1 前言

柳钢高炉渣处理系统承担着高炉熔渣的冷却与淬化工作。分离出来的水渣借助皮带运出并进行循环利用，冲渣水经过净化和冷却后可循环使用。在这些系统中，2 号高炉渣处理系统采用 INBA 法渣处理工艺，3 号、4 号和 6 号高炉渣处理系统采用明特法渣处理工艺，5 号炉渣处理系统采用嘉恒法渣处理工艺。由于处理工艺各不相同，所以在流程布置上也存在差别。冲制箱是各渣处理工艺的首个环节，也是关键流程之一。在冲制箱内，高压冲渣水会对高炉熔渣进行切割、冷却和淬化，从而形成含有大量小颗粒玻璃体水渣的渣水混合物。经过后续的渣水分离、冲渣水冷却等工序后，这些渣水混合物可以被回收和循环利用。因为高炉熔渣的温度超过 1500℃，并且含有一定量的 S，在与冷却水接触的过程中，会发生化学反应，产生少量的 SO2、H2S 等酸性物质。这些酸性物质容易导致冲制箱上部锥段及烟囱部分腐蚀严重，进而影响设备的安全运行以及周边人员和设备的安全。本文调查分析各高炉渣处理烟囱的腐蚀情况，可望制定处理措施。

2 调查与分析

2.1 渣处理烟囱腐蚀、损坏调查

本文涉及的高炉渣处理烟囱有 2 号、3 号、4 号炉渣处理冲制箱烟囱，还有 5 号炉渣处理脱水器烟囱以及 6 号炉冲渣沟烟囱，这些烟囱均为钢结构，其中冲制箱烟囱处在冲制箱的上部。2 号炉渣处理烟囱，其设计直径为 3 米，高度是 65 米，通过法兰与冲制箱相连接，在 2012 年 9 月开始投入使用；3 号炉渣处理烟囱，设计直径 4 米，高度 60 米，是整体焊接的，于 2008 年 5 月投入使用；4 号炉渣处理烟囱，设计直径 4 米，高度 60 米，也是整体焊接的，在 2008 年 3 月投入使用；5 号炉渣处理烟囱，设计直径 4 米，高度 63 米，坐落于脱水器顶部的钢筋混凝土平台上，于 2005 年 3 月投入使用；6 号炉烟囱，坐落于冲渣沟上，设计直径 3 米，高度 55 米，是整体焊接的，在 2005 年 9 月投入使用。

2 号炉渣处理有一个冲制箱烟囱。在 2015 年 8 月 13 日，点检人员发现 2 号炉渣处理的北面烟囱与冲制箱锥段的连接处有水流出。接着进一步检查后得知，烟囱标高 16 米处的法兰连接部位严重腐蚀，出现了较大的穿漏情况。之后经过专业检测，北面烟囱顶部向西面倾斜 80 毫米，向北面倾斜 20 毫米，而南面烟囱向北面倾斜 20 毫米，向东面倾斜 3 毫米。在设计院的指导下，制作了 20 块筋板，用这些筋板对烟囱直段与锥段连接的法兰进行焊接加固，目的是防止烟囱进一步倾斜。接着，取消了 16m 标高处的法兰，并且对整圈进行了挖补更换。

2017 年 11 月 28 日，检查 2 号炉渣处理烟囱时发现，在标高约 20 米的位置腐蚀情况较为严重。敲击铁锈后，出现了较大的孔洞。经过局部取样测量得知，原本壁厚为 14 毫米的烟囱，当前的厚度在 3 至 8 毫米之间，整体的减薄量已接近一半。之后，应设计院的要求，对腐蚀严重的部位进行了挖补修复。

（3）3号炉冲制箱烟囱。2016 年 5 月，厂部安排外委土建专业队伍对烟囱的壁厚和倾斜度进行检测。检测发现，东、西两根烟囱的锥段，其原壁厚为 14mm，现已减薄至 8～10mm；烟囱上段的原壁厚为 14mm，现已减薄至 8.5～9mm，腐蚀量约为 35%。在烟囱垂直度方面，两根烟囱分别存在往东偏 40mm 和 50mm 的情况，南北面偏差为 20mm。

4 号炉有冲制箱烟囱。在 2016 年 4 月 8 日 6 点时，4 号炉渣沟过铁，部分铁水进入冲制箱进而引发爆炸，使得该炉西面的冲制箱完全被破坏，烟囱也倒塌了。经检查发现，烟囱倒塌的主要原因在于冲制箱锥段以及烟囱腐蚀情况严重，原本厚度为 14 毫米的烟囱和冲制箱锥段，在腐蚀之后仅剩下 6 至 9 毫米，钢材的厚度大幅减少，从而致使其强度明显下降。4 号炉西面的冲制箱以及烟囱损坏并且倒塌之后，对冲制箱和烟囱实施了整体的更换。新的烟囱以及冲制箱的锥段选用了 Q345 这种低合金钢板进行卷制。

可见腐蚀较为严重。

6 号炉渣处理烟囱东西面共用冲渣沟。它远离冲渣沟喷头，温度比其他系统低很多。烟囱原壁厚 14 毫米，现在实测壁厚在 11 至 13 毫米之间，腐蚀情况较轻。但烟囱高度较低，排放的蒸汽会飘到炉顶区域，影响炉顶钢结构的寿命和设备的运行。在 2017 年 4 至 5 月高炉停炉期间，对其进行了整体更换。

2.2 分析与讨论

车间针对各渣处理烟囱的腐蚀情况，从烟囱的结构方面进行了排查和分析；从烟囱的材质方面进行了排查和分析；从烟囱冷凝水的水质方面进行了排查和分析。

2 号炉渣处理烟囱与冲制箱锥段通过法兰连接。法兰在烟囱内、外部都凸出来。烟囱内部凸台位置会积水、积渣。这容易导致烟囱腐蚀。第一次发现严重腐蚀部位集中在法兰上部的现状也能印证这一判断。

查阅设计图纸后可知，原渣处理烟囱的钢材材质为 Q235 碳素钢。这种钢种的耐腐蚀性能不佳，不太适合渣处理现场那种温度高、湿度大且腐蚀性杂质多的恶劣环境。2017 年 12 月 6 日，将 2 号炉渣处理烟囱腐蚀严重区域的钢板取出，送往技术中心进行分析。在腐蚀穿孔截面的样组织中，有 F（铁素体）和 P（珠光体），未发现其他异常组织以及明显的基体腐蚀产物（见图 1）。取出表面的腐蚀产物，用 SEM 和 EDS 进行分析（见图 2），均观察到了 S 的存在，部分颗粒中存在 Cl。

2017 年 12 月和 2017 年 1 月，车间收取了各渣处理烟囱的冷凝水并进行水质化验。主要指标列于表 1。化验结果显示，2 号炉渣处理的冷凝水 pH 值为 2.3，这个值非常低，酸性较强，在常温下检测其电导率高达 5.66 mS/cm。研究结果表明，水电导率对金属的腐蚀行为有影响。在静止水和流动水中都有临界电导率。当水电导率小于临界电导率时，对金属腐蚀行为影响较小；当水电导率大于临界电导率时，对金属腐蚀行为影响较大。Q235 钢的临界电导率在 0.4 ～ 4.0 mS/cm，本次检测的电导率结果为 5.66 mS/cm，超过了临界电导率的上限值 4.00 mS/cm。烟囱冷凝水的腐蚀性比较强。其总铁含量为 61.7mg/L，这个含量是比较高的。这也印证了烟囱壁钢材腐蚀情况较为严重。

凝结水样检测结果显示，烟囱内部凝结水酸性强且电导率高。烟囱钢板质量分析表明，2 号炉渣处理烟囱的材质为 Q235B。这种材质不耐烟囱内部凝结水的腐蚀，所以导致烟囱钢材腐蚀严重。

3 应对措施及其效果

3.1 应对措施

2 号炉渣处理烟囱的腐蚀情况极为严重。车间依据设计院土建专业所提出的建议，对烟囱实施了局部改造工作，同时进行了加固处理以及挖补操作，最终取得了较为良好的效果。

针对其余各渣处理烟囱存在的腐蚀隐患，车间申报了固定资产投资项目，目的是对烟囱进行整体更换。新的建设方案如下：烟囱的下部依然使用钢结构，这种钢结构具备耐高温且阻燃性能较好的特点；从高炉出铁场雨棚顶部往上，然后转弯朝向高炉框架，并沿着框架进行敷设；而烟囱的上部则改为玻璃钢材质，以此来提高耐腐蚀性能。其中，3 号炉剩余 3 根烟囱的改造已开始施工，目前施工单位正在制作钢烟囱；4 号炉剩余 3 根烟囱的改造也已进入施工阶段，同样施工单位正在进行钢烟囱的制作。另外，2 号炉烟囱改造处于项目审批过程中，5 号炉烟囱改造也处于项目审批阶段。

3.2 效果与不足

2 号炉渣处理烟囱进行了临时处理，这样隐患就被控制住了。然而，钢材本身不耐腐蚀，烟囱倾斜的现状并未得到彻底解决。4 号炉渣处理西面冲制箱烟囱在更换时，选用了 Q345 低合金板材质，但这种材质的耐腐蚀性能依然不够好。6 号炉渣处理烟囱上部改为玻璃钢材质并沿高炉框架敷设，之后其耐腐蚀强度大幅提高，同时烟囱下部承重也明显降低，效果最为显著。

目前已联系部分厂家，在渣处理烟囱区域开展耐腐蚀挂片和涂层的测试实验。目的是检验耐腐蚀涂层的性能。如果实验效果良好，后续能够在更新改造的烟囱上进行推广。通过使用防腐蚀涂层，可以提高烟囱钢材的抗腐蚀性能，进而延长烟囱的使用寿命。

针对渣处理烟囱所处的恶劣环境，能够选用具有较强耐腐蚀性的材料，比如耐候钢或者耐酸钢材。

4 结语

高炉渣处理烟囱的工作环境不好，容易被腐蚀。它靠近高炉本体和热风炉等生产区域。如果严重腐蚀导致倒塌，就会带来很严重的后果。因此，渣处理烟囱长期安全且稳定地运行是特别重要的。通过对烟囱的材质和形式进行改进，下部选用耐候钢材或者低合金钢材，在内部涂刷耐腐蚀涂层，上部选用玻璃钢材质并沿着高炉框架敷设到高炉炉顶，这样就能够明显地改善烟囱下部的受力情况以及抗腐蚀性能，从而大大延长烟囱的使用寿命。

5 参考文献

王日义、王洪仁以及刘玉梅。全国水环境腐蚀与防护学术交流会于 2001 年召开，会上探讨了水电导率对钢、铜腐蚀行为的影响，相关内容在该会议资料中位于（77 - 84）页。

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