铜冷却壁产品技术发展环境分析

第一节 铜冷却壁产品基本生产技术、工艺或流程 

铜冷却壁通常使用纯铜制造，其制造工艺主要有以下3种：轧制铜板坯钻孔冷却壁、使用芯棒的连铸冷却壁和埋铜管、铜合金管和钢管的铸铜冷却壁。轧制铜冷却壁是在轧制铜板坯中用深冲钻钻孔成型冷却水通道，然后焊上钢管而成。其材质强度更高、更致密、导热性更好，但加工费用较高。此法使用最广，工艺也最成熟。连铸冷却壁是在连铸时直接铸造成型冷却水通道。因这种铜冷却壁未经轧制，致密性较差，所以其导热系数较钻孔铜冷却壁低。这种冷却壁表面易出现折皱，影响表面质量。铸铜冷却壁是将冷却水管铸入铸铜冷却壁本体中。这种方法可以降低制造成本，其导热性比前两种方法要差，但能满足生产要求。

2O世纪7O年代末期，德国GHH公司和蒂森公司合作率先在高炉上应用了铜冷却壁，取得了令人满意的效果。高炉铜冷却壁具有高导热、抗热震、耐高热流冲击和长寿命等优越性能，越来越多地应用于国内外大型高炉的关键部位，为高炉高效长寿起到了重要的作用。

我国对铜冷却壁的 研究 始于20世纪90年代中期。广东汕头华兴冶金备件有限公司和首钢合作，于2000年1月设计研制出2块铜冷却壁，并安装在首钢2号高炉(1726m。)上试用，取得了显著的应用效果。2002年3月首钢2号高炉技术改造中，应用了该公司提供的12O块铜冷却壁，这是我国高炉正式使用国产铜冷却壁，标志着铜冷却壁技术已经完全实现国产化。据不完全统计，目前我国已有2O余座大型高炉采用了国产铜冷却壁。

采用铜冷却壁的技术原理是依靠铜冷却壁优异的导热性、抗热震性和耐高热流冲击性，在其热面能够形成比较稳定的保护性渣皮。即使渣皮瞬间脱落，也能在其热面迅速地形成新的渣皮保护冷却壁，这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。实践证实，铜冷却壁是一种无过热冷却器，使用寿命可以达到20～30年。铜冷却壁在首钢、武钢、本钢、马钢、攀钢、湘钢等企业的大型高炉上已经得到了应用。

目前，我国已经研制出多种不同形式的铜冷却壁，有轧制铜板钻孔铜冷却壁、铜管铸造铜冷却壁、Ni—Cu合金管铸造铜冷却壁、铸造坯锻压钻孔铜冷却壁和连铸铜冷却壁等。轧制铜板钻孔铜冷却壁由于结构致密、组织缺陷少、冷却效率高，其应用范围最为广泛。

第二节 铜冷却壁产品新技术研发、应用情况

高炉换衬需要巨大的投资，因此应该通过开发新技术、新装置来延长高炉的寿命。铜冷却壁技术就是为此开发的新技术之一。新日铁公司开发并应用了一种新型铜冷却壁，该冷却壁的冷却效果与传统的铜冷却壁相同，但生产成本却大大下降了。

新日铁新型铜冷却壁的技术特征∶

采用新的铸造技术，将一根钢管扦入铜铸件中，实现了铜冷却壁使用上的安全可靠，同时使制造成本大幅降低。这种铸造技术的开发是基于铸铁冷却壁的制造经验，新日铁公司在制造铸铁冷却壁方面有40余年的经验。

在厚铜板中扦入钢管的新型铜冷却壁具有以下特点：

1、较高的冷却能力。高纯铜的铸件可以确保其冷却能力与传统的铜冷却壁相同；

2、使用安全可靠。在铜铸件中扦入钢管，取消了形成水槽的铜焊接，避免了冷却水的渗漏；

3、设计灵活性更大。通过铜铸件的制造和在其中扦入钢管，使冷却壁的设计灵活性远高于传统的铜冷却壁，特别是在冷却壁的形状和水槽的排列方面；

4、制造工艺简单，制造成本低。

利用电子探针显微 分析 议对扦入的钢管与铜冷却壁之间焊缝的金相结构进行了 分析 。 分析 结果清楚地表明，钢管与铜之间熔接性很好，在焊缝处相互扩散。此外，通过抗拉强度试验证明，焊缝处强度非常高，甚至高于铜本身。因此，证明在高炉运行过程中焊缝不会断裂。目前，世界上已有5座高炉采用了新日铁制造的这种新型铜冷却壁，而且使用效果非常好。

第三节 铜冷却壁产品技术开发热点、难点 分析

铜冷却壁是高炉长寿的关键技术之一，铜冷却壁的应用使高炉在不中修的条件下，寿命达到15～20年成为可能。铜冷却壁应使用在高炉热负荷最大的区域，即炉腹、炉腰和炉身下部，该区域是高炉异常破损严重且造成高炉短寿的关键部位，在此区域使用铜冷却壁对于延长高炉寿命具有重要作用。此外，在高炉炉缸(特别是铁口区)使用铜冷却壁也将会取得良好的应用效果。进一步优化铜冷却壁结构，降低造价是我国铜冷却壁技术发展的重要课题。

第四节 铜冷却壁产品未来技术发展趋势

轧制铜冷却壁应用广泛。虽然应用于高炉的铜冷却壁有不少采用连铸工艺制造，但由于存在晶粒粗大的铸造组织，易产生缩孔和疏松缺陷，致密性差，表面还存在微裂纹，而且存在铸造应力，而轧制铜冷却壁金相组织均匀、晶粒细小致密，无内应力，因此得到了愈来愈广泛的应用。

长圆孔铜冷却壁发展迅猛。以30 mm×85 mm的长圆孔铜冷却壁与Ø55 mm的圆孔铜冷却壁进行比较，长圆孔铜冷却壁冷却面积增加18．1％，冷却水流速相同的情况下其冷却能力大大增强，同样的冷却强度下其水量可大幅减少；同时冷却壁总厚度可减少25 mm，可大大降低冷却壁成本，对扩大高炉炉容也是非常有利的。

铜冷却壁凹槽深度大大减小。为了保证镶砖质量，早期的高炉铜冷却壁凹槽深度设计尺寸大。实践证明，铜冷却壁热面耐材的耐久能力及质量并不重要，只是在开炉期间，这些耐火材料对铜冷却壁有保护作用，当耐材侵蚀后完全靠铜冷却壁的高导热能力使其壁面形成低温，快速形成稳定的渣皮来保证铜冷却壁的正常使用，因此，在铜冷却壁上砌很厚或优质耐火材料是不必要的，减少铜冷却壁凹槽深度以降低其制造成本已是大势所趋。

高炉应用铜冷却壁技术必须加强水系统管理。冷却水水质及稳定性对冷却设备的传热效果及高炉长寿起着重要的作用。由于铸铁冷却壁要求水质的含氧量低，一般采用软水或纯水密闭循环冷却技术，因此当一个冷却系统中有铸铁冷却壁、铜冷却壁两种以上冷却没备时，必须设置热力除氧装置处理补充水，并采刚氮气加压技术提高冷却水的沸点。同时，在高炉上应用铜冷却壁技术，冷却水水速必须大于1．5m／s，并控制好水的硬度，避免产生硬质垢，还需定期进行杀菌灭藻，以保证不会因微生物大量繁殖而在冷却通道内形成生物粘泥，影响铜冷却壁的传热效率。此外，由于铜冷却壁安装在炉腹、炉腰、炉身下部位置，而炉身中上部及炉缸部位采用铸铁冷却壁，为保证铸铁冷却壁的安全和避免冷却系统复杂化，大都采用同一套软水或纯水密闭循环冷却系统。


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