席  軍 1   馬  祥1   黃雅彬1   閆麗峰 2   張建良3

 (1.內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司；2.河北萬豐冶金備件有限公司；3.北京科技大學)

摘  要  在包鋼2號高爐爐身九段用了8塊銅鋼復合冷卻壁進行工業(yè)試驗。2年5個月的試驗結果表明:①在相同條件下,銅鋼復合冷卻壁的冷卻強度要大于普通鑄鐵冷卻壁的冷卻強度;②銅鋼復合冷卻壁結渣皮需20 ~30 min,而鑄鐵冷卻壁結渣皮需3h或更長時間,且銅鋼復合冷卻壁無損壞,無斷水現(xiàn)象;③高爐煤比升高的情況下燃料比基本保持不變,銅鋼復合冷卻壁的使用可以滿足高爐爐身冷卻需求。

關鍵詞   高爐   銅鋼復合冷卻壁   壁體溫度   冷卻

冷卻壁是高爐爐體冷卻的關鍵設備,對穩(wěn)定生產(chǎn)和延長高爐壽命至關重要。隨著高爐對冷卻壁壽命要求的不斷提高,冷卻壁的材質、制造工藝等得以不斷地完善和發(fā)展[1-5]。銅鋼復合冷卻壁兼顧了銅的高導熱性和鋼的抗變形能力,大幅降低銅冷卻壁使用成本的同時,有助于減少銅冷卻壁的變形損壞及變形后磨損的可能性,延長了使用壽命。包鋼2號高爐(1800m3)在2014年3月中修期間,安裝了銅鋼復合冷卻壁進行工業(yè)試驗。

1  銅鋼復合冷卻壁的結構

銅鋼復合冷卻壁的結構如圖1所示,冷卻壁由銅和鋼爆炸焊接制成,總厚度為80mm,其中銅板位于熱面,厚度為60 mm,鋼板位于冷面,厚度為20 mm。銅層與鋼層之間的結合強度較好,在溫度為175℃時,該強度為304 MPa,燕尾槽端部較寬,長約60mm,根部較窄,長度為66mm,燕尾槽深度為30 mm。燕尾槽內鑲嵌的搗打料為SAK3,其主要成分為Al203, (64.32% )和Sic(16.32% )。

銅鋼復合冷卻壁冷面均勻分布4個冷卻水道,冷卻水道截面形狀為圓形,其當量直徑為0.054 m,為了發(fā)揮純銅良好的傳熱性能,冷卻水道深入銅層10mm,增大冷卻水與銅層的接觸面積。冷面對稱分布4個固定螺栓,2個定位銷。

2  工業(yè)試驗

安裝部位在爐身九段,共8塊(分別為6、12、18、24、 31、37 42、.49號),與原設計的鑄鐵冷卻壁間隔布置。2016年8月26日2號高爐停爐,試驗時間2年5個月。

2.1  試驗條件

為對比銅鋼復合冷卻壁和鑄鐵冷卻壁的使用情況,銅鋼復合冷卻壁與原有鑄鐵冷卻壁工業(yè)水串聯(lián)并入冷卻系統(tǒng),且與鑄鐵冷卻壁的冷卻水壓力、流量、水質相同,其中水壓0.5±0.05 MPa,流量6t/h。試驗期間,主要檢測冷卻壁壁體熱面溫度的變化,并將熱電偶信號直接接入工控機進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控。

爐身八、九、十段每段各有45塊冷卻壁,其中在A、B、C、D、E、F和G(如圖2所示)共7塊冷卻壁上安裝有測溫熱電偶,對冷卻壁進行監(jiān)測。

2.2  試驗結果

試驗期間,統(tǒng)計了不同位置冷卻壁壁體溫度,其中爐身八段、十段顯示的是普通鑄鐵冷卻壁壁體熱面溫度的數(shù)據(jù)(分別見表1.3),爐身九段顯示的數(shù)據(jù)為銅鋼復合冷卻壁壁體熱面溫度的數(shù)據(jù)(見表2)。由表1-3可以看出:

(1)九段冷卻壁壁體平均溫度為50℃,與相鄰的八段、十段冷卻壁的壁體溫度相比,分別低17℃.219℃,且溫度波動小,說明銅鋼復合冷卻壁在相同介質、相同參數(shù)下冷卻能力較鑄鐵冷卻壁大。

(2)九段銅鋼復合冷卻壁壁體溫度平均最大偏差23. 3℃,較八段及十段冷卻壁分別低18.8℃、113℃

按照全鑄鐵冷卻壁溫度分布規(guī)律,九段冷卻壁溫度應高于八段冷卻壁溫度。而數(shù)據(jù)顯示九段冷卻壁溫度卻低于八段冷卻壁的溫度,試驗表明在相同條件下,銅鋼復合冷卻壁的冷卻強度要大于普通鑄鐵冷卻壁的冷卻強度。

另外,試驗過程中還發(fā)現(xiàn):

(1)九段銅鋼復合冷卻壁結渣皮需20-30min而鑄鐵冷卻壁結渣皮需3h或更長時間。

(2)九段銅鋼復合冷卻壁無損壞,無斷水現(xiàn)象安裝部位的爐殼無變形、無過熱現(xiàn)象

(3)九段銅鋼復合冷卻壁壁體溫度低,且溫度波動小,穩(wěn)定性好,滿足了高爐冷卻要求,試驗達了預期效果。

3  高爐生產(chǎn)指標

圖3是包鋼2號高爐爐身九段采用銅鋼復合冷卻壁后燃料比及煤比變化情況。由圖3可以看出,高爐采用銅鋼復合冷卻壁后,2014年4-7月燃料比和煤比出現(xiàn)了波動,燃料比開始隨煤比的降低而降低,之后隨煤比的升高而升高,二者變化趨勢基本一致。2015年1-8月高爐燃料比基本穩(wěn)定。

4  結語

銅鋼復合冷卻壁在包鋼2號高爐成功試驗2年5個月。試驗過程中,九段銅鋼復合冷卻壁壁體溫度低,且溫度波動小,穩(wěn)定性好,滿足了高爐冷卻要求，試驗達到了預期效果。

（1）在相同條件下，銅鋼復合冷卻壁的冷卻強度要大于普通鑄鐵冷卻壁的冷卻強度。

（2）銅鋼復合冷卻壁結渣皮需20 ~30 min,而鑄鐵冷卻壁結渣皮需3h或更長時間,并且銅鋼復合冷卻壁無損壞,無斷水現(xiàn)象,安裝部位的爐殼無變形、無過熱現(xiàn)象。

(3)高爐煤比升高的情況下燃料比基本保持不變，銅鋼復合冷卻壁的使用可以滿足高爐爐身冷卻需求。

5  參考文獻

[1] 張 恒,張建良,焦克新,等,銅鋼復合冷卻壁傳熱能力及熱變形分析[1].煉鐵、2018,37(1): 10-15.

[2] 劉 奇,程樹森,趙宏博,等,銅鋼復合冷卻壁熱變形分析[J].工程科學學報,2016(1):108-117.

[3] 寧曉軍，程淑森，謝寧強。懸臂梁的拉伸變形、應力和位移分布分析[J]。國際礦物冶金學報2009， 16 （5） 512-516.

[4] 劉增勛,陳曉明,閆麗峰,等,銅鋼復合冷卻壁熱力耦合分析[J].鋼鐵釩鈦, 2009,30(3):70-75.

[5] 鄭建春,宗燕兵,蒼大強,高爐銅冷卻壁熱態(tài)實驗及溫度場數(shù)值模擬[J].北京科技大學學報,2008,30(8) :939-941.