1  前言

    柳鋼高爐渣處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)高爐熔渣的冷卻、淬化，分離出的水渣通過皮帶外運、循環(huán)利用，沖渣水經(jīng)凈化、冷卻后循環(huán)使用。其中，2號高爐渣處理系統(tǒng)使用INBA法渣處理工藝，3、4、6號高爐渣處理系統(tǒng)使用明特法渣處理工藝，5號爐渣處理系統(tǒng)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(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的流程之一，在沖制箱內(nèi)，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(jīng)后續(xù)渣水分離、沖渣水冷卻等工序后回收、循環(huán)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生少量的SO2、H2S等酸性物質(zhì)，易導(dǎo)致沖制箱上部錐段及煙囪部分腐蝕嚴(yán)重，影響設(shè)備的安全運行和周邊人員、設(shè)備安全。本文調(diào)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(diào)查與分析

    2.1  渣處理煙囪腐蝕、損壞調(diào)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(jié)構(gòu)，沖制箱煙囪位于沖制箱上部。2號爐渣處理煙囪設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(fā)現(xiàn)2號爐渣處理北面煙囪與沖制箱錐段連接處有水流出，經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)煙囪標(biāo)高16 m處法蘭連接部位嚴(yán)重腐蝕出現(xiàn)較大穿漏，后經(jīng)專業(yè)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(shè)計院的指導(dǎo)下，制作了20塊筋板對煙囪直段與錐段連接法蘭進(jìn)行焊接加固，防止煙囪進(jìn)一步傾斜，然后取消16 m標(biāo)高處的法蘭，對整圈進(jìn)行挖補更換。

    （2）2017年11月28日，檢查2號爐渣處理煙囪發(fā)現(xiàn)標(biāo)高約20 m處腐蝕嚴(yán)重，敲擊鐵銹后出現(xiàn)較大孔洞，經(jīng)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(shè)計院的要求下，對腐蝕嚴(yán)重的部位進(jìn)行挖補修復(fù)。

    （3）3號爐沖制箱煙囪。2016年5月，廠部安排外委土建專業(yè)隊伍對煙囪壁厚和傾斜度進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)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(dá)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(jìn)入沖制箱引起爆炸，導(dǎo)致該爐西面沖制箱完全破壞，煙囪倒塌。經(jīng)檢查，煙囪倒塌的主要原因是沖制箱錐段及煙囪腐蝕嚴(yán)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(dǎo)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(jìn)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(jié)構(gòu)固定架煙囪，煙囪下端位于混凝土建筑物框架內(nèi)，實際煙囪高度較低，經(jīng)專業(yè)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(xiàn)在實測壁厚4.5～5.5 mm，腐蝕較為嚴(yán)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(yuǎn)離沖渣溝噴頭，溫度相比其它系統(tǒng)要低得多，煙囪原壁厚14 mm，現(xiàn)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(qū)域，影響爐頂鋼結(jié)構(gòu)的壽命和設(shè)備的運行，于2017年4～5月高爐停爐期間進(jìn)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(jié)構(gòu)、煙囪材質(zhì)及煙囪冷凝水水質(zhì)等多方面進(jìn)行了排查和分析。

    （1）煙囪結(jié)構(gòu)。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(nèi)、外部均凸出來，煙囪內(nèi)部凸臺位置積水、積渣，易導(dǎo)致煙囪腐蝕，第一次發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重腐蝕部位集中在法蘭上部的現(xiàn)狀也印證了這一判斷。

    （2）煙囪材質(zhì)。經(jīng)查閱設(shè)計圖紙，原渣處理煙囪鋼材材質(zhì)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(xiàn)場溫度高、濕度大、腐蝕性雜質(zhì)多的惡劣環(huán)境。2017年12月6日，取2號爐渣處理煙囪腐蝕嚴(yán)重區(qū)域的鋼板送技術(shù)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(chǎn)物（見圖1）。取表面腐蝕產(chǎn)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(zhì)。2017年12月及2017年1月，車間收取了各渣處理煙囪冷凝水進(jìn)行水質(zhì)化驗，主要指標(biāo)見表1。冷凝水化驗結(jié)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(dǎo)率高達(dá)5.66 mS/cm。研究結(jié)果[1]表明，水電導(dǎo)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(dǎo)率，小于臨界電導(dǎo)率時，水電導(dǎo)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(dǎo)率在0.4～4.0 mS/cm，本次檢測電導(dǎo)率結(jié)果為5.66 mS/cm，超過了臨界電導(dǎo)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(yán)重的情況。

    根據(jù)凝結(jié)水樣檢測和煙囪鋼板質(zhì)量分析結(jié)果，可以得出：2號爐渣處理煙囪為Q235B材質(zhì)，不耐煙囪內(nèi)部酸性強、電導(dǎo)率高的凝結(jié)水的腐蝕，導(dǎo)致煙囪鋼材腐蝕嚴(yán)重。

    3  應(yīng)對措施及其效果

    3.1  應(yīng)對措施

    針對2號爐渣處理煙囪腐蝕特別嚴(yán)重的現(xiàn)狀，車間根據(jù)設(shè)計院土建專業(yè)的建議，對煙囪進(jìn)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(chǎn)投資項目，對煙囪進(jìn)行整體更換。新的建設(shè)方案：煙囪下部仍使用鋼結(jié)構(gòu)，耐高溫、阻燃性能較好，上到高爐出鐵場雨棚頂部后，轉(zhuǎn)彎向高爐框架，沿框架敷設(shè)，煙囪上部改為玻璃鋼材質(zhì)，提高耐腐蝕性能。其中，3、4號爐剩余3根煙囪的改造已進(jìn)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(jīng)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(xiàn)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(zhì)，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(zhì)并沿高爐框架敷設(shè)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(lián)系了部分廠家，在渣處理煙囪區(qū)域做耐腐蝕掛片、涂層的測試實驗，檢驗?zāi)透g涂層的性能，若實驗效果好，后續(xù)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(huán)境，可選用耐腐蝕性較強的Q235NH、Q355NH耐候鋼或耐酸鋼材。

    4  結(jié)語

    高爐渣處理煙囪工作環(huán)境較為惡劣，容易腐蝕，同時靠近高爐本體、熱風(fēng)爐等生產(chǎn)區(qū)域，一旦嚴(yán)重腐蝕導(dǎo)致倒塌，將會造成非常嚴(yán)重的后果。因此，渣處理煙囪的長期安全、穩(wěn)定運行顯得特別重要，通過改進(jìn)煙囪的材質(zhì)和形式，下部選用耐候鋼材或低合金鋼材，內(nèi)部涂刷耐腐蝕涂層，上部選用玻璃鋼材質(zhì)并沿高爐框架敷設(shè)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(xiàn)

    [1] 王日義，王洪仁，劉玉梅。水電導(dǎo)率對鋼、銅腐蝕行為的影響（C）。全國水環(huán)境腐蝕與防護(hù)學(xué)術(shù)交流會，2001：（77-84）。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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