席  軍 1   馬  祥1   黃雅彬1   閆麗峰 2   張建良3

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

摘  要  在包鋼2號(hào)高爐爐身九段用了8塊銅鋼復(fù)合冷卻壁進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。2年5個(gè)月的試驗(yàn)結(jié)果表明:①在相同條件下,銅鋼復(fù)合冷卻壁的冷卻強(qiáng)度要大于普通鑄鐵冷卻壁的冷卻強(qiáng)度;②銅鋼復(fù)合冷卻壁結(jié)渣皮需20 ~30 min,而鑄鐵冷卻壁結(jié)渣皮需3h或更長(zhǎng)時(shí)間,且銅鋼復(fù)合冷卻壁無(wú)損壞,無(wú)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(fù)合冷卻壁的使用可以滿足高爐爐身冷卻需求。

關(guān)鍵詞   高爐   銅鋼復(fù)合冷卻壁   壁體溫度   冷卻

冷卻壁是高爐爐體冷卻的關(guān)鍵設(shè)備,對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)和延長(zhǎng)高爐壽命至關(guān)重要。隨著高爐對(duì)冷卻壁壽命要求的不斷提高,冷卻壁的材質(zhì)、制造工藝等得以不斷地完善和發(fā)展[1-5]。銅鋼復(fù)合冷卻壁兼顧了銅的高導(dǎo)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(shí),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(zhǎng)了使用壽命。包鋼2號(hào)高爐(1800m3)在2014年3月中修期間,安裝了銅鋼復(fù)合冷卻壁進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

1  銅鋼復(fù)合冷卻壁的結(jié)構(gòu)

銅鋼復(fù)合冷卻壁的結(jié)構(gòu)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(jié)合強(qiáng)度較好,在溫度為175℃時(shí),該強(qiáng)度為304 MPa,燕尾槽端部較寬,長(zhǎng)約60mm,根部較窄,長(zhǎng)度為66mm,燕尾槽深度為30 mm。燕尾槽內(nèi)鑲嵌的搗打料為SAK3,其主要成分為Al203, (64.32% )和Sic(16.32% )。

銅鋼復(fù)合冷卻壁冷面均勻分布4個(gè)冷卻水道,冷卻水道截面形狀為圓形,其當(dāng)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(duì)稱分布4個(gè)固定螺栓,2個(gè)定位銷。

2  工業(yè)試驗(yàn)

安裝部位在爐身九段,共8塊(分別為6、12、18、24、 31、37 42、.49號(hào)),與原設(shè)計(jì)的鑄鐵冷卻壁間隔布置。2016年8月26日2號(hào)高爐停爐,試驗(yàn)時(shí)間2年5個(gè)月。

2.1  試驗(yàn)條件

為對(duì)比銅鋼復(fù)合冷卻壁和鑄鐵冷卻壁的使用情況,銅鋼復(fù)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(zhì)相同,其中水壓0.5±0.05 MPa,流量6t/h。試驗(yàn)期間,主要檢測(cè)冷卻壁壁體熱面溫度的變化,并將熱電偶信號(hào)直接接入工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)溫?zé)犭娕?對(duì)冷卻壁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2  試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)期間,統(tǒng)計(jì)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(jiàn)表1.3),爐身九段顯示的數(shù)據(jù)為銅鋼復(fù)合冷卻壁壁體熱面溫度的數(shù)據(jù)(見(jiàn)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(dòng)小,說(shuō)明銅鋼復(fù)合冷卻壁在相同介質(zhì)、相同參數(shù)下冷卻能力較鑄鐵冷卻壁大。

(2)九段銅鋼復(fù)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(yīng)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(yàn)表明在相同條件下,銅鋼復(fù)合冷卻壁的冷卻強(qiáng)度要大于普通鑄鐵冷卻壁的冷卻強(qiáng)度。

另外,試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn):

(1)九段銅鋼復(fù)合冷卻壁結(jié)渣皮需20-30min而鑄鐵冷卻壁結(jié)渣皮需3h或更長(zhǎng)時(shí)間。

(2)九段銅鋼復(fù)合冷卻壁無(wú)損壞,無(wú)斷水現(xiàn)象安裝部位的爐殼無(wú)變形、無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象

(3)九段銅鋼復(fù)合冷卻壁壁體溫度低,且溫度波動(dòng)小,穩(wěn)定性好,滿足了高爐冷卻要求,試驗(yàn)達(dá)了預(yù)期效果。

3  高爐生產(chǎn)指標(biāo)

圖3是包鋼2號(hào)高爐爐身九段采用銅鋼復(fù)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(fù)合冷卻壁后,2014年4-7月燃料比和煤比出現(xiàn)了波動(dòng),燃料比開(kāi)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(shì)基本一致。2015年1-8月高爐燃料比基本穩(wěn)定。

4  結(jié)語(yǔ)

銅鋼復(fù)合冷卻壁在包鋼2號(hào)高爐成功試驗(yàn)2年5個(gè)月。試驗(yàn)過(guò)程中,九段銅鋼復(fù)合冷卻壁壁體溫度低,且溫度波動(dòng)小,穩(wěn)定性好,滿足了高爐冷卻要求，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果。

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

（2）銅鋼復(fù)合冷卻壁結(jié)渣皮需20 ~30 min,而鑄鐵冷卻壁結(jié)渣皮需3h或更長(zhǎng)時(shí)間,并且銅鋼復(fù)合冷卻壁無(wú)損壞,無(wú)斷水現(xiàn)象,安裝部位的爐殼無(wú)變形、無(wú)過(guò)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(fù)合冷卻壁的使用可以滿足高爐爐身冷卻需求。

5  參考文獻(xiàn)

[1] 張 恒,張建良,焦克新,等,銅鋼復(fù)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(shù)森,趙宏博,等,銅鋼復(fù)合冷卻壁熱變形分析[J].工程科學(xué)學(xué)報(bào),2016(1):108-117.

[3] 寧曉軍，程淑森，謝寧強(qiáng)。懸臂梁的拉伸變形、應(yīng)力和位移分布分析[J]。國(guó)際礦物冶金學(xué)報(bào)2009， 16 （5） 512-516.

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[5] 鄭建春,宗燕兵,蒼大強(qiáng),高爐銅冷卻壁熱態(tài)實(shí)驗(yàn)及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(8) :939-941.