安工大胡源申2012冶金工艺年会梅钢耐热铸铁高炉冷却壁解剖研究.pptVIP

梅钢耐热铸铁高炉冷却壁及扁水箱解剖研究胡源申 岳海峰 张文明 李辽沙 （安徽工业大学冶金学院 马鞍山243002） 蔡善咏 金明 李晓松 韩宏松（ 宝钢梅钢公司） 摘要：对使用开路循环水、预处理循环水、软水密闭、纯水密闭四种冷却水质和循环方式，使用灰铸铁、球墨铸铁、耐热铸铁、铸钢和铜五种材质的一代服役后高炉冷却壁进行了系统解剖研究。分析比较了不同材质冷却壁的力学性能、导热性能、抗结垢性能、易加工性能和经济性能，揭示了铁基材质冷却壁的微观破损机理和壁内水管的成垢机制。 梅山1250m3级别的高炉本体冷却系统，采用的箱壁结合结构几经实践，已探索出较为定型的炉身下部采用炭捣小冷却壁加钢板冲压焊接扁水箱的复合结构，中部为钢板冲压方水箱，冷却壁进水管与炉壳连接处采用钢板冲压的碗型封板，炉腰段采用U型管加冷却板设计。如图1。几代的高炉生产实践都表明，这些基本设计使用中冷却器一代服役的破损率均较低，证明它对高炉长寿的作用是积极的。 图1 梅钢1250m3级高炉炉腰以上的冷却器设置示意 2 3号高炉的长寿实绩以及第一代炉役炉衬冷却系统设置使用情况 梅钢3号高炉有效容积为1250m3,第一代炉役自1995年12月16日点火投产，至2009年5月15日停炉。此间高炉共生产服役13年零6个月，共生产生铁1319.13万吨，单位炉容一代产铁10553吨。无论是高炉长寿的长度指标，还是强度指标，在国内大钢中均位于前列。已被2009年再版的《高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践》一书作为长寿实绩突出的范例高炉载入记录。 3号炉第一代炉役采用预处理循环水系统。炉缸以下及炉腹段全部使用HT150灰铸铁材质冷却壁，炉腰段使用U型管+冷却板冷却器设置，炉身中下部采取耐热铸铁炭捣冷却壁加扁水箱冷却器设置，炉身上部采用方水箱冷却器设置。炉衬除风口带采用高铝砖外，风口带以上各段均采用粘土砖砌筑。炉缸采用陶瓷杯，炉底两层陶瓷垫，以下为五层碳砖结构。全炉具有薄壁炉缸炉衬特点。 3 耐热铸铁材质冷却壁的解剖研究目的与方法 3.1解剖研究的目的 目前国内高炉冷却循环水使用按水质劣优顺序排列有四种方式。即开路冷却水、预处理循环水、软水密闭和纯水密闭循环。高炉冷却壁材质选用有灰铸铁、球墨铸铁、铸钢和纯铜四种。各种材质冷却壁服役中使用不同循环水质时的破损机理近些年通过研究均已分别搞清。 但梅钢3号高炉炉身下部使用的碳捣冷却壁与上述不同的是，它选用的是含铬耐热铸铁材质。这种材质只是日本的高炉使用过。它的实际使用效果和破损机理等国内尚未系统总结研究过，故正为本文目的。 图3 解剖及取样方法示意 4 解剖研究过程的主要发现 4.1耐热铸铁材质冷却壁解剖壁体热面形貌 解剖冷却壁样冷面光滑平整。热面凸凹不平，粘有渣铁和焦碳粒混合物。热面燕尾槽内碳化硅捣打料基本完整，但左半部分铸体和碳捣料已蚀损，约占壁体二分之一厚度。壁内水管未见有外露和烧损情况。在热面沿长度方向有两条楔形裂缝，裂纹宽约12mm,固定螺栓周边也有明显裂缝出现。解剖前冷却壁热面形貌如图4。 4.2热面近渣层处及壁体内部的孔洞情况 热面近渣层处壁体的微气孔较多，表现为质地疏松。这些微气孔的产生主要是壁体中的碳、硅、锰等元素氧化所致，其结果是下降壁体的机械力学性能，虽不好但不可避免。然而解剖过程中壁体热面刨面上可见孔洞并不多，是好的情况。这与课题组此前解剖过其它大钢灰铸铁、球墨铸铁和铸钢材质冷却壁的情况有明显不同。近热面和壁内孔洞主要为气孔和收缩孔，孔呈不规则圆形。切削中耐热铸铁的铸体质地均匀，燕尾槽内的碳化硅捣打料质地也很均匀。刨切过程发现有浇铸时漏入铸体的不明钢杂件。在热面就明显见到螺栓周边处有明显裂缝。毫无疑问，这些蚀损孔洞和铸造孔洞，以及浇铸时漏入的不明钢杂件和螺栓周边的热应力显裂缝对冷却壁的长寿服役都是极其有害的。如图5。 4.3解剖过程中的壁体显裂缝和微裂纹情况 显裂缝见图6-1 微裂纹见图6-2 4.4 冷却壁体内的水管结垢及与铸体剥离情况 冷却壁体内的水管结垢情况见下图7-1 冷却壁体内的水管与铸体剥离情况 4.5 扁水箱内的结垢 由于3号高炉第一代炉役服役中炉身下部的扁水箱破损量较大且进行了多次更换维护，故本研究工作中选取了炉身下部的一个扁水箱进行解剖。原扁水箱外形结构如图8所示。 切割开原扁水箱密闭上半部后的断面显示照片如图9所示。扁水箱空腔内集聚的褐色及锈红色的垢物几乎占满了空腔的1/3！垢物疏松已结成大块。在箱底部淤积的垢物较细较致密，质地也较坚硬。不难设想这种情况在整个炉身中下部的210个扁水箱内应普遍存在。它将大大降低传热效能，弱化冷却效果。由于扁水箱与180个耐热铸铁炭捣冷却壁结合使用，所以它也对上下设置的冷却壁端面冷却效果产生严重影响。3号高炉第一代服役中停炉前炉身中下部