中冶南方一直致力于高爐核心技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，為新建高爐和高爐大修改造提供整體技術(shù)方案，助力高爐實(shí)現(xiàn)安全、長壽、高效生產(chǎn)。
經(jīng)過數(shù)十年的科技創(chuàng)新，中冶南方掌握了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)、處于國內(nèi)外先進(jìn)水平的高爐專有技術(shù)。
其中最具有代表性的，包括迭代升級的冷卻技術(shù)——聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)；一系列長壽技術(shù)——磚壁合一薄內(nèi)襯技術(shù)、無剪切冷卻壁固定技術(shù)、長壽爐缸技術(shù)。這些技術(shù)精準(zhǔn)覆蓋爐缸、爐腹、爐腰、爐身等關(guān)乎高爐長壽的重點(diǎn)部位。
01 聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)
聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，能夠?yàn)楦郀t在高負(fù)荷冶煉過程中提供安全保障。
該系統(tǒng)根據(jù)高爐內(nèi)各冷卻設(shè)施熱負(fù)荷特點(diǎn)和阻損匹配原則，將冷卻壁、爐底水冷系統(tǒng)、風(fēng)口系統(tǒng)、熱風(fēng)閥系統(tǒng)等，通過并聯(lián)與串聯(lián)的整合方式巧妙地合并成一個(gè)系統(tǒng)。
其核心技術(shù)主要包括：系統(tǒng)工藝參數(shù)的確定、系統(tǒng)的阻力計(jì)算、管網(wǎng)分區(qū)及水量平衡匹配技術(shù)、系統(tǒng)脫汽及排汽技術(shù)、系統(tǒng)壓力平衡技術(shù)、自動補(bǔ)水及系統(tǒng)破損報(bào)警技術(shù)、水管破損快速修補(bǔ)技術(shù)等。
通過對這些核心技術(shù)的系統(tǒng)集成，可以有效保證聯(lián)合軟水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
圖1 聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)流程
經(jīng)過長期實(shí)踐，中冶南方創(chuàng)新開發(fā)的聯(lián)合軟水系統(tǒng)具有水量小、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、冷卻效率高等特點(diǎn)。
與獨(dú)立軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)相比，聯(lián)合軟水系統(tǒng)的運(yùn)行水量可降低50%以上，總投資可減少18%-20%；相較于采用其它冷卻系統(tǒng)，聯(lián)合軟水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用可削減30%-50%。
第一代聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)于2001年開發(fā)并應(yīng)用，冷卻效率高、能源消耗少、水質(zhì)穩(wěn)定、管道腐蝕率低，使高爐冷卻技術(shù)躍上了新的臺階。
第二代聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)大幅度減少了運(yùn)行水量、降低了泵組揚(yáng)程，進(jìn)一步降低了運(yùn)行費(fèi)用和工程投資，并且極大增強(qiáng)了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的安全系數(shù)；獲得了中國五礦集團(tuán)2020年度專利獎二等獎和湖北省首屆專利獎銀獎。
02 磚壁合一薄內(nèi)襯技術(shù)
冷卻設(shè)備的選擇與高爐原燃料條件和操作模式密切相關(guān)，需綜合考慮抗熱震性能、導(dǎo)熱性能、耐磨性能、掛渣性能等核心要素。
中冶南方開發(fā)的第四代鑄鐵冷卻壁，更新了冷卻壁材質(zhì)、改善了冷卻壁結(jié)構(gòu)、優(yōu)化了外形尺寸，使鑄鐵冷卻壁的應(yīng)力減小、抗疲勞能力提高。
同時(shí)，中冶南方率先在爐腹、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)域，以及爐缸異常侵蝕區(qū)，設(shè)計(jì)使用了具有高導(dǎo)熱、耐熱震和耐高熱流沖擊等性能的銅冷卻壁，從而形成了中冶南方獨(dú)特的高爐全冷卻壁技術(shù)風(fēng)格。
中冶南方開發(fā)和應(yīng)用的新式冷卻壁，能夠?qū)⒋u襯直接鑲嵌在冷卻壁的燕尾槽中，從而實(shí)現(xiàn)磚壁合一的組合結(jié)構(gòu)。磚壁合一技術(shù)改變了傳統(tǒng)的高爐內(nèi)砌磚的厚內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高爐的薄內(nèi)襯化。
磚壁合一型式冷卻壁的出現(xiàn)，是冷卻壁技術(shù)的一次飛躍，與軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)配合使用，可為現(xiàn)代化大型高爐實(shí)現(xiàn)15-20年壽命提供強(qiáng)有力的保障。
中冶南方磚壁合一薄內(nèi)襯技術(shù)的突出優(yōu)勢在于，取消了爐腹以上的砌磚工程，可以始終保持穩(wěn)定的操作爐型，充分體現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)、降低投資、縮短建設(shè)工期、延長高爐壽命的優(yōu)勢。
2016年起，中冶南方聯(lián)合設(shè)備制造商相繼開發(fā)出耐磨銅冷卻壁和無滲碳層的高導(dǎo)熱鑄鐵冷卻壁。
耐磨銅冷卻壁具有耐磨、更易形成穩(wěn)定渣皮的特性，克服了銅冷卻壁因渣皮不穩(wěn)而導(dǎo)致過早磨損的缺點(diǎn)；無滲碳層高導(dǎo)熱鑄鐵冷卻壁，取消了壁體與鑄入水管間的防滲碳層，可以提高鑄鐵冷卻壁的綜合導(dǎo)熱系數(shù)1倍以上。
03 無剪切冷卻壁固定技術(shù)
高爐爐腹以上區(qū)域，尤其是爐腹、爐腰及爐身下部，是爐內(nèi)工況最為惡劣的區(qū)域，承受著高熱負(fù)荷和多變的熱流沖擊，溫度波動異常頻繁，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力是導(dǎo)致高爐冷卻壁損壞的主要原因。
為了延長冷卻壁使用壽命，中冶南方開發(fā)了無剪切冷卻壁固定技術(shù)，通過特殊工藝，使得冷卻壁的膨脹方向與爐殼膨脹方向一致，有效適應(yīng)爐體受熱產(chǎn)生的變形。
如此一來，帶來消除傳統(tǒng)螺栓固定方式中壁體受熱產(chǎn)生的彎曲變形，減小對灌漿層的破壞，減少爐役后期爐身煤氣泄漏的危害等多個(gè)優(yōu)勢，尤其能夠克服爐殼與冷卻壁變形不相適應(yīng)導(dǎo)致的冷卻水管被爐殼剪斷的弊病。
該技術(shù)保證了冷卻壁的使用壽命，為實(shí)現(xiàn)一代爐役不換冷卻壁、不中修提供充分支撐。
這種安裝方式自武鋼5號高爐第一代爐役成功應(yīng)用以來，已經(jīng)在100多座高爐得到檢驗(yàn)，沒有發(fā)生一起由于爐殼與冷卻壁間的相對運(yùn)動導(dǎo)致水管剪斷而出現(xiàn)破漏的現(xiàn)象。
04 爐缸長壽技術(shù)
爐缸壽命是困擾高爐操作者的普遍性問題，不僅是制約高爐壽命的重要因素，也是影響安全生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。
爐缸破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鐵水滲透和沖刷溶蝕是導(dǎo)致高爐炭磚破損的重要原因，并且不同高爐的異常侵蝕位置并不相同。
以高效、長壽為目標(biāo)，中冶南方提出以具備抗侵蝕能力的傳熱體系為核心的爐缸長壽設(shè)計(jì)理念和整體解決方案。在設(shè)計(jì)長壽爐缸時(shí)，始終針對具體的高爐條件，對爐缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且把超微孔化、抗鐵水侵蝕、高導(dǎo)熱作為選取炭磚的第一選擇，實(shí)現(xiàn)了高冶煉強(qiáng)度條件下的高爐爐缸長壽。
為進(jìn)一步提高爐缸壽命，中冶南方和武鋼在國內(nèi)率先推出了“石墨墻”爐缸長壽技術(shù)。
“石墨墻”結(jié)構(gòu)保證了冷卻壁與超微孔炭磚間導(dǎo)熱能力，從而大大加強(qiáng)了對陶瓷杯的保護(hù)，也加強(qiáng)了在陶瓷杯損壞后在炭塊熱面形成穩(wěn)定凝固保護(hù)層的能力。并且，“石墨墻”可作為冷卻壁的安全防護(hù)，避免發(fā)生惡性安全事故。
“石墨墻”爐缸長壽技術(shù)率先在武鋼高爐使用，取得了非常好的效果。采用“石墨墻”結(jié)構(gòu)的武鋼有限7號高爐已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)超過16年、8號高爐已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)近13年，爐缸狀態(tài)保持良好，有望實(shí)現(xiàn)20年的長壽目標(biāo)。
采用高爐長壽綜合技術(shù)的典型實(shí)例
01 采用中冶南方軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)、磚壁合一薄內(nèi)襯技術(shù)、無剪切冷卻壁固定技術(shù)的高爐冷卻壁運(yùn)行情況良好，典型實(shí)例如下：
02 采用中冶南方軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)、磚壁合一薄內(nèi)襯技術(shù)、無剪切冷卻壁固定技術(shù)的某2500m3高爐生產(chǎn)11年后，冷卻壁磨損痕跡清晰，但槽肋完好且無一塊冷卻壁損壞漏水。
03 采用中冶南方爐缸長壽技術(shù)的高爐爐缸運(yùn)行情況良好，典型實(shí)例如下：
