差应力 、相变应力等 。特别是炉温波动以及煤气流 分布变化时 ,加剧了热应力的破坏作用 。

  铸铁线 ℃以下增长缓慢 ,当温 度大于 600 ℃时 ,铸铁产生了不可逆的生长现象 ,

  响变化很大 , 一般在 40000 kcaΠm2 h ～ 150000 kcaΠ m2 h 之间 ,遇峰值热负荷冷却壁能否安全工作是衡 量冷却壁寿命长短的重要依据 。图 1 与图 2 是峰 值热负荷下计算出的球墨铸铁冷却壁与铸钢冷却 壁截面等温线 能够准确的看出 ,球 墨铸铁冷却壁热面达 800 ℃～900 ℃,而铸钢冷却壁 仅为 500 ℃～600 ℃。铸铁冷却壁热面温度已超过 相变温度 709 ℃,因此不能安全工作 ,而铸钢冷却 壁在峰值热负荷下仍可安全工作 。

  铸铁冷却壁基体与冷却水管材质相差很大 ,受 基体材质和铸造工艺的限制 ,基体与冷却水管之间 存在 0. 1 mm～0. 3 mm 的气隙和深层导致热阻增 大 。铸钢冷却壁基体与冷却水管材质相同或相近 , 特别的铸造技术使冷却水管的外壁与基体熔合为 一体 ,而内壁不熔化 、不变形 。从而从根本上消除 了球铁冷却壁与冷却壁水管之间的气隙和涂层 。 用金相显微镜观察熔合交界区域无气隙和夹层 ,其 组织为冶金结合组织 ,如图 3 所示 。

  以马钢二铁厂 1 # 炉 (300 m3 ) 铸 钢 冷 却 壁 为 例 ,并与原铸铁冷却壁对比分析 ,冷却壁的导热能 力如表 3 所示 。从表 3 分析 ,铸钢冷却壁的热阻比 球铁冷却壁降低近 2 倍 。

  1. 1 铸钢冷却壁的应用 马钢自 2002 年 1 月开始马钢一铁总厂 9 号炉

  上应用铸钢冷却壁 ,并开展在线跟踪研究 。在取得 初步应用效果之后 ,又加快了铸钢冷却壁的研制和 应用步伐 。冷却壁的结构及形式不停地改进革新 ,从“多进 多出”单层 U 形管到“两进两出”双层蛇形管 ,应用 的高炉炉型范围逐步扩大 ,从 300m3 的中型高炉到 2500m3 大型高炉 。到 2004 年 12 月全公司已有 7 座大中型高炉应用了铸钢冷却壁 。目前正在服役 的铸钢冷却壁如表 1 所示 。 1. 2 铸钢冷却壁的应用效果 1. 211 铸钢冷却壁的运作情况

  1. 212 在线壁体温度及进出水温差 为了判断铸钢冷却壁的运行情况 ,需检测在线

  壁体温度 。在一铁总厂 9 号炉第六层铸钢冷却壁 上安装了 3 只热电偶 ,位置为第 8 块 、第 20 块和第 28 块 ,插入深度为壁体厚度一半 。通过对四年壁 体温度实测值跟踪收集 ,9 号炉铸钢冷却壁壁体温 度主要在 50 ℃～70 ℃之间波动 。而同期铸铁冷 却壁壁体温度在 73 ℃～205 ℃之间波动 。表明铸 钢冷却壁壁体温度较铸铁冷却壁低 。铸钢冷却壁 进出水温差与铸铁冷却壁对比见表 2 。

  通过以上分析 ,铸钢冷却壁整体导热能力比铸 铁冷却壁至少提高 2 倍以上 。对高炉来说 ,铸铁冷 却壁的导热能力偏低 ,铜冷却壁明显过剩 ,铸钢冷 却壁是比较适中的 。

  212 铸钢冷却壁的抗破损能力 高炉冷却壁安装在炉壳内 ,长期连续地高温下

  工作 ,要经受热流的冲击 、铁液熔渣的侵蚀 、炉料的 撞击磨损等 ,其破损的原因错综复杂 ,仅就热应力 的破坏和高温熔蚀反应两个主要方面 ,并从力学性 能 、物理性能加以综合分析 ,三种冷却壁的力学性 能 、物理性能如表 4 所示 。

  211. 3 导热能力的优化设计 铸钢冷却壁厚度可以比铸铁冷却壁减薄 20 %

  ～30 % ,使热阻逐步降低 。通过增加冷却水道的 数量 、加大水道截面积 、设置双层冷却水道等措施 , 可逐渐增强铸钢冷却壁的导热能力 。

  常温下 ,各种材质的热导率 ,球铁为 27. 8 WΠm ·℃,铸钢为 51. 6 WΠm·℃,铜为 337 WΠm·℃。铜的 热导率最高 ,是铸铁 、铸钢的 8～10 倍 ,这是其他材 质无可比拟的 。铜冷却壁的优点是高的热导率 对冷却壁的热面形成有效的激冷 ,从而形成稳定而 厚实的渣皮保护 ,但渣皮太厚对炉况稳定顺行不 利 ,铜冷却壁的导热能力明显过剩 。铸钢的热导率 是球铁的近 2 倍 。随着温度的升高 ,两者的热导率 趋于接近 ,但两者工作的温度是不同的 ,铸铁冷却 壁热面工作时候的温度在 700 ℃～800 ℃之间 ,而铸钢冷却 壁热面工作时候的温度在 400 ℃～500 ℃之间 。因此 ,在冷 却壁正常工作时候的温度下 ,铸钢的热导率仍明显优于铸 铁冷却壁 。 211. 2 基体与冷却水管之间热阻

  摘 要 :总结了马钢高炉铸钢冷却壁研制与应用的成功经验 ,对比分析了铸铁冷却壁 、铜冷却壁各自特点 。理论分析与初

  步实践表明 ,铸钢冷却壁是一种优质 、价廉 、长寿的新型冷却壁 ,具有广阔的应用与发展优势 。

  冷却壁的整体导热能力不仅与基体材质的热 导率有关 ,而且与热面厚度 、基体与冷却水管之间 的热阻 、冷却水道的数量及截面积大小等因素密切 相关 。仅以基体材质的热导率的大小来推断冷却

  2006 年增刊 朱童斌 、石玮 、李晓静 :铸钢冷却壁的应用与优势分析

  壁的导热能力的高低是不全面的 ,应从各方面加以 综合分析 。 211. 1 基体材质的热导率

  首批铸钢冷却壁一铁总厂 9 号炉已服役四年 零二个月 ,铸钢冷却壁整段安装在热负荷最大的第 六层共 28 块 ,至今无破损 ,而安装在其上的第七层 铸铁冷却壁同比破损了近三分之一 。一铁总厂 1 号炉在炉腹 、炉腰 、炉身下部安装了 5 段铸钢冷却 壁共 120 块 ,投产三年零九个月 ,至今无破损 ,炉况 稳定顺行 ,高炉利用系数稳定在 3. 5 。对比一铁总 厂 3 号炉采用铸铁冷却壁于 2001 年 5 月投产 ,七 个月后炉腹段有 3 块冷却壁破损 ,一年零九个月 后 ,炉腹 、炉腰段共有 13 块冷却壁破损 。二铁总厂 3 号炉在炉腹 、炉腰 、炉身下部安装了 4 段铸钢冷 却壁共 138 块 ,投产二年零一个月 ,至今无破损 ,该 炉在 2005 年 6 月由于其他因素造成炉况不正常而 停产检查并喷补内衬时 ,趁机进入炉内观察 ,所有 铸钢冷却壁镶砖槽轮廓清晰 ,损耗不足 1mn 。其他 高炉的铸钢冷却壁均安全运作 。由此可见 ,铸钢冷 却壁的抗破损能力比铸铁冷却壁要强得多 。

  安装部位 炉腹一段 炉腹 、炉腰 、炉身下部 ,共五段 炉腹 、炉腰共三段 炉腹 、炉腰 、炉身下部 ,共五段 炉腹 、炉腰 、炉身下部 ,共五段 炉腹 、炉腰 、炉身下部 ,共四段 炉腹 、炉腰共四段

  水管形式 四进四出 ,单层 U 形管 二进二出 ,单层 U 形管 二进二出 ,双层蛇形管 二进二出 ,双层蛇形管 二进二出 ,双层蛇形管 五进五出 ,热面 U 冷形管 、冷面蛇形管 二进二出 ,双层蛇形管

  2. 1 铸钢冷却壁的导热能力 高炉冶金反应需要一个最佳的断面温度场 ,温

  度场分布的最佳化是稳定高炉利用系数和炉况顺 行的必备条件 。冷却壁适宜的导热性能有利于获 得理想的温度场分布 ,如果冷却壁带走的热量大 ,

  图 1 铸墨铸铁冷却壁截面等温线 铸钢冷却壁截面等温线 铸钢冷却壁与铸铁冷却壁冷却气温变化对比 ( ℃)

  那么此段冷却壁的断面热量损失就大 ,炉内的温度 场就会发生明显的变化 。因此 ,冷却壁在保证炉内温度场 正常条件下 ,水冷却系统导出的热量是一个有限 值 ,而不是越多越好 。冷却壁的导热性能究竟多少 才合适 ? 目前还没有一个统一的结论 ,但肯定不是 越高越好 。目前宝钢 2 号高炉 (4063 m3 ) 、武钢 5 号 高炉 (3200 m3 ) 在我国属于长寿化高炉 ,这两座高 炉使用铸铁冷却壁已达 12 年 ,其间不进行过一 次中修 。作者觉得 ,冷却壁的导热能力只需在铸铁 冷却壁基础上加以适当提高 ,过分地提高冷却壁的 导热能力 ,非常有可能造成导热能力的过剩和不必要 的成本投入 。

  随着钢铁工业的发展 ,高炉长寿化成为当今炼 铁技术发展的重要课题 。目前国外发达国家的高 炉炉龄在 15 年左右 ,我国大多数高炉炉龄还在 10 年以下 ,与国外相比差距很大 。冷却壁是高炉长寿 化的关键技术与设备 ,其质量的优劣直接影响高炉 的寿命 。目前可供高炉使用的冷却壁 主要有球铁 冷却壁 、铜冷却壁 、铸钢冷却壁三种 。球铁冷却壁 是在原灰铁冷却壁基础上发展起来的高韧性铸铁 冷却壁 ,其综合性能优于灰口铸铁冷却壁 ,从九十 年代开始普遍被高炉采用 。铜冷却壁因热导率高 , 在国外已有二十多年的应用历史 ,并有成功的应用 经验与成果 。我国借鉴国外经验 ,自 2000 年开始 应用铜冷却壁 ,特别是新建的大型高炉上开始广泛 应用铜冷却壁 。铸钢冷却壁于 2000 年在我国率先 研制成功并用于整座高炉 。但在此之前 ,因没有突 破铸造技术难关 ,国内外还没有铸钢冷却壁生产和 应用的成功报道 。由于铸钢冷却壁的应用刚刚开 始 ,没有一代炉龄的应用经验 。理论上分析的效果 还有待于实践的检验 ,这需要有一个逐步被认知和 认同的过程 。虽然铸钢冷却壁在我国研制与应用 的时间与铜冷却壁几乎同步 ,但推广应用的速度比 铜冷却壁慢了许多 。冷却壁的发展的新趋势如何 ? 铸 钢冷却壁的优势在哪里 ? 铸钢冷却壁能否成为高 炉新一代长寿化的冷却壁 ? 便很自然地成为本文 论述的重点 。