1宝钢三高炉控制冷却壁热负荷的实践王天球（宝钢炼铁厂，上海，200941）摘要 控制合适的高炉冷却壁热负荷对高炉操作和长寿起着至关重要的作用。本文介绍了宝钢三高炉控制冷却壁热负荷所采取的多项措施。关键词 高炉 冷却壁 控制 热负荷Practice of Controlling Heat Load for Baosteel No.3 BF Cooling StaveWang Tianqiu(Baosteel Iron Making Plant)ABSTRACT It is extreme important to control suitably the heat load of cooling stave in BF for operation and long life. The article introduces many measures to control the heat load of cooling stave in Baosteel No.3 BF.Key Words Blast furnace(BF) Cooling stave Control Heat load1 前言宝钢三高炉于 1994 年 9 月 20 日投产，高炉冷却系统引进了新日铁第三代全冷却壁方式。合适地控制高炉冷却壁热负荷是许多高炉操作者遇到的问题之一，并随着喷煤比的增加，这个问题就显得尤为重要。高炉冷却壁热负荷的高低与炉型和冷却系统有关，通过提高冷却强度和合理的布料，可将冷却壁热负荷限制到合适的水平。三高炉的主要特征如表 1：表 1 三高炉主要特征Table1 The main feature of No.3BF开炉时间 1994 年 9 月 20 日炉缸直径 14M工作容积 4350M3风口数目 38铁口数目 4风温 1250炉料分布系统 PW 无料钟喷吹物 煤粉冷却系统 全冷却壁三高炉冷却壁热负荷包括强化系热负荷和本体系热负荷。过高的冷却壁热负荷容易烧2损冷却壁水管，局部冷却壁热负荷高还会造成炉况的不稳定，崩料、滑料多，使高炉煤气利用率低下、燃料比上升，难以取得良好的经济指标和经济效益。19972001 年三高炉主要经济技术指标如表 2：表 2 三高炉 19972001 年主要生产指标Table2 Main production target in No.3BF from 1997 to 2001年份 焦比(kg/ t)小块焦比(kg/ t)煤比(kg/ t)燃料比(kg/ t)Si（）co(%)K 值(透气性)1997 370.6 15.3 133.8 519.7 0.43 50.0 2.441998 301.8 15.0 198.8 515.6 0.35 51.5 2.461999 292.3 3.7 206.7 502.6 0.31 51.5 2.382000 275.3 14.0 205.9 495.2 0.28 51.6 2.432001 280.0 13.9 206.0 499.9 0.28 51.8 2.41三高炉在生产实践中非常注重控制冷却壁热负荷，下面就介绍三高炉控制冷却壁热负荷所采取的多项措施及取得了良好的经济指标。2 冷却壁热负荷的控制2.1 提高冷却强度三高炉炉体冷却系统采用纯水密闭循环的冷却方式，影响冷却壁冷却强度的主要因素有：冷却水质差、气塞现象、冷却水量不足等。三高炉近几年为提高冷却壁冷却强度采取的主要措施有：加药改善水质；强化系增设脱气罐，对本体系脱气罐进行改造，以加强排气；强化系、本体系的备用泵投入使用，增加水量，提高水速；对管道进行除锈等。表 3是三高炉改善本体系、强化系清循环水水质的措施及目标。表 3 三高炉改善本体系、强化系清循环水水质的措施及目标Table3 Measure and aim to improve the quality of cool water for No.3BF in body and force system水质控制项目 提高水质措施 所加药剂功效 控制目标总碱度 加氢氧化钠、碳酸钠 调节水系统 PH 值 810亚硝酸根 加亚硝酸盐 缓蚀、形成氧化膜 250ppm钼酸根 加钼酸盐 钝化水系统 80ppm总铁 加 N8325 缓蚀阻垢 2ppm细菌 加 S-103、N7320 杀菌 5104 个注：N8325、S-103、N7320 为药剂名2.2 安装微型冷却器三高炉冷却壁系统使用的是国产的 SiN 结合 SiC 砖，在有水蒸气、温度波动及碱金属等环境下，砖的损坏严重。这种砖与炉渣的亲和力低，并且冷却壁表面光滑，不易粘结渣皮，易造成炉墙渣皮频繁脱落，影响冷却壁的寿命，最终影响高炉炉况。3为有效解决炉墙脱落的难题，通过在实践中不断摸索和分析研究，借鉴高炉板壁结合的新技术，从 1997 年 11 月开始，三高炉在冷却壁上安装微型冷却器。从冷却壁热负荷的趋势图可以看出（如图 1） ，安装微型冷却器不仅稳定了热负荷，而且还大大降低了热负荷。图 1 19982001 年冷却壁热负荷对比Fig.1 Comparison of heat load of cooling stave from 1998 to 20012.2.1 稳定热负荷安装微型冷却器前，三高炉虽然在造渣制度、冷却系统及操业制度等方面采取措施，力求解决炉墙渣皮大面积脱落问题，但均未取得良好效果。安装微型冷却器后，一方面加强了对冷却壁的冷却，另一方面在压浆时便于浆料附着在冷却器上。利用凸出的冷却器粘结渣皮，从而有效地控制冷却壁的进一步破损，并促使高炉形成比较合理的操作炉型，以更有效的控制稳定的冷却壁热负荷。如图 1 所示，1998 至 2001 年冷却壁热负荷波动幅度逐年减小。2.2.2 降低热负荷安装微型冷却器后，在操业制度无较大变化的条件下，热负荷明显降低，如图 1 所示，1998 至 2001 年冷却壁热负荷最大值、平均值逐年减小。一串微型冷却器的冷却水量为105l/min 左右，可承担一部分热负荷。在同等冶炼条件下，微型冷却器安装前后，因粘结炉渣保护层，冷却壁热负荷可降低 3107KJ/h 左右。2.2.3 炉墙结渣情况分析冷却壁传热方程可用下式表示：式中：q冷却壁热负荷，W；F冷却壁面积，m 2；t炉墙内表面平均温度， ；t0冷却水温度，；d冷却壁水管直径，m；a冷却壁铸体（不包括镶砖）厚度之半，m；024681012141998年 1999年 2000年 2001年热 负 荷（ 107KJ/h）最 大 值最 小 值平 均 值波 动 幅 度xbsbdLatq 04b镶砖厚度，m；x渣皮厚度，m；L冷却壁水管中心线间距，m； b、 s、 x分别为镶砖、铸铁、渣皮热导率，W/(m)；当 q 为最大值时，x0，所以：以本体系为例计算：三高炉冷却壁本体系热负荷 qmax=9823104KJ/h，则渣皮厚度与热负荷关系，如图 2：qmax/q=1+x/15.64图 2 冷却壁本体系热负荷与炉墙渣皮厚度之间的关系Fig.2 Relationship between heat load of cooling stave in body system and slag skin on wall安装微型冷却器后，通过计算得，在冷却壁本体系上粘结渣皮厚度约为 15mm，既不影响高炉顺行，又对冷却壁起积极保护作用。2.3 操业调整各高炉之间的生产状态不尽相同，冷却壁热负荷也不同，这可能是由于炉型和炉体冷却系统的差异造成的。这就需要高炉操作者采用不同的布料制度等上部调节和选择合适的鼓风动能等下部调节来控制冷却壁热负荷。2.3.1 布料喷煤后，由于大部分煤粉在靠近风口处燃烧，使风口循环区发生很大的变化。从初始煤气流分布来看，主要表现为边缘气流发展，冷却壁热负荷增加。为了降低冷却壁热负荷及控制炉墙脱落引起热负荷急剧上升，三高炉曾经选择了较小的边缘气流，布料档位压制边缘，这样非但没有降低冷却壁热负荷，反而造成软熔带根部过低，煤气利用率下降，炉墙部位来不及熔融的生料进入炉缸，造成高炉炉况的波动。经过攻关，试用了新的布料制度，并不断调整，以达到合理的煤气流分布，减少炉墙脱落，从而稳定的煤气利用率，有效地控制了冷却壁热负荷。在三高炉喷煤比达到200kg/t，冷却壁热负荷仍旧稳定在 7910 7KJ/h，这证明在合理的布料制度下，高喷煤比dLabxbs2ma010203040502 4 6 8 10 12本 体 系 热 负 荷 ， 107KJ/h炉墙渣皮厚度，m qmax/q=1+x/15.645并不意味着有高的热负荷。经验之处在于采用确保边缘焦层有一定宽度和和中心漏斗的深度以及矿石布在边缘的布料制度，使边缘、中心、中间带的煤气流比率相对比较稳定。具体来说，为稳定中心气流，强调漏斗形状的自然特征，保持边缘一定的焦炭量，确保边缘透气性，中心和边缘气流的选择必须与下部初始煤气流分布一起考虑。归纳起来就是：1）避免布料的负偏析，即避免边缘产生混合层，因为这样会使炉墙附近透气性增加，并可能引起很强的边缘气流。2）避免炉墙附近焦炭不足，造成炉墙附近软融带根部过低。3）确保中心煤气流稳定。微型冷却器安装后，通过布料调整，高炉炉况顺行良好，崩料、滑料情况见图 3：图 3 19972001 年三高炉崩料、滑料比较Fig.3 Comparison of slip and drop from 1997 to 20012.3.2 鼓风动能生产经验表明，不同的炉缸直径，应选择相应的鼓风动能值。风口面积是决定鼓风动能的一个重要参数。风口面积过大，将导致鼓风动能不足，边缘气流发展，冷却壁热负荷升高；过小，将导致风压过高，炉况不稳。以前由于风口衬套材质问题，每次定修后风压偏高，一段时间后因衬套磨损而使风口面积扩大，鼓风动能不足。通过不断实践，三高炉选择了自制的风口衬套，确保了稳定的鼓风动能值。3 控制冷却壁热负荷的效果3.1 气流分布合理，炉况稳定顺行因三高炉炉墙不易粘结渣皮，炉墙脱落不可能均匀。当炉墙局部大面积脱落时，该区域热负荷急剧上升，煤气分布过强，易出现管道，导致炉况波动。圆周方向均匀安装微型冷却器后，使高炉圆周方向渣皮均匀稳定，煤气流也均匀稳定，高炉煤气利用率一直稳定在 52%左右的高水平，透气性指数合理稳定，在 2.32.5 之间。3.2 取得良好的经济技术指标三高炉采取多项措施控制冷却壁热负荷，为进一步提高经济技术指标创造了条件。理论上，高炉喷煤是发展边缘气流的。在提高煤比的过程中，通过布料、料线、矿石批重、鼓风动能等多项操业参数的优化，高炉炉况持续稳定顺行。从 1998 年 5 月以来，三高炉已连续 46 个月煤比大于 200 kg/ t。因三高炉冷却壁热负荷比较稳定，炉墙脱落少，炉缸活跃，炉温波动减少，为低硅冶炼创造了条件，图 4 是三高炉铁水含Si趋势图。27 45 19 2 36 6 032820501001502002503001997 1998 1999 2000 2001崩 料 次 数滑 料 次 数6图 4 三高炉铁水含Si趋势图Fig.4 Trend of Si in No.3BF冷却壁热负荷比较稳定，高炉热损失减少，在喷煤比提高的过程中，燃料比也稳中有降，图 5 是三高炉冷却壁热负荷与燃料比关系图。图 5 三高炉冷却壁热负荷与燃料比关系图Fig.5 Relationship between heat load of cooling stave and FR in No.3BF4 结论三高炉针对前几年暴露的冷却壁问题，采取多项措施以控制冷却壁热负荷。1） 提高冷却壁的冷却强度。2） 在冷却壁上安装微型冷却器，以控制冷却壁热负荷。3） 通过无料钟布料档位、料线、矿