摘要    控制合適的高爐冷卻壁熱負荷對高爐操作和長壽起著至關重要的作用。本文介紹了寶鋼三高爐控制冷卻壁熱負荷所采取的多項措施。

    關鍵詞   高爐  冷卻壁  控制  熱負荷

1  前言

 寶鋼三高爐于1994年9月20日投產，高爐冷卻系統引進了新日鐵第三代全冷卻壁方式。合適地控制高爐冷卻壁熱負荷是許多高爐操作者遇到的問題之一，并隨著噴煤比的增加，這個問題就顯得尤為重要。高爐冷卻壁熱負荷的高低與爐型和冷卻系統有關，通過提高冷卻強度和合理的布料，可將冷卻壁熱負荷限制到合適的水平。

 三高爐的主要特征如表1：

表1   三高爐主要特征

Table1  The main feature of No.3BF

三高爐冷卻壁熱負荷包括強化系熱負荷和本體系熱負荷。過高的冷卻壁熱負荷容易燒損冷卻壁水管，局部冷卻壁熱負荷高還會造成爐況的不穩定，崩料、滑料多，使高爐煤氣利用率低下、燃料比上升，難以取得良好的經濟指標和經濟效益。

1997－2001年三高爐主要經濟技術指標如表2：

表2  三高爐1997－2001年主要生產指標

Table2  Main production target in No.3BF

from 1997 to 2001

三高爐在生產實踐中非常注重控制冷卻壁熱負荷，下面就介紹三高爐控制冷卻壁熱負荷所采取的多項措施及取得了良好的經濟指標。

2 冷卻壁熱負荷的控制

2.1 提高冷卻強度

三高爐爐體冷卻系統采用純水密閉循環的冷卻方式，影響冷卻壁冷卻強度的主要因素有：冷卻水質差、氣塞現象、冷卻水量不足等。三高爐近幾年為提高冷卻壁冷卻強度采取的主要措施有：加藥改善水質；強化系增設脫氣罐，對本體系脫氣罐進行改造，以加強排氣；強化系、本體系的備用泵投入使用，增加水量，提高水速；對管道進行除銹等。表3是三高爐改善本體系、強化系清循環水水質的措施及目標。

表3  三高爐改善本體系、強化系清循環水水質的措施及目標

Table3  Measure and aim to improve the quality of cool water for

No.3BF in body and force system

注：N8325、S-103、N7320為藥劑名

2.2  安裝微型冷卻器

三高爐冷卻壁系統使用的是國產的SiN結合SiC磚，在有水蒸氣、溫度波動及堿金屬等環境下，磚的損壞嚴重。這種磚與爐渣的親和力低，并且冷卻壁表面光滑，不易粘結渣皮，易造成爐墻渣皮頻繁脫落，影響冷卻壁的壽命，最終影響高爐爐況。

為有效解決爐墻脫落的難題，通過在實踐中不斷摸索和分析研究，借鑒高爐板壁結合的新技術，從1997年11月開始，三高爐在冷卻壁上安裝微型冷卻器。從冷卻壁熱負荷的趨勢圖可以看出（如圖1），安裝微型冷卻器不僅穩定了熱負荷，而且還大大降低了熱負荷。

圖1  1998~2001年冷卻壁熱負荷對比

Fig.1 Comparison of heat load of cooling stave

from 1998 to 2001

2.2.1穩定熱負荷

安裝微型冷卻器前，三高爐雖然在造渣制度、冷卻系統及操業制度等方面采取措施，力求解決爐墻渣皮大面積脫落問題，但均未取得良好效果。安裝微型冷卻器后，一方面加強了對冷卻壁的冷卻，另一方面在壓漿時便于漿料附著在冷卻器上。利用凸出的冷卻器粘結渣皮，從而有效地控制冷卻壁的進一步破損，并促使高爐形成比較合理的操作爐型，以更有效的控制穩定的冷卻壁熱負荷。如圖1所示，1998至2001年冷卻壁熱負荷波動幅度逐年減小。

2.2.2降低熱負荷

安裝微型冷卻器后，在操業制度無較大變化的條件下，熱負荷明顯降低，如圖1所示，1998至2001年冷卻壁熱負荷最大值、平均值逐年減小。一串微型冷卻器的冷卻水量為105l/min左右，可承擔一部分熱負荷。在同等冶煉條件下，微型冷卻器安裝前后，因粘結爐渣保護層，冷卻壁熱負荷可降低3×10⁷KJ/h左右。

2.2.3爐墻結渣情況分析

冷卻壁傳熱方程可用下式表示：

式中：q──冷卻壁熱負荷，W；

F──冷卻壁面積，m²；

t──爐墻內表面平均溫度，℃；

t₀──冷卻水溫度，℃；

d──冷卻壁水管直徑，m；

a──冷卻壁鑄體（不包括鑲磚）厚度之半，m；

b──鑲磚厚度，m；

x──渣皮厚度，m；

L──冷卻壁水管中心線間距，m；

λ_b、λ_s、λ_x──分別為鑲磚、鑄鐵、渣皮熱導率，W/(m·℃)；

以本體系為例計算：

三高爐冷卻壁本體系熱負荷q_max=9823×10⁴KJ/h，則渣皮厚度與熱負荷關系，如圖2：

q_max/q=1+x/15.64

圖2 冷卻壁本體系熱負荷與爐墻渣皮厚度之間的關系

Fig.2  Relationship between heat load of cooling stave in body system

and slag skin on wall

安裝微型冷卻器后，通過計算得，在冷卻壁本體系上粘結渣皮厚度約為15mm，既不影響高爐順行，又對冷卻壁起積極保護作用。

2.3 操業調整

各高爐之間的生產狀態不盡相同，冷卻壁熱負荷也不同，這可能是由于爐型和爐體冷卻系統的差異造成的。這就需要高爐操作者采用不同的布料制度等上部調節和選擇合適的鼓風動能等下部調節來控制冷卻壁熱負荷。

2.3.1 布料

噴煤后，由于大部分煤粉在靠近風口處燃燒，使風口循環區發生很大的變化。從初始煤氣流分布來看，主要表現為邊緣氣流發展，冷卻壁熱負荷增加。為了降低冷卻壁熱負荷及控制爐墻脫落引起熱負荷急劇上升，三高爐曾經選擇了較小的邊緣氣流，布料檔位壓制邊緣，這樣非但沒有降低冷卻壁熱負荷，反而造成軟熔帶根部過低，煤氣利用率下降，爐墻部位來不及熔融的生料進入爐缸，造成高爐爐況的波動。

經過攻關，試用了新的布料制度，并不斷調整，以達到合理的煤氣流分布，減少爐墻脫落，從而穩定的煤氣利用率，有效地控制了冷卻壁熱負荷。在三高爐噴煤比達到200kg/t，冷卻壁熱負荷仍舊穩定在7－9×10⁷KJ/h，這證明在合理的布料制度下，高噴煤比并不意味著有高的熱負荷。

 經驗之處在于采用確保邊緣焦層有一定寬度和和中心漏斗的深度以及礦石布在邊緣的布料制度，使邊緣、中心、中間帶的煤氣流比率相對比較穩定。具體來說，為穩定中心氣流，強調漏斗形狀的自然特征，保持邊緣一定的焦炭量，確保邊緣透氣性，中心和邊緣氣流的選擇必須與下部初始煤氣流分布一起考慮。歸納起來就是：1）避免布料的負偏析，即避免邊緣產生混合層，因為這樣會使爐墻附近透氣性增加，并可能引起很強的邊緣氣流。2）避免爐墻附近焦炭不足，造成爐墻附近軟融帶根部過低。3）確保中心煤氣流穩定。

微型冷卻器安裝后，通過布料調整，高爐爐況順行良好，崩料、滑料情況見圖3：

圖3  1997－2001年三高爐崩料、滑料比較

Fig.3 Comparison of slip and drop

from 1997 to 2001

2.3.2鼓風動能

生產經驗表明，不同的爐缸直徑，應選擇相應的鼓風動能值。風口面積是決定鼓風動能的一個重要參數。風口面積過大，將導致鼓風動能不足，邊緣氣流發展，冷卻壁熱負荷升高；過小，將導致風壓過高，爐況不穩。以前由于風口襯套材質問題，每次定修后風壓偏高，一段時間后因襯套磨損而使風口面積擴大，鼓風動能不足。通過不斷實踐，三高爐選擇了自制的風口襯套，確保了穩定的鼓風動能值。

3  控制冷卻壁熱負荷的效果

3.1氣流分布合理，爐況穩定順行

因三高爐爐墻不易粘結渣皮，爐墻脫落不可能均勻。當爐墻局部大面積脫落時，該區域熱負荷急劇上升，煤氣分布過強，易出現管道，導致爐況波動。圓周方向均勻安裝微型冷卻器后，使高爐圓周方向渣皮均勻穩定，煤氣流也均勻穩定，高爐煤氣利用率一直穩定在52%左右的高水平，透氣性指數合理穩定，在2.3－2.5之間。

3.2取得良好的經濟技術指標

三高爐采取多項措施控制冷卻壁熱負荷，為進一步提高經濟技術指標創造了條件。理論上，高爐噴煤是發展邊緣氣流的。在提高煤比的過程中，通過布料、料線、礦石批重、鼓風動能等多項操業參數的優化，高爐爐況持續穩定順行。從1998年5月以來，三高爐已連續46個月煤比大于200 kg/ t。

因三高爐冷卻壁熱負荷比較穩定，爐墻脫落少，爐缸活躍，爐溫波動減少，為低硅冶煉創造了條件，圖4是三高爐鐵水含[Si]趨勢圖。

圖4  三高爐鐵水含[Si]趨勢圖

Fig.4  Trend of  [Si] in No.3BF

冷卻壁熱負荷比較穩定，高爐熱損失減少，在噴煤比提高的過程中，燃料比也穩中有降，圖5是三高爐冷卻壁熱負荷與燃料比關系圖。

圖5  三高爐冷卻壁熱負荷與燃料比關系圖

Fig.5  Relationship between heat load of cooling stave

and FR in No.3BF

4 結論

 三高爐針對前幾年暴露的冷卻壁問題，采取多項措施以控制冷卻壁熱負荷。

1） 提高冷卻壁的冷卻強度。

2） 在冷卻壁上安裝微型冷卻器，以控制冷卻壁熱負荷。

3） 通過無料鐘布料檔位、料線、礦石批重、鼓風動能等多項操業參數的優化，確保高爐爐況穩定順行。

目前，三高爐爐況穩定順行，煤氣利用率穩定在52％左右，冷卻壁熱負荷控制小于9×10⁷KJ/h。

參考文獻

1成蘭伯.高爐煉鐵工藝及計算，冶金工業出版社，1991：110

2林成城.微型冷卻器在寶鋼3號高爐的應用，寶鋼技術，1999；（5）：41~44