摘  要 对宣钢1#高炉冷却系统整体运行状况进行了分析，制定了合理的冷却制度和炉型参数控制标准，高炉炉体软水流量控制在3400~3600m3/h，进水温度为42~46℃，；炉体热负荷控制在15000~25000kJ/h。

关键词 高炉  冷却系统   热负荷 分析  生产实践

1 概况

宣钢1#高炉于2012年9月~2013年3月进行了高炉小修。这次小修主要是对所有的8

段铜冷却壁及9段部分损坏铸铁冷却壁进行更换。

2 冷却系统及设备

2.1冷却系统

宣钢1#高炉小修后仍采用软水密闭循环系统进行冷却。高炉风口采用贯流式结构，选择高水压1.2~1.6MPa，水流速8m/s，材质采用含铜量＞99.7%的紫铜材料。风口中套及热风阀由中压水冷却，选择压力0.9~1.1MPa。软水系统设计为双回路供电，当电网停电时，循环水泵站2台柴油机泵组可在停电1s后启动，10s泵组达到额定流量和水压。以保证高炉冷却系统的安全运行。

2.2冷却壁结构

宣钢1#高炉本体采用全冷却壁结构，冷却壁由炉底延伸至炉喉钢砖下沿，并且在不同的部位采用不同材质和不同结构形式的冷却壁。冷却壁的固定方式采用固定点、滑动点和浮动点相结合的方式，并在炉壳与进出水冷管间采用波纹补偿器和保护套管进行密封，适应冷却壁及炉壳的膨胀。

（1）炉身上部采用了二层倒扣式冷却壁，使操作炉型与设计炉型始终保持一致；同时，炉身上部取消无冷区，冷却壁经喷涂后直接与炉料接触，可减少其对上部布料的影响。

（2）炉腰以上取消了冷却壁的凸台，9~10段冷却壁采用双层（直冷管和蛇形管）水冷配以热面燕尾槽满镶砖的薄内衬结构。

（3）炉腹、炉腰、炉身下部的5段、6段、7段、8段采用了铜质带肋冷却壁及内壁喷涂技术。

2.3  炉缸炉底结构及冷却形式

根据国内外高炉设计和生产实践，炉缸炉底采用“炭砖+陶瓷杯”结构，陶瓷杯是砌筑在炭砖内侧陶瓷质内衬。采用具有低导热性能的陶瓷杯，目的在于降低炭砖热面温度，将800~1000℃等温线应力区尽可能长时间地控制在陶瓷杯内，减少炭砖内外温差和应力变化，缓解炭砖环裂变化。同时，陶瓷杯与铁水化学反应微弱、耐冲刷，并且可以阻止碱金属对炭砖的侵入，对炭砖起到很好的保护作用。

炉缸环周砌筑的是UCAR公司生产的热压小炭块，热压炭砖理化性能见表2。炉底采用国产大型超微孔炭砖、微孔炭砖和半石墨炭砖，其炭砖上面是刚玉莫来石质陶瓷杯垫。炉底采用综合水冷，冷却水管由48根φ176*6成“N”字形排布。

3 冷却系统运行的主要经验

3.1高炉冶炼强度要和冷却强度匹配

在高炉强化过程中，首先强调顺行，同时又追求能量的有效利用，所以在生产实践中就逐步形成了如下操作原则：发展中心煤气流，有利于炉况顺行；控制边缘气流，有利于避免炉墙热损失过大；边缘和靠近中心区保持有有两条适当的煤气流，便于炉料干燥和预热还原，降低燃料比。因此，在高炉不同的冶炼条件下，不同的冶炼强度需要不同的冷却强度与之匹配，以维持合理的操作炉型，保证高炉内壁表面光洁、下料顺畅、渣皮稳定。宣钢1#高炉2013.7~2014.12年高炉强化冶炼过程中的操作指标与当时冷却强度的对比情况见表3.

3.2重视铜冷却壁渣皮的稳定

宣钢1#高炉在炉腹、炉腰、炉身下部的5段、6段、7段、8段区域采用了铜质带肋冷却壁及内壁喷涂技术。该区域是初渣形成的软熔带区，炉温变化剧烈、热负荷波动大，是炉内环境最恶劣的区域。铜冷却壁在生产实践中的广泛应用是因其卓越的导热能力，在其热面不仅能够形成稳定的渣皮，而且在渣皮脱落时，也能迅速重新生产渣皮。在渣皮损坏、再形成的过程中，冷却设备的温度越低，形成渣皮的速度越快，冷却设备承受的热疲劳周期越短，使得冷却壁的热疲劳得到抑制。铜冷却壁的高导热性能使得壁体实际最高温度与最低温度之比不到0.65，而铸造冷却壁此值却高达0.8~0.9，铜冷却壁能够承受很高热冲击的能力，最高可达350kW/m2。

铜的高导热性能使壁体热面与炉内形成很大的温度梯度，促使高炉软熔带液态渣牢牢地粘在冷却壁的热面，形成稳定的渣皮，起到保护自己的作用。渣皮的导热系数很低，仅为2.0W/(m*K)，稳定的渣皮具有很高的热阻，降低了传到铜冷却壁的热流强度，大大减少了热量损失。

在高炉操作过程中，十分注重对炉腹、炉腰、炉身下部的5段、6段、7段、8段铜冷却壁渣皮稳定情况进行分析判断，进而对炉内煤气流分布、软熔带区域的大体形状及其根部的相对位置和参数控制作出评估，以指导高炉操作和炉内参数的调剂。宣钢1#高炉2013.7~2014.12铜冷却壁平均温度。

4  冷却系统存在的问题

宣钢1#高炉冷却系统尽管在小修中更换了部分冷却壁，但在生产实践中仍然存在着许多问题。

4.1  铜冷却壁未独立设置冷却区域

宣钢1#高炉炉腹、炉腰、炉身下部的5段、6段、7段、8段采用带肋冷却壁，虽然提高了该区域的成渣性能和抗高热冲击的能力，但是在软水密闭循环冷却系统中，5段、6段、7段、8段的铜质冷却壁并没有组成一个独立的子系统冷却区域，而是按照炉型设计理念将割断铜质冷却壁分别与其他材质的铸铁冷却壁混编入高炉软水密闭循环冷却系统的四个炉体子系统区域，由此而造成同一冷却区域中铜质冷却壁和铸铁冷却壁的导热、成渣、抗热等多方面的性能差异。由于两种冷却壁材质差异的存在，当5段、6段、7段、8段铜冷却壁的渣皮大幅度脱落时，短时间内提高了由8段冷却壁进入9段、10段冷却壁的热流强度。由此对9段、10段铸铁冷却壁形成较高的热冲击力。这种短时较高热冲击力的破坏性十分明显，主要表现在两个方面：一是大量脱落的渣皮直接进入炉缸参与直接还原反应，消耗炉内大量热量，改变炉渣性能，引起上部气流或边缘管道的形成；二是表现在对设备的损坏上，造成铸铁冷却壁的损坏和其对应进出水管的崩裂等。

给予对铜质冷却壁作用效果的分析和国内外使用铜质冷却壁的实际，结合宣钢1#高炉炉腹、炉腰、炉身各段冷却壁的分布、材质性能及软水系统的分区管理情况，有必要将5段、6段、7段、8段铜冷却壁独立设置冷却区域。

4.2 炉缸结厚和炉底堆积

（1）炉缸结厚。由于宣钢1#高炉炉型中炉缸炉底采用“炭砖+陶瓷杯”结构，而UCAR公司热压小炭块生产工艺使炭砖以闭气孔为主，陶瓷杯被侵蚀之后，能够阻止铁水向炭砖内部渗透，使铁水对炭砖的侵蚀主要在炭砖表面进行，有效地降低了铁水对炭砖的物理、化学侵蚀，有利于高炉长寿。但是，从冷却方面来考虑问题时，由于陶瓷杯被侵蚀完了之后炭砖导热系数的提高，改善了冷却效果，降低了砌体的温度，在相同的冷却强度下易造成炉缸结厚。从开炉后的生产实际和炉缸各部位温度来看，也印证了这种推测。

（2）炉底堆积。宣钢1#高炉炉底堆积是伴随着入炉原料钛负荷的升高和陶瓷杯被侵蚀完了之后，冷却强度被“自然”地提高而逐步形成的。宣钢1#高炉从2013.7~2014.12统计的炉底各层炭砖的中心温度和入炉原料钛的收支情况。

随着炉底炉缸的不断被侵蚀，即使在相同软水流量和进水温度条件下，炉底炉缸却被“自然”地强化冷却了，由此而带来的炉缸结厚和炉底堆积问题将会越来越明显。

4 结语

（1）在宣钢1#高炉强化冶炼过程中，逐步摸索出适合自身炉型的冷却制度和炉型参数的控制标准。目前，宣钢1#高炉炉体软水流量控制在3400~3600m3/h，进水温度控制在42~46℃；炉体热负荷控制在15000~25000kJ/h；5段、6段、7段、8段、9段、10段冷却壁的平均温度分别控制在55~60、60~70、70~80、60~70、100~120、110~130℃等。

（2）由于铜质冷却壁和铸铁冷却壁存在材质、性能上的差异，宣钢1#高炉下一步可以将炉腹、炉腰、炉身下部的5段、6段、7段、8段铜质冷却壁设置为独立冷却区域，与铸铁冷却壁冷却区域分离设置，这样有利于稳定炉况和减少冷却设备的损坏。