休风工况高炉铜冷却棒安装技术浅析

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摘要：炼铁高炉役末期，炉内砖衬脱落，冷却壁大量破损，使炉壳直接受到炉内高温的烧损。为尽快完成检修并恢复生产，采用炉顶卸荷、炉体错位开孔、铜冷却棒场外预试压及管件预制、气体隔断、炉体安装铜冷却棒、炉内造衬等措施，炉壳打水强化冷却技术，在高炉休风的工况下，无需作业人员进入炉体内部即可完成检修工作，从而大大的缩短了检修工期并保证了检修的安全，延长高炉的使用寿命。

关键词：休风工况 高炉铜冷却棒 更换技术

中图分类号：TF57文献标识码： A

1.前言

2003年，水钢2#高炉由于炉役已到末期，炉内砖衬脱落，冷却壁大量破损，7、8、9三段冷却壁破损率达70％～80％。使炉壳直接受到炉内高温的烧损，直接影响到2#高炉的安全生产。为了解决这个问题，经研究决定，采用炉体安装铜冷却棒，炉内造衬，炉壳打水强化冷却等措施，延长高炉的使用寿命。为了尽快完成检修并恢复生产，我们采用了炉顶卸荷、炉体错位开孔、铜冷却棒场外预试压及管件预制、气体隔断等措施，在高炉休风的工况下，无需作业人员进入炉体内部即可完成检修工作，从而大大的缩短了检修工期并保证了检修的安全，取得了良好的社会经济效益。

2.技术特点

在休风工况下，短时内对高炉铜冷却棒进行修复施工，主要特点如下：

2.1与传统的更换冷却壁相比，该工法成本低，操作方便、工期短，安全性高。

2.2、炉顶卸荷：采用在上升管四个羊角弯上用36#工字钢及20#工字钢支撑，将炉顶荷载转移到框架平台上以减少炉体变形。

2.3、炉壳分带错位开孔：采用分带错位开孔方法，最大限度增加炉壳刚度。

2.4、铜冷却棒场外试压与管件预制：对大量的管件进行预制和预装配，提前对铜冷却棒进行压力试验，试验合格才能投入使用，缩短了检修工期。

2.5、气体隔断措施：在已关闭的热风阀门、冷风阀门、重力除尘遮断阀后加设盲板，防止煤气倒吸进入炉体。

2.6、采用机械手进行内部局部喷涂造衬。

3.技术原理

3.1 在水冷却壁损坏及炉内 砖衬脱落处新安装同冷却棒，同时在炉内进行喷涂造衬，以增加炉壳的冷却保护，从而延长高炉使用寿命。

3.2采取炉顶卸荷措施以确保炉体不因承受过大的荷载而变形。

3.3炉壳分带错位开孔：因须开孔洞较多，如果不按一定的顺序乱开孔，会造成炉体局部强度减小，发生热态变形。

3.4冷却装置预试压与管件预制与装配：可以提前检查铜冷却棒是否合格，避免不必要的返工、返修，缩短检修时间。

3.5采用机械手进行内部喷衬：可以确保检修人员安全。

3.6采取隔断措施：以防止煤气倒吸引起爆炸及其它事故。

4.施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程图

图4-1 施工工艺流程图

4.2 主要操作要点说明

4.2.1 炉顶卸荷

安装铜冷却棒时，要在炉体上开孔，根据开孔分布情况及孔径大小，必然会对炉体的承载能力造成影响。炉顶卸荷的目的是将炉顶设备、上升管下降管等重量转移到高炉框架结构上，以减少炉体载荷，确保结构安全。具体办法是在上升管四个羊角弯上用36#工字钢及20#工字钢支撑，详见下图4-2 炉顶卸荷支撑图。

图4-2 炉顶卸荷支撑图

4.2.2 铜冷却棒水压试验及管件预制

1）铜冷却棒压力试验：铜冷却棒压力试验要求在检修前必须完成。试验用两台泵同时进行，每l0根铜棒联成一组同时试压，每根铜棒进出口用DN32丝接弯头、活接及直接连接。密封材料用麻丝和铅油，试验压力1.0Mpa。要求缓慢逐级升压，过程中停压检查，无异常现象才升压至试验压力，保压l0分钟无明显压降为合格。并做好试验记录请甲方签字认可。

2）管件预制

本次检修主要内容包括：铜冷却棒安装总计565件，规格为φ108 ×450mm，主要分布在7、8、9三段上，7、8段每段分别装192件，9段装160件。铜冷却棒配管，铜三通安装650件；DN32弯头、活接、内接、直接等管件拆安约6000件。因管件数量较大，如果都等到停炉检修时再制作，需要耗费大量时间。因此需要提前预制。

4.2.3 管件试配

配管要求在检修之前将能预装配的管段、管件分段装配完毕。检修之前将能预装配的管段及管件为：

(1)与每个铜冷却棒连接的两个弯头，两件宝塔头。

(2)每块水冷壁串接回路的U形排水管段。

(3)每块水冷壁串接回路的T形给水管段。

以上预装配的调节办法：铜棒之间靠胶管来调节；U形排水管段，7、8、9段用检修前实测尺寸放50mm的余量；T形给水管段可以用与盘管连接的管段预留长度来调节。有铜三通的硬连接可以按现场测来的尺寸预加工一部分接头，少数不吻合的现场配制。

4.2.4炉壳开孔

1）炉壳开孔方法确认：本次检修工作的难点和重点是在炉壳上开孔，而开孔的方法有两种，即冷开和热开。冷开就是用特殊的钻机钻孔，其优点是对炉壳产生内应力小，不动明火，缺点是施工工期长，成本特高。而热开就是用气焊割孔或用等离子切割机开口。其优点是施工工期很短，成本很低。缺点是施工过程中炉壳会产生热应力，但因在生产过程中炉温会消除这些应力，而且工期每缩短一天，其经济效益非常可观。因此开孔方法定为用气焊工具割孔。

图4-3 水冷壁铜冷却棒开孔划线图

2）开孔顺序确定：为保证炉壳的强度，三个平台共9个作业点的开孔。必须在垂直方向和圆周方向错开，避免造成炉壳某一断面产生薄弱环节。新开孔的引焰必须从孔中引出，再围绕预先画好的孔圈开孔。炉壳开孔原则上要求第一个孔开好，铜棒点焊牢固并打底一周才能开第二个孔，装第二棵铜棒。

炉壳开孔顺序详见图4-4 炉壳开孔顺序图。

图4-4 炉壳开孔顺序图

施工过程中三段分三个作业区域，每个区域三个作业面，共九个作业点同时施工。第一大组负责第7段1～11；第8段l～11；第9段1～11水冷壁开孔、装铜棒及配管。第二大组负责第7段l2～22；第8段12～22；第9段12～22水冷壁开孔、装铜棒及配管。第三大组负责第7段23～32；第8段23～32；第9段23～32水冷壁开孔，装铜棒及配管。

三个作业区域的作业均按逆时针方向进行，图4-3是其中一个大组的开孔顺序图，其它两个大组的开孔顺序与它相同。

3）开孔遇水冷壁时的处理办法：因7、8、9三段水冷壁破坏率约为70％～80％，不可避免的在开孔过程中会遇到未损坏的水冷壁，这部份炉壳开孔采用吹氧管进行割孔。但要求其周围的铜棒必须装好焊牢之后才能吹孔。

4.2.5 铜冷却棒安装

铜冷却棒安装要求：炉壳第一个孔开好，铜棒点焊牢固并打底一周才能开第二个孔，装第二棵铜棒。铜冷却棒焊接。在铜棒的进出水管端，有一块φ160mm的法兰，厚20mm，材质为Q235-A。因炉壳材料也为Q235-A，所以铜棒安装主要是将铜棒法兰焊在炉壳上。焊条选用E4303，φ4.0。焊机选用硅整流弧焊机。焊接对人员的技术水平要求不是太高，容易保证焊接质量。

4.2.6 铜冷却棒配管

7、8、9段的配管示意图分别见图4-5，图4-6，图4-7：甲方原定所有配管采用钢管连接，但固定尺寸钢管连接难度大．如果配管尺寸不准，施工进度太慢。经与甲方商量，部份接头可以采用胶管连接。具体原则是每块水冷壁的进水管和回水管必须用钢管连接，每块水冷壁两铜棒之间装铜三通的管段必须用钢管连接，其余可用胶管连接。这样，原来必须有准确的加工尺寸的管件，现在可以用胶管的柔韧性及长度来调节，这在很大程度缩减了检修期间的配管时间。

图4-5 第七段水冷壁铜冷却棒安装及配管示意图

图4-6 第八段水冷壁铜冷棒安装及配管图

图4-7 第九段水冷壁铜冷却棒安装及配管图

4.2.7 系统水压试验

因铜棒安装前已经过压力试验，所以系统通水试漏采用原高炉1.0Mpa的高压水管，以一块水冷壁的串接回路为单位进行试验，以不漏为合格。水管与回路之间用胶管连接，以缩短配管及试验时间。

4.2.8 炉内喷涂造衬

铜冷却棒安装好后，从炉顶向炉内放入机械手，先用烧结矿颗粒对炉墙进行干法清洗，再进行喷涂造衬，从7段炉壳向上喷，7-8段喷涂厚度为350L，9段喷涂厚度为200L，9段以上喷涂厚度为150L，主要目的是找平喷涂层。

4.2.9气体隔断措施

在已关闭的热风阀门、冷风阀门、重力除尘遮断阀后加设盲板，防止煤气倒吸进入炉体。

4.2.10 系统验收

整个项目施工完成，应组织有关各方共同检查施工质量是否符合有关要求，并现场签字确认。

5.结论和展望

本技术采用炉顶卸荷、分步错位开孔、水冷装置预试压、管件预制及预装、炉外操控机械手炉内造衬技术，成功解决了在休风工况下高炉水冷装置更换施工检修难题，具有较强的指导意义。该技术施工工艺简洁、易操作，能大幅缩短检修工期，降低施工安全风险，属国内先进水平，可在类似工程中推广应用。