高爐冷卻設(shè)備關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)及爐役壽命。一般要求冷卻設(shè)備要有足夠的冷卻強(qiáng)度以保護(hù)磚襯和爐殼，同時，部分冷卻設(shè)備還有支撐內(nèi)襯，形成工作內(nèi)型的作用。所以，冷卻設(shè)備一旦損壞，將嚴(yán)重危及高爐生產(chǎn)。由于冷卻設(shè)備不可替代的作用，研究冷卻設(shè)備的破損原因，尋找有效的防護(hù)措施是高爐安全生產(chǎn)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(shè)備損壞的原因及應(yīng)該采取的預(yù)防措施，制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
1 冷卻壁破損原因及預(yù)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(jī)理，其質(zhì)量好壞和選型正確與否，直接關(guān)系到內(nèi)襯的壽命及冷卻設(shè)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(zhì)較差，高爐開爐不久就出現(xiàn)了爐底、爐缸溫度高的現(xiàn)象，進(jìn)而威脅冷卻設(shè)備。而11—14號高爐吸取以前高爐的經(jīng)驗教訓(xùn)，則選用了國內(nèi)較好的炭磚和陶瓷杯，開爐生產(chǎn)至今，爐襯溫度穩(wěn)定，冷卻設(shè)備水溫差正常。因此，高爐從設(shè)計之初就應(yīng)該考慮采用優(yōu)質(zhì)的耐火材料，這是冷卻設(shè)備壽命延長，高爐長壽的先天條件之一。
選用優(yōu)質(zhì)耐火材料后，砌筑質(zhì)量也非常重要，特別是高爐的內(nèi)型尺寸要嚴(yán)格按照工藝要求。如1號高爐在砌筑時，由于風(fēng)口中心與高爐爐頂中心的偏差超過設(shè)計范圍，在投入生產(chǎn)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(fā)展邊緣氣流方針，由于煤氣流的強(qiáng)烈沖刷，爐襯很快被侵蝕，冷卻設(shè)備隨后逐步損壞，雖然經(jīng)過幾次噴補(bǔ)造襯來彌補(bǔ)，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(dāng)，若冷卻壁與爐殼之間有縫隙存在（高爐砌筑結(jié)束后灌漿不飽滿所致，一般要求烘爐后、開爐前進(jìn)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(yán)把質(zhì)量關(guān)，特別是主要工藝參數(shù)如：風(fēng)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(yè)內(nèi)有“砌筑出中心，操作出爐型”的說法。否則由于砌筑質(zhì)量所造成的隱患，一代爐役都無法克服。
高爐常用冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻板、支梁水箱等，在高爐不同部位使用。根據(jù)當(dāng)初設(shè)計，日照鋼鐵公司1號、2號高爐實際使用板壁結(jié)合的冷卻方式，在爐身上部存在一段無冷區(qū)，3號、4號高爐則只在爐腰有一層冷卻板（但從設(shè)計圖紙看，可以取消），爐身上部也有一段無冷區(qū)，7～14號高爐則全部是冷卻壁，取消無冷區(qū)，在爐身部位采用凸臺鑲磚冷卻壁（實際沒有鑲磚，改為炭素?fù)v打料）。實踐證明，板壁結(jié)合的1號、2號高爐，冷卻板破損較快，隨后則進(jìn)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(xué)。在材質(zhì)方面，高爐大型化后可以考慮采用銅質(zhì)冷卻設(shè)備。
冷卻設(shè)備質(zhì)量問題主要是鑄造工藝達(dá)不到要求。日照鋼鐵公司所用的冷卻設(shè)備均為鑄鐵系列埋管式，埋管式冷卻設(shè)備制造要求所選用的鋼管與鑄鐵達(dá)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(chǎn)的冷卻壁，最基本的打壓試驗就有漏水現(xiàn)象，其余更是談不上技術(shù)過關(guān)。所以，要選用資質(zhì)較高的廠家來訂貨，并且冷卻設(shè)備在到廠以后，一定要進(jìn)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(shè)備淘汰在安裝之前。
高爐冷卻用水是一個系統(tǒng)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(yán)格要求。懸浮物等雜質(zhì)會在管道死角區(qū)域沉淀，經(jīng)過累積，會使冷卻設(shè)備出水量變小，冷卻強(qiáng)度降低。來水水溫過高，和爐內(nèi)溫差就會縮小，要帶走相同的熱量，冷卻水的溫度就會進(jìn)一步升高。一般溫度大于50℃，水中的離子就會失去活性而產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。試驗數(shù)據(jù)表明，水垢導(dǎo)熱系數(shù)是冷卻設(shè)備的1/40左右。經(jīng)檢測，公司水質(zhì)基本符合要求，就是5號、6號高爐（共用一套水系統(tǒng)，）來水溫度較高，在夏季在40℃左右，需要改造。
高爐從投入生產(chǎn)運營開始，冷卻設(shè)備損壞的所有原因就都和操作有關(guān)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(xiàn)為煤氣沖刷、炸瘤、化學(xué)洗爐、操作熱爆震、懸坐料等幾種。其中煤氣流的強(qiáng)烈沖刷是所有原因中最常見、最主要的原因。
針對冷卻設(shè)備損壞主要機(jī)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(wěn)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(shè)備熱負(fù)荷劇烈變化，最后使高爐壽命縮短。長期以防止結(jié)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(qiáng)度差，粉末多等影響高爐順行，被迫采用發(fā)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(chǔ)。另外，要注意原料中的有害元素超標(biāo)富集，特別是鉀、鈉、鋅等，易在高爐磚襯富集粘結(jié)、對內(nèi)襯、冷卻設(shè)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(biāo)準(zhǔn)制度
為了保證冷卻設(shè)備的正常運行，日照鋼鐵公司制定了一些相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)：
水質(zhì)規(guī)定：來水溫度＜40℃，懸浮物＜200mg/L，Ca2+硬度＜50 mg/L，PH值7～8。
②高爐水管結(jié)垢標(biāo)準(zhǔn)：每月檢測一次，每月通報。當(dāng)水垢超過1mm，必須進(jìn)行物理或者化學(xué)沖洗除垢，保證冷卻強(qiáng)度。
③高爐各段冷卻壁冷面溫度規(guī)定：爐腹＜70℃，爐腰＜70℃，爐身＜60℃。每天檢測2次，每月通報，當(dāng)溫度低于40℃，討論原因，決定是否控水來防止高爐結(jié)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(biāo)中沒有明確規(guī)定，公司結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗，對主要元素規(guī)定如下：
①鉀，鈉：初步確定入爐負(fù)荷小于4.5kg/t。
②鋅：礦石含量小于0.2%，根據(jù)實踐摸索，當(dāng)布袋灰含鋅達(dá)到7%以上時及時外排除塵灰。
③鉛：礦石含量小于0.3%，杜絕人體傷害及爐底破損。
3 結(jié)束語
冷卻設(shè)備的損壞是一個系統(tǒng)原因，結(jié)合日照鋼鐵公司后來建爐及維護(hù)經(jīng)驗，只要在最初建設(shè)期能夠及時預(yù)防，在生產(chǎn)運行期能夠按照一定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行維護(hù)，還是可以把冷卻設(shè)備損壞降低到最低水平。
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