水冷模块在安钢2号高炉上的应用

　　1前言水冷模块技术*早是在前苏联产生，在独联体国家得到推广和应用，九十年代我国的鞍钢、唐钢先后引进这项技术，应用在其炼铁高炉上。2000年4月，安钢2号300m3高炉大修时炉身下部也引用了该项技术，至今运行状况良好。

　　2背景近十多年来，我国篼炉长寿技术得到了迅速的发展。特别是随着炉底强制水冷和陶瓷杯技术的曰臻成熟并得到广泛的推广应用，炉底、炉缸的使用寿命大幅度提高，而作为受侵蚀较严重的炉腰和炉身部位，近年来较为普遍地采用了铸铁冷却壁加冷却板或铜冷却壁加冷却板的结构形式以提高其使用寿命，一代炉役大大延长，大、中型高炉的炉龄普遍达到了8~10年以上。但铜冷却壁代价太高，在中小高炉上很难推广应用，铸铁冷却壁在设计、铸造、性能及使用过程中仍然存在很多问题。灰铸铁冷却壁导热系数大，冷却效果好，但柔韧性差，很难适应高炉中上部热负荷经常波动的需要，致使灰铸铁冷却壁在煤气流冲刷、料粒磨蚀及炉渣侵蚀下过早地断裂，造成冷却壁水管破裂，失去冷却效果。高韧性球墨铸铁使用效果好，但大多数厂家制造的球墨铸铁QT400 -20冷却壁很难达到性能要求，若球化不好，达不到性能要求，球墨铸铁的使用效果还不如灰铸铁。在这种情况下，篼炉中上部用大型冷却模块替代传统的冷却壁结构形式，是一种较好的解决办法。

　　3水冷模块的结构水冷模块的结构如所示。它由钢壳、弓形冷却水管和低水泥刚玉浇注料内衬组成。

　　3.1钢壳钢甲材质为Q235B普碳钢板，厚20mm，与高炉炉壳厚度一致，视高炉炉身直径大小做成等分的六块。在卷板后，割孔、焊接，浇注前在钢壳的外侧焊接一个钢质方形框架以防止钢壳变形。

　　3.2弓形水管弓形水冷管材质为20号优质碳素钢，水冷模块中，水管水平间距400mm，水管长度不等，块内冷却水管提前制作，现场安装，块与块之间竖直焊缝处水管待大模块现场安装完成后再割孔、焊接。与炉腰的水平接缝现场焊接后，再开孔焊接水平水冷管，然后现场浇注耐火材料。外配水管042.3x3.25钢管，采用四个一串或六个一串联接方式。

　　33浇注料高炉采用水冷模块与冷却壁在结构上存在很大差异，因此水冷模块用浇注料应满足下述要求：浇注料施工性能好，养生后强度篼，能满足运输及吊装要求。

　　浇注料中温、篼温强度高，要求使用中具有较好的耐磨性及耐热冲击性。

　　河南冶金浇注料具有良好的抗渣性，能抵抗渣铁侵蚀引起的蚀损和剥落。

　　浇注料具有适宜的A1203含量，耐急冷急热性好，抗剥落性强。

　　高炉的炉身部位热负荷变化大，而且要经受炉料的撞击、磨损及气流的冲刷，炉身下部与炉腰接触处，炉料已经开始软化和熔融，还有碳素沉积等作用，条件十分苛刻，因此采用低水泥刚玉耐火浇注料比较合理。此种浇注料具有高密度、低气孔率、荷重软化温度高，*大优点是具有连续强度，随着温度升高而强度提高，耐磨损，耐剥落，而且防爆性能好。

　　低水泥耐磨浇注料的技术条件如表1所示。

　　表1低水泥耐磨浇注料技术条件项目指fe 56耐压强度（3d）/MPa 25 40 50矣15导热系数（1000T：荷重软化温度（4%）/<<：4水冷模块的工作原理由于结构不同，水冷模块与冷却壁的工作原理不同。冷却壁在炉役前期对耐火砖衬起间接冷却作用，热量传输途径为：热量-耐火砖―填料冷却壁*冷却水管―冷却水―带走，耐火砖厚度通常为345mm.热量传输过程要克服耐火砖、填料、冷却壁外壳及冷却水管壁的热阻，热阻大，综合导热系数低，冷却效果较差，致使耐火砖衬在较短的时间内被侵蚀殆尽。进入炉役中后期，炉身下部及炉腰部位的耐火砖完全剥落，由于冷却壁本体温度较低，在其表面形成一层比较稳定的渣皮，冷却壁通过直接冷却渣皮，使渣皮在较低温度下保持一定的强度，从而在一定条件下依靠稳定渣皮来维持高炉的正常运行。砖衬脱落层的热量传输途径为：热量>渣皮―冷却壁―冷却水管―冷却水*带走，在这种情况下，一旦因炉况波动引起局部料粒磨损或者煤气流冲刷加剧，就会导致渣皮剥落，造成冷却壁本体温度超过其极限使用温度，使冷却壁遭受严重损坏。操作条件越不稳定，这种情况的出现就越频繁，冷却壁的损坏就越快。

　　水冷模块由钢壳、弓形水管和耐火浇注料组成，它是通过埋在浇注料里的弓形水管直接冷却浇注料，使浇注料在较低的温度下保持较高的强度，从而在一代炉役内保持较为完好的炉衬。其热量传输途径为：热量―渣皮―耐火浇注料―弓形水管―冷却水―带走，热量传输过程热阻小，导热系数高，冷却效果好。

　　5水冷模块的优点5.1冷却效果好首先水冷模块的冷却强度较冷却壁显著增强，水冷模块内水管分布更加密集，管径增大，单位面积上可接受的冷却水流量较冷却壁显著增大；其次水冷模块综合导热系数高，一方面浇注料本身导热系数高，另一方面水冷模块内水管埋在浇注料的中央，水管中心距绕注料表面仅159mm，绕注料厚400imn，热量传输距离小；另外冷却壁结构砖与砖之间，砖与冷却壁之间不可避免地存在缝隙，而水冷模块结构则很好地克服了这一点，因此其综合导热系数明显提高。

　　5.2结构更加稳固在结构上，水冷模块的弓形水管、浇注料和钢壳紧密地结合在一起，弓形水管在起到冷却作用的同时，又作为耐火浇注料的骨架存在，它和焊在水管上的小托板一起起到了良好的支撑作用。这种结构应该说更加稳固、可靠，能够防止耐火材料剥落。

　　5.3采用水冷模块部位高炉炉衬薄安钢2号高炉大修前新炉炉身部位炉衬总厚度（冷却壁厚300mm，填料30mm，耐火砖345mm），大修采用水冷模块后炉衬总厚度400mm，因此大修后炉衬减薄275mm.这样就直接形成了操作炉型，有利于篼炉顺行和大修后快速达产。

　　5.4安装方便，有利于缩短工期水冷模块的制作工艺如下：制作弓形水管、卷制钢壳并制备浇注料。

　　按要求把水管焊接在钢壳上，并在水管上焊接小托板。

　　混浇注料并注入由钢壳和水管制成的模块中。

　　按要求养生，使浇注料具有足够的强度以便于吊装。

　　因不需要制作冷却壁箱体，水冷模块部位也勿f砌砖，所以水冷模块的制作、安装工艺大为简化。

　　2.6增加换热器球式热风炉的废气温度设计为200*，它仍含有大量的物理热。为了充分利用这部分热量，我们设计了一台热管式烟气余热换热器，利用烟气余热来预热助燃空气，可将助燃空气从预热到120*，从而提高热风温度。每年回收的热量折合310t标准煤，不到一年即可收回投资。球式热风炉的主要设计参数见表1. 3改造后效果高炉于1999年6月投产后，热风温度达到103（TC，*高可达1080*.由于风温提篼，炉缸热量充沛，风口活跃明亮，料速均，炉况稳定顺行，炉凉等事故发生的可能性极小，因此，工长操作不需预留风温作为一种调节手段，而采用全风温操作。同时，炉渣脱硫能力增强，生铁质量明显提高，1999下半年一级品率达到75.06%，比上年同期增加17.24%.为充分利用改造后效果，在装料制度上，逐步增加正装比例，直至采用大矿批分装，抑制边缘气流，发展中心气流，提高煤气利用率。炉顶混合煤气中C02*高可达17.5%，平均也在15%以上，焦比明显降低，产量提高，改造前后指标对比见表2.表1球式热风炉的主要设计参数项目参数高炉有效容积/m3每立方米炉容装球量/t/m3每立方米炉容蓄热面积/m12/m3 040mm高银球高度/mm 080mm镁招球高度/mm蓄热室篼度/mm蓄热室直径/mm热风炉全篼/mm热风炉座数/座人炉风量/Nm3/min表22号高炉1999年下半年与上年同期指标对比时间/年。月风温/X炉温稳定率/% 4结语（3）今后需加强对布袋除尘的管理，保证煤气含尘量在10mg/m3以下，防止球床堵塞。

　　（4）随着高炉冶炼的不断强化，加强生产管理非常必要。

　　（上接第27页）5.5水冷模块的吊装更加简便水冷模块在地面制作完毕，并预安装，然后分块吊装至高炉相应部位焊接。与冷却壁相比，不需在高空吊装冷却壁和砌砖。因此省去了一些繁杂的过程，使安装得以简化。

　　6水冷模块在安钢2号离炉的使用情况行大修，大修过程中在保持其它部分不变的情况下，炉身用水冷大模块代替原来的砖衬+铸铁镶砖冷却壁+炉壳的结构，做成等分的六块，炉衬浇注料总厚度400mm，水冷模块垂直总高度5000mm.这项改造是由东北大学提供技术支持，安钢的技术和施工人员则作积极地配合，使得本次大修改造按计划顺利完成，取得较好的使用效果，2号高炉2000年下半年平均利用系数3.3t/m3.d，入炉焦比405kg/t，喷煤比137kg/t，目前2号高炉平均日产量都在lOOOt以上，冷却水温差正常，说明炉衬保持完好，运行状况良好。

　　7结论安钢2号高炉炉身下部从2000年5月应用大型水冷模块以来，高炉运行一切正常，并取得较好的生产效果，2000年下半年高炉利用系数3.3t/m3.d，综合焦比514kg/t，目前日产量都在lOOOt以上。

　　冷却水管的弯制、焊接、浇注料的选择及浇注后的模块养护是大型冷却模块关键所在，必须给予足够重视。

　　大型水冷模块有其独到的优点，诸如冷却强度篼、结构简单稳固、制作安装方便、投资省等。目前在国内鞍钢、唐钢、安钢的应用尚处于起步阶段，至于水冷模块的寿命到底如何，能否替代传统的冷却壁结构形式，还需要大量的研究工作。

　　1本次改造投资小，见效快，为考贝式热风炉改造球式热风炉提供了一个成功范例。

　　2随着风温的提高，应改变相应的操作方法。