1  前言

    柳鋼高爐渣處理系統負責高爐熔渣的冷卻、淬化，分離出的水渣通過皮帶外運、循環利用，沖渣水經凈化、冷卻后循環使用。其中，2號高爐渣處理系統使用INBA法渣處理工藝，3、4、6號高爐渣處理系統使用明特法渣處理工藝，5號爐渣處理系統使用嘉恒法渣處理工藝，處理工藝不同，流程布置上也存在差異。沖制箱是各渣處理工藝的第一個環節，也是最關鍵的流程之一，在沖制箱內，高壓沖渣水將高爐熔渣切割、冷卻、淬化，形成含有大量小顆粒玻璃體水渣的渣水混合物，經后續渣水分離、沖渣水冷卻等工序后回收、循環利用，由于高爐熔渣溫度超過1500 ℃，且含有一定量的S，在與冷卻水接觸過程中，發生化學反應后產生少量的SO2、H2S等酸性物質，易導致沖制箱上部錐段及煙囪部分腐蝕嚴重，影響設備的安全運行和周邊人員、設備安全。本文調查分析各高爐渣處理煙囪的腐蝕情況，可望制定處理措施。

    2  調查與分析

    2.1  渣處理煙囪腐蝕、損壞調查

    本文涉及的高爐渣處理煙囪，包括2號、3號、4號爐渣處理沖制箱煙囪、5號爐渣處理脫水器煙囪和6號爐沖渣溝煙囪，均為鋼結構，沖制箱煙囪位于沖制箱上部。2號爐渣處理煙囪設計直徑3 m，高65 m，與沖制箱之間通過法蘭連接，2012年9月投入使用；3號、4號爐渣處理煙囪設計直徑4 m，高60 m，整體焊接，分別于2008年5月、2008年3月投入使用；5號爐渣處理煙囪設計直徑4 m，高63 m，坐落于脫水器頂部鋼筋混凝土平臺上，2005年3月投入使用；6號爐煙囪坐落于沖渣溝上，設計直徑3 m，高55 m，整體焊接，2005年9月投用。

    （1）2號爐渣處理沖制箱煙囪。2015年8月13日，點檢發現2號爐渣處理北面煙囪與沖制箱錐段連接處有水流出，經進一步檢查發現煙囪標高16 m處法蘭連接部位嚴重腐蝕出現較大穿漏，后經專業檢測，北面煙囪頂部向西面傾斜80 mm，向北面傾斜20 mm，南面煙囪向北面傾斜20 mm，向東面傾斜3 mm。在設計院的指導下，制作了20塊筋板對煙囪直段與錐段連接法蘭進行焊接加固，防止煙囪進一步傾斜，然后取消16 m標高處的法蘭，對整圈進行挖補更換。

    （2）2017年11月28日，檢查2號爐渣處理煙囪發現標高約20 m處腐蝕嚴重，敲擊鐵銹后出現較大孔洞，經局部取樣測量，原來壁厚14 mm的煙囪，目前厚度為3～8 mm，整體減薄量接近一半。后來，在設計院的要求下，對腐蝕嚴重的部位進行挖補修復。

    （3）3號爐沖制箱煙囪。2016年5月，廠部安排外委土建專業隊伍對煙囪壁厚和傾斜度進行了檢測，發現東、西兩根煙囪錐段由原壁厚14mm減薄至8～10mm，煙囪上段由原壁厚14mm減薄至8.5～9mm，腐蝕量達到35%左右，煙囪垂直度方面，兩根煙囪分別存在往東偏40mm、50mm，南北面偏差20mm情況。

    （4）4號爐沖制箱煙囪。2016年4月8日6：00，4號爐渣溝過鐵，部分鐵水進入沖制箱引起爆炸，導致該爐西面沖制箱完全破壞，煙囪倒塌。經檢查，煙囪倒塌的主要原因是沖制箱錐段及煙囪腐蝕嚴重，原厚度為14 mm的煙囪和沖制箱錐段腐蝕后僅剩6～9 mm，鋼材厚度大幅降低，導致其強度明顯下降。4號爐西面沖制箱及煙囪損壞、倒塌后，對沖制箱及煙囪進行了整體更換。新煙囪、沖制箱錐段選用Q345低合金鋼板卷制。

    （5）5號爐渣處理煙囪。5號爐渣處理脫水器煙囪為帶鋼結構固定架煙囪，煙囪下端位于混凝土建筑物框架內，實際煙囪高度較低，經專業檢測，東面煙囪向北偏40 mm，向西偏10 mm，西面煙囪向東偏70 mm，向南偏10 mm，煙囪原壁厚10 mm，現在實測壁厚4.5～5.5 mm，腐蝕較為嚴重。

    （6）6號爐渣處理煙囪。6號爐渣處理煙囪為東西面沖渣溝共用，遠離沖渣溝噴頭，溫度相比其它系統要低得多，煙囪原壁厚14 mm，現在實測壁厚11～13 mm，腐蝕情況較輕，但煙囪高度較低，排放的蒸汽飄至爐頂區域，影響爐頂鋼結構的壽命和設備的運行，于2017年4～5月高爐停爐期間進行了整體更換。

    2.2  分析與討論

    針對各渣處理煙囪腐蝕情況，車間從煙囪結構、煙囪材質及煙囪冷凝水水質等多方面進行了排查和分析。

    （1）煙囪結構。2號爐渣處理煙囪與沖制箱錐段之間通過法蘭連接，法蘭在煙囪內、外部均凸出來，煙囪內部凸臺位置積水、積渣，易導致煙囪腐蝕，第一次發現的嚴重腐蝕部位集中在法蘭上部的現狀也印證了這一判斷。

    （2）煙囪材質。經查閱設計圖紙，原渣處理煙囪鋼材材質為Q235碳素鋼，該號牌的鋼種耐腐蝕性能較差，不適于渣處理現場溫度高、濕度大、腐蝕性雜質多的惡劣環境。2017年12月6日，取2號爐渣處理煙囪腐蝕嚴重區域的鋼板送技術中心分析，在腐蝕穿孔截面樣組織為F（鐵素體）+P（珠光體），未見其它異常組織和明顯的基體腐蝕產物（見圖1）。取表面腐蝕產物用SEM和EDS分析（見圖2），均觀察到S的存在，部分顆粒存在Cl。

    （3）冷凝水水質。2017年12月及2017年1月，車間收取了各渣處理煙囪冷凝水進行水質化驗，主要指標見表1。冷凝水化驗結果表明，2號爐渣處理冷凝水pH值為2.3，非常低，酸性較強，常溫下檢測電導率高達5.66 mS/cm。研究結果[1]表明，水電導率對金屬的腐蝕行為具有影響，無論在靜止水中還是在流動水中都存在臨界電導率，小于臨界電導率時，水電導率對金屬的腐蝕行為影響較小；反之對金屬的腐蝕行為影響較大，Q235鋼的臨界電導率在0.4～4.0 mS/cm，本次檢測電導率結果為5.66 mS/cm，超過了臨界電導率上限值4.00 mS/cm。因此，煙囪冷凝水腐蝕性較強，總鐵含量61.7 mg/L，含量較高，印證了煙囪壁鋼材腐蝕較為嚴重的情況。

    根據凝結水樣檢測和煙囪鋼板質量分析結果，可以得出：2號爐渣處理煙囪為Q235B材質，不耐煙囪內部酸性強、電導率高的凝結水的腐蝕，導致煙囪鋼材腐蝕嚴重。

    3  應對措施及其效果

    3.1  應對措施

    針對2號爐渣處理煙囪腐蝕特別嚴重的現狀，車間根據設計院土建專業的建議，對煙囪進行了局部改造、加固和挖補，取得了較好的效果。

    針對其余各渣處理煙囪的腐蝕隱患，車間申報了固定資產投資項目，對煙囪進行整體更換。新的建設方案：煙囪下部仍使用鋼結構，耐高溫、阻燃性能較好，上到高爐出鐵場雨棚頂部后，轉彎向高爐框架，沿框架敷設，煙囪上部改為玻璃鋼材質，提高耐腐蝕性能。其中，3、4號爐剩余3根煙囪的改造已進入施工階段，目前施工單位正在卷制鋼煙囪，2、5號爐煙囪改造處于項目審批階段。

    3.2  效果與不足

    2號爐渣處理煙囪經過臨時處理，隱患得到了控制，但鋼材本身不耐腐蝕，煙囪傾斜的現狀未得到徹底處理；4號爐渣處理西面沖制箱煙囪在更換時，選用的Q345低合金板材質，耐腐蝕性能仍然不夠好；6號爐渣處理煙囪上部改為玻璃鋼材質并沿高爐框架敷設后，耐腐蝕強度大大提高，煙囪下部承重也明顯降低，效果最好。

    目前，已聯系了部分廠家，在渣處理煙囪區域做耐腐蝕掛片、涂層的測試實驗，檢驗耐腐蝕涂層的性能，若實驗效果好，后續可以在更新改造的煙囪上推廣，通過防腐蝕涂層，提高煙囪鋼材的抗腐蝕性能，延長煙囪使用壽命。

    針對渣處理煙囪工作惡劣環境，可選用耐腐蝕性較強的Q235NH、Q355NH耐候鋼或耐酸鋼材。

    4  結語

    高爐渣處理煙囪工作環境較為惡劣，容易腐蝕，同時靠近高爐本體、熱風爐等生產區域，一旦嚴重腐蝕導致倒塌，將會造成非常嚴重的后果。因此，渣處理煙囪的長期安全、穩定運行顯得特別重要，通過改進煙囪的材質和形式，下部選用耐候鋼材或低合金鋼材，內部涂刷耐腐蝕涂層，上部選用玻璃鋼材質并沿高爐框架敷設至高爐爐頂，能明顯改善煙囪下部的受力和抗腐蝕性能，大大延長煙囪使用壽命。

    5  參考文獻

    [1] 王日義，王洪仁，劉玉梅。水電導率對鋼、銅腐蝕行為的影響（C）。全國水環境腐蝕與防護學術交流會，2001：（77-84）。

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責任編輯：殷鵬飛

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