高爐煉鐵技術(shù)不斷進(jìn)步虐急，優(yōu)質(zhì)凿傅、高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)壽逐步成為高爐生產(chǎn)的發(fā)展方向，高爐大型化状共、高效化迅速提高锨用。高爐長(zhǎng)壽技術(shù)是提高煉鐵企業(yè)效益的關(guān)鍵规婆。從高爐結(jié)構(gòu)上看耸峭，爐缸爐底及爐腹到爐身下部是高爐長(zhǎng)壽的兩個(gè)重點(diǎn)區(qū)域桩蓉，選擇合適的耐火材料及冷卻設(shè)備對(duì)延長(zhǎng)高爐壽命至關(guān)重要。

　　隨著高爐的利用系數(shù)和冶煉強(qiáng)度提高劳闹，高爐爐腹院究、爐腰和爐身下部的熱負(fù)荷上升，爐缸側(cè)壁溫度升高等現(xiàn)象頻繁發(fā)生本涕。同時(shí)业汰，國(guó)內(nèi)高爐原燃料質(zhì)量穩(wěn)定性較差，常引起爐況波動(dòng)偏友，進(jìn)而造成軟熔帶位置頻繁上下移動(dòng)蔬胯，加速爐腹到爐身下部區(qū)域耐材的侵蝕和冷卻壁的損壞。隨著寶鋼湛江等企業(yè)大型高爐采用全鑄鐵冷卻壁位他，煉鐵企業(yè)對(duì)于采用何種冷卻壁出現(xiàn)了較多分歧氛濒，因此，有必要對(duì)不同冷卻壁在使用過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行探討鹅髓。

　　高爐冷卻壁的損壞形式及原因

　　2000年以來(lái)銅冷卻壁以其良好的導(dǎo)熱能力和形成渣皮能力在我國(guó)高爐上得到廣泛的使用舞竿，目前全國(guó)約200座以上的高爐采用銅冷卻壁，尤其是在爐腹窿冯、爐腰和爐身下部等熱負(fù)荷較高的區(qū)域骗奖。高爐冷卻壁主要包括鑄鐵和純銅，另外還出現(xiàn)過(guò)鑄鋼冷卻壁醒串。鑄鐵冷卻壁抗熱震性能差执桌、導(dǎo)熱系數(shù)低。另外芜赌，其冷卻水管是鑄入鑄鐵本體內(nèi)的仰挣，由于材質(zhì)和膨脹系數(shù)的不同，形成氣隙層缠沈，而影響了傳熱膘壶。這些缺陷限制了鑄鐵冷卻壁的進(jìn)一步發(fā)展。因此洲愤，從上世紀(jì)70年代歐洲開(kāi)發(fā)和使用了銅冷卻壁颓芭，得到較好的效果。表1為幾種不同金屬導(dǎo)熱系數(shù)柬赐，可以看出純銅的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料亡问。

　　1銅冷卻壁

　　高爐銅冷卻壁熱面大面積損壞具有以下特征：（1）嚴(yán)重?fù)p壞部位集中在爐腰部位，具有明顯的區(qū)域性肛宋；（2）損壞期間玛界，高爐出現(xiàn)冷卻強(qiáng)度不足万矾、冷卻壁本體溫度升高的現(xiàn)象。

　∩骺颉（1）化學(xué)侵蝕

　　氧元素在銅中的固溶量很小，但易與銅反應(yīng)生成Cu2O后添，生成的Cu2O分布在晶界或枝晶網(wǎng)絡(luò)中笨枯。一方面銅冷卻壁的純度有限，一般含有少量的氧遇西，另一方面馅精，高溫條件下，爐渣粱檀、煤氣中的氧元素可向銅基體擴(kuò)散洲敢，造成冷卻壁熱面壁體氧含量升高。李峰光等采用納克ON-3000氧氮分析儀測(cè)定冷卻壁熱面損壞嚴(yán)重的“溝槽處”和完整部位的氧含量茄蚯，結(jié)果分別為19ppm和15ppm压彭，該氧含量可造成銅冷卻壁產(chǎn)生晶界裂紋。

　　冷卻壁熱面處于還原氣氛渗常，高爐煤氣中的CO和H2可以與冷卻壁中的Cu2O發(fā)生還原反應(yīng)壮不，如方程（1）和方程（2）所示。

　　反應(yīng)產(chǎn)生高壓的CO2和H2O氣體皱碘，高壓氣體作用下銅冷卻壁基體產(chǎn)生微小裂紋询一，反應(yīng)（2）的靈敏度明顯較高，因此這種現(xiàn)象往往稱(chēng)為“氫病”癌椿。“氫病”被認(rèn)為是銅冷卻壁破損的主要原因之一健蕊。“氫病”的發(fā)生主要受三個(gè)因素影響：氧含量、溫度和渣皮脫落踢俄。氧含量越高缩功，溫度越高，越容易發(fā)生“氫病”褪贵，而渣皮脫落則是“氫病”產(chǎn)生的直接原因掂之。

　　由于銅冷卻壁導(dǎo)熱能力強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到380W/(m•K)脆丁，正常爐況條件下世舰，高爐渣粘附在冷卻壁熱面后，熱量迅速被冷卻水帶走槽卫，在冷卻壁熱面形成一定厚度的渣皮跟压。渣皮阻礙高爐煤氣中H2和CO向冷卻壁壁體的擴(kuò)散，從而避免了“氫病”現(xiàn)象的發(fā)生歼培。當(dāng)發(fā)生邊緣煤氣流過(guò)剩等異常爐況時(shí)震蒋，渣皮不能穩(wěn)定存在于冷卻壁表面茸塞，造成冷卻壁熱面暴露于煤氣中，冷卻壁表面不僅要承受高溫高速煤氣的沖刷侵蝕和渣鐵的化學(xué)侵蝕查剖，“氫病”發(fā)生的情況也大幅提高钾虐，造成冷卻壁壽命降低。

　∷褡（2）磨損

　　與化學(xué)侵蝕相似效扫，在爐況異常、渣皮頻繁脫落的情況下直砂，冷卻壁受到大塊高溫物料的機(jī)械沖擊和高溫煤氣流的沖刷菌仁。銅冷卻壁表明出現(xiàn)不同程度的破損，甚至出現(xiàn)冷卻水管道暴露的現(xiàn)象静暂。王寶海[9]采用金相顯微鏡觀察破損嚴(yán)重的銅冷卻壁不同位置的試樣济丘，發(fā)現(xiàn)金相組織均為ɑ固溶體，且冷卻壁熱面未出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象洽蛀，表明銅冷卻壁破損的主要原因是機(jī)械磨損摹迷，而不是熔損。

　　銅冷卻壁磨損一方面是由于銅的硬度較低辱士，相對(duì)鑄鐵更容易被塊狀爐料磨損泪掀，另一方面，操作上長(zhǎng)期保持中心氣流過(guò)強(qiáng)颂碘，邊緣過(guò)重异赫，軟熔帶根部過(guò)低，塊狀帶大塊物料头岔，很容易磨損銅冷卻壁塔拳。

　　（3）撓曲變形

　　銅冷卻壁一般用于爐身下部峡竣、爐腰和爐腹等熱負(fù)荷高的區(qū)域靠抑，渣皮頻繁脫落時(shí)，冷卻壁熱面暴露在高溫煤氣中适掰，受到煤氣颂碧、渣鐵等的熱輻射作用。同時(shí)类浪，由于冷卻水的冷卻作用载城，造成冷卻壁冷熱面間出現(xiàn)一定的溫度梯度，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力作用费就。熱應(yīng)力作用是銅冷卻壁出現(xiàn)撓曲變形的主要原因诉瓦，且熱負(fù)荷越大，撓曲變形越嚴(yán)重。一定熱負(fù)荷下睬澡，冷卻壁高度越高固额，撓度越大。

　　2 鑄鐵冷卻壁

　　鑄鐵冷卻壁常用于爐身上部煞聪、爐喉及爐缸部位的冷卻斗躏，除延伸率高、抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)外米绕，鑄鐵冷卻壁還具有以下不利因素：（1）抗熱震性能差瑟捣，導(dǎo)熱系數(shù)低，在高熱負(fù)荷區(qū)域工作時(shí)栅干，冷卻壁冷熱面溫差較大，造成壁體內(nèi)部熱應(yīng)力較大捐祠，容易造成壁體撓曲變形碱鳞，甚至出現(xiàn)裂紋。（2）由于制造工藝限制踱蛀，鑄鐵冷卻壁壁體與冷卻水管之間存在氣隙窿给，大幅增加熱阻，造成冷卻壁傳熱性能較差率拒，冷卻能力不足崩泡。

　　爐腹、爐腰及爐身下部等高熱負(fù)荷區(qū)域采用鑄鐵冷卻壁時(shí)猬膨，由于鑄鐵冷卻壁壁體導(dǎo)熱系數(shù)較低角撞，且壁體與冷卻水管間存在氣隙和陶瓷涂層，因此鑄鐵冷卻壁的冷卻能力遠(yuǎn)低于銅冷卻壁勃痴，不利于快速形成穩(wěn)定的渣皮谒所。精料水平較低的情況下，一方面沛申，冷卻壁容易受到塊狀帶下降的大塊物料的撞擊劣领、磨損，另一方面铁材，冷卻壁熱面在渣鐵侵蝕尖淘、煤氣沖刷及高溫?zé)彷椛涞鹊木C合作用下，熱面溫度迅速升高著觉，并容易超過(guò)壁體本身能承受的溫度上限村生，從而造成壁體熔損。寶鋼3號(hào)高爐采用全鑄鐵冷卻壁固惯，一代爐役壽命長(zhǎng)達(dá)19年梆造，表明在寶鋼原燃料條件下，采用全鑄鐵冷卻壁，配以適當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)和耐火材料可以實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽镇辉。但是在目前我國(guó)絕大多數(shù)高爐精料水平普遍偏低的環(huán)境下屡穗，采用全鑄鐵冷卻壁能否維持高爐長(zhǎng)壽，尤其是爐腹忽肛、爐腰和爐身下部的長(zhǎng)壽村砂，尚有待進(jìn)一步的實(shí)踐檢驗(yàn)。

　　3 銅鋼復(fù)合冷卻壁

　　銅鋼復(fù)合冷卻壁以純銅作為冷卻壁熱面?zhèn)鳠釋硬牧弦俟洌l(fā)揮銅冷卻壁的傳熱優(yōu)勢(shì)础废，同時(shí)以高強(qiáng)度鋼板為冷面被覆層材料，提高冷卻壁的機(jī)械強(qiáng)度罕模。采用爆炸焊接工藝將銅板和鋼板焊接成銅鋼復(fù)合冷卻壁评腺，兼顧了抗變形能力和傳熱性能。由于爆炸焊接瞬時(shí)能量較大淑掌，使鋼與銅之間實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的冶金結(jié)合蒿讥，界面無(wú)氣隙和中間產(chǎn)物層。同時(shí)冷卻壁被覆層采用鋼質(zhì)材料抛腕，使冷卻水進(jìn)出水管與冷卻壁壁體焊接時(shí)芋绸，避免了異種材料焊接時(shí)預(yù)熱難度大、易出現(xiàn)焊接缺陷的問(wèn)題担敌，提高了焊接質(zhì)量摔敛。采用鋼板代替代部分純銅，制造成本大幅度降低全封。

　　更重要的是马昙，銅冷卻壁相對(duì)鑄鐵冷卻壁更容易發(fā)生撓曲變形，變形后冷卻壁與耐火材料間的氣隙是影響傳熱的重要因素售貌。采用高強(qiáng)度鋼抵抗冷卻壁的熱震變形给猾，對(duì)銅冷卻壁維持良好的工作狀態(tài)十分重要。因此颂跨，可以預(yù)見(jiàn)敢伸，銅鋼復(fù)合冷卻壁可能成為新一代冷卻壁而得到廣泛推廣。

　　渣皮對(duì)冷卻壁壽命的影響

　　對(duì)于爐腹恒削、爐腰及爐身下部等高熱負(fù)荷區(qū)域池颈，無(wú)論是鑄鐵冷卻壁還是銅冷卻壁，渣皮的保護(hù)作用對(duì)冷卻系統(tǒng)的長(zhǎng)壽至關(guān)重要钓丰。冷卻壁熱面存在穩(wěn)定渣皮時(shí)躯砰，塊狀帶物料、熔融渣鐵及高溫煤氣等不能直接接觸冷卻壁壁體携丁，從而減少磨損琢歇、渣鐵侵蝕兰怠、“氫病”及有害元素等問(wèn)題的發(fā)生，大幅提高冷卻壁壽命李茫。渣皮的形成過(guò)程受多方面因素影響揭保，如圖1所示。

　　圖1 　渣皮形成的影響因素

　　從圖1可以看出魄宏，渣皮的穩(wěn)定生成主要受三方面因素影響：（1）冷卻壁自身冷卻能力秸侣。冷卻壁冷卻能力越強(qiáng)，熔融渣鐵越容易在冷卻壁熱面凝結(jié)成渣皮并穩(wěn)定存在宠互；（2）渣鐵流動(dòng)性味榛。渣鐵的流動(dòng)性主要與化學(xué)成分及環(huán)境溫度有關(guān)。邊緣氣流過(guò)度發(fā)展予跌，渣鐵的流動(dòng)性越強(qiáng)搏色，在高溫煤氣沖刷作用及物料沖擊作用下，越不容易在冷卻壁表面形成渣皮券册。反之继榆，邊緣過(guò)重，軟熔帶下移汁掠，渣鐵在高熱負(fù)荷區(qū)以固體形式存在，則不存在粘附冷卻壁形成渣皮的條件集币；（3）高爐操作考阱。高爐操作對(duì)渣皮的影響是多方面且至關(guān)重要的，首先穩(wěn)定的原燃料條件是渣皮穩(wěn)定的基礎(chǔ)鞠苟。燒結(jié)礦堿度和粒度乞榨、焦炭灰分和粒度等的波動(dòng)易造成爐況波動(dòng)，煤氣流失常当娱，造成渣皮頻繁脫落吃既。此外，布料制度采用過(guò)度壓重邊緣跨细，或中心和邊緣開(kāi)放鹦倚，中間過(guò)重等布料模式時(shí)，往往造成爐墻結(jié)厚或邊緣氣流過(guò)剩冀惭，渣皮不能穩(wěn)定存在震叙。

　　結(jié)語(yǔ)

　　渣皮頻繁脫落是造成爐身下部到爐腹段冷卻壁損壞的主要原因。高爐強(qiáng)化冶煉要保證爐況順行散休，應(yīng)適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流媒楼，使高負(fù)荷區(qū)域能夠形成熔融的、具有一定粘度的渣鐵戚丸，接觸銅冷卻壁后形成穩(wěn)定的渣皮划址。

　　過(guò)度發(fā)展邊緣氣流和邊緣過(guò)重均不利于渣皮穩(wěn)定，邊緣過(guò)度發(fā)展，渣皮熔化夺颤，液態(tài)渣鐵粘度降低痢缎，已經(jīng)形成的渣皮容易脫落。邊緣過(guò)重拂共，容易造成爐墻結(jié)厚牺弄，渣皮同樣容易頻繁脫落。

　∫撕（1）冷卻壁制造方面：優(yōu)化銅冷卻壁材質(zhì)势告，在保證高導(dǎo)熱率的前提下，嚴(yán)格控制氫抚恒、氧元素含量咱台；改進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)，盡量減少冷卻壁冷卻死區(qū)的比例俭驮。

　』啬纭（2）原燃料質(zhì)量方面：穩(wěn)定燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量，避免出現(xiàn)燒結(jié)礦堿度混萝、焦炭灰分等的大波動(dòng)遗遵，頂裝焦換搗固焦，干熄焦換濕熄焦時(shí)應(yīng)逐步過(guò)渡逸嘀，避免大比例調(diào)整车要。

　　（3）高爐操作方面：采用合理的操作爐型崭倘，選擇合適的爐腰直徑翼岁、爐腹角和爐身角；探索合理的布料制度司光，適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流琅坡，避免邊緣過(guò)重和過(guò)分發(fā)展，形成穩(wěn)定的渣皮保護(hù)冷卻壁残家。

　∮馨场（4）中修或大修過(guò)程中，根據(jù)自身原燃料條件及操作水平跪削，選擇合適的冷卻壁材質(zhì)谴仙。爐腹、爐腰和爐身下部宜采用銅冷卻壁碾盐，提高冷卻能力晃跺，為防止撓曲變形，可采用銅鋼復(fù)合冷卻壁毫玖，爐缸掀虎、爐喉及爐身上部等熱負(fù)荷較低的區(qū)域宜采用鑄鐵冷卻壁凌盯，降低投資成本。 

來(lái)源：煉鐵夢(mèng)想家