐵水爐渣的，在不同的部位，要求擁有不同的抗侵蝕機理，其質量好壞和選型正確與否，直接關系到內襯的壽命及冷卻設備的壽命。如日照鋼鐵公司1～4號高爐的爐底、爐缸所用耐火材料為小炭塊加陶瓷杯，從選型上就劣于大炭磚加陶瓷杯。7～10號高爐雖然選用了大炭磚加陶瓷杯的形式，但由于所用耐火材料材質較差，高爐開爐不久就出現了爐底、爐缸溫度高的現象，進而威脅冷卻設備。而11—14號高爐吸取以前高爐的經驗教訓，則選用了國內較好的炭磚和陶瓷杯，開爐生產至今，爐襯溫度穩定，冷卻設備水溫差正常。因此，高爐從設計之初就應該考慮采用優質的耐火材料，這是冷卻設備壽命延長，高爐長壽的先天條件之一。
選用優質耐火材料后，砌筑質量也非常重要，特別是高爐的內型尺寸要嚴格按照工藝要求。如1號高爐在砌筑時，由于風口中心與高爐爐頂中心的偏差超過設計范圍，在投入生產以后的操作中，高爐長期偏料，操作非常困難，裝料制度被迫采取發展邊緣氣流方針，由于煤氣流的強烈沖刷，爐襯很快被侵蝕，冷卻設備隨后逐步損壞，雖然經過幾次噴補造襯來彌補，但效果不佳，最后被迫于采取中修的辦法重新砌筑磚襯來糾正爐型。
其次，冷卻壁縫隙處理要得當，若冷卻壁與爐殼之間有縫隙存在（高爐砌筑結束后灌漿不飽滿所致，一般要求烘爐后、開爐前進行二次灌漿），煤氣就會從填充縫穿過，使冷卻壁由原來的單面受熱變成雙面受熱，使冷卻壁壽命大大縮短。
所以，在施工過程中要嚴把質量關，特別是主要工藝參數如：風口中心、高爐中心、爐頂中心等絕對不能超過工藝要求，一般業內有“砌筑出中心，操作出爐型”的說法。否則由于砌筑質量所造成的隱患，一代爐役都無法克服。
高爐常用冷卻設備有冷卻壁、冷卻板、支梁水箱等，在高爐不同部位使用。根據當初設計，日照鋼鐵公司1號、2號高爐實際使用板壁結合的冷卻方式，在爐身上部存在一段無冷區，3號、4號高爐則只在爐腰有一層冷卻板（但從設計圖紙看，可以取消），爐身上部也有一段無冷區，7～14號高爐則全部是冷卻壁，取消無冷區，在爐身部位采用凸臺鑲磚冷卻壁（實際沒有鑲磚，改為炭素搗打料）。實踐證明，板壁結合的1號、2號高爐，冷卻板破損較快，隨后則進一步影響冷卻壁破損。7～14號高爐的全冷卻壁冷卻方式相對科學。在材質方面，高爐大型化后可以考慮采用銅質冷卻設備。
冷卻設備質量問題主要是鑄造工藝達不到要求。日照鋼鐵公司所用的冷卻設備均為鑄鐵系列埋管式，埋管式冷卻設備制造要求所選用的鋼管與鑄鐵達到無縫隙但能夠滑動，即不漏水而且水管要隨著熱脹冷縮可以滑動，公司層使用某廠生產的冷卻壁，最基本的打壓試驗就有漏水現象，其余更是談不上技術過關。所以，要選用資質較高的廠家來訂貨，并且冷卻設備在到廠以后，一定要進行打壓試驗和通球試驗，通過兩項檢驗，基本可以把不合格的冷卻設備淘汰在安裝之前。
高爐冷卻用水是一個系統管理，不僅僅對水的溫度、水中懸浮物等有較高要求，對水的PH值、水中Ca2+、Mg2+等離子也有嚴格要求。懸浮物等雜質會在管道死角區域沉淀，經過累積，會使冷卻設備出水量變小，冷卻強度降低。來水水溫過高，和爐內溫差就會縮小，要帶走相同的熱量，冷卻水的溫度就會進一步升高。一般溫度大于50℃，水中的離子就會失去活性而產生結垢現象。試驗數據表明，水垢導熱系數是冷卻設備的1/40左右。經檢測，公司水質基本符合要求，就是5號、6號高爐（共用一套水系統，）來水溫度較高，在夏季在40℃左右，需要改造。
高爐從投入生產運營開始，冷卻設備損壞的所有原因就都和操作有關了。操作方面主要分為操作制度大方針和個人的短期行為兩種，具體表現為煤氣沖刷、炸瘤、化學洗爐、操作熱爆震、懸坐料等幾種。其中煤氣流的強烈沖刷是所有原因中最常見、最主要的原因。
針對冷卻設備損壞主要機理，高爐操作者首先要樹立打通中心氣流，以中心氣流為主的操作理念，在日常操作中，短期以穩定熱制度為主，杜絕懸料，特別要防止人為熱制度波動引起軟熔帶上下浮動，造成局部冷卻設備熱負荷劇烈變化，最后使高爐壽命縮短。長期以防止結厚，防止堆積，杜絕洗爐、炸瘤為主。
除人為原因外，操作方向主要由原燃料條件決定。一般高爐入爐料強度差，粉末多等影響高爐順行，被迫采用發展邊緣氣流裝料制度，所以改善入爐料條件是操作方向的基礎。另外，要注意原料中的有害元素超標富集，特別是鉀、鈉、鋅等，易在高爐磚襯富集粘結、對內襯、冷卻設備影響巨大，鉛富集直接對爐底磚襯損害，縮短高爐壽命。
2 相對標準制度
為了保證冷卻設備的正常運行，日照鋼鐵公司制定了一些相應標準：
水質規定：來水溫度＜40℃，懸浮物＜200mg/L，Ca2+硬度＜50 mg/L，PH值7～8。
?、诟郀t水管結垢標準：每月檢測一次，每月通報。當水垢超過1mm，必須進行物理或者化學沖洗除垢，保證冷卻強度。
?、鄹郀t各段冷卻壁冷面溫度規定：爐腹＜70℃，爐腰＜70℃，爐身＜60℃。每天檢測2次，每月通報，當溫度低于40℃，討論原因，決定是否控水來防止高爐結厚，溫度超過140℃，要外部噴水冷卻降溫。
對于部分有害元素，國標中沒有明確規定，公司結合生產經驗，對主要元素規定如下：
?、兮?，鈉：初步確定入爐負荷小于4.5kg/t。
?、阡\：礦石含量小于0.2%，根據實踐摸索，當布袋灰含鋅達到7%以上時及時外排除塵灰。
?、坫U：礦石含量小于0.3%，杜絕人體傷害及爐底破損。
3 結束語
冷卻設備的損壞是一個系統原因，結合日照鋼鐵公司后來建爐及維護經驗，只要在最初建設期能夠及時預防，在生產運行期能夠按照一定的標準執行維護，還是可以把冷卻設備損壞降低到最低水平。
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