高爐冷卻壁位于爐殼及爐襯之間，其功能是保護(hù)爐殼免受高溫的侵蝕，是維護(hù)高爐煉鐵正常生產(chǎn)*的冷卻裝置。高爐冷卻壁有兩種制造工藝：軋制和鑄造，軋制冷卻壁主要用于銅冷卻壁上，其中大部分冷卻壁都由鑄鐵和鑄鋼工藝生產(chǎn)。在鑄造過程中，由于凝固相變差異、內(nèi)外冷卻收縮不均勻等原因產(chǎn)生殘余應(yīng)力。受殘余應(yīng)力的影響，冷卻壁在使用過程中會發(fā)生變形與開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻壁損壞失效，不僅影響高爐長壽，還威脅到高爐安裝和生產(chǎn)。因此需要進(jìn)行消除應(yīng)力處理，一般減少應(yīng)力的方法有：對鑄件進(jìn)行消除應(yīng)力退火，或自然時效，或在安裝冷卻壁時采取4個螺栓固定使其受力均勻減少應(yīng)力集中。
在進(jìn)行消除應(yīng)力處理后，對其進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，采用盲孔法測殘余應(yīng)力，驗證這3種消除應(yīng)力方法的效果，為生產(chǎn)制造安裝類似的高爐冷卻壁提供了實踐經(jīng)驗。
殘余應(yīng)力檢測試件選取
1. 取澆筑成型且處于高爐生產(chǎn)熱強度較高的2塊高爐冷卻壁(第4、5段冷卻壁各1塊)，未經(jīng)任何處理時進(jìn)行*一次測試。
2. 第1次測試完成后，把原試件2塊冷卻壁進(jìn)行退火熱處理，處理后進(jìn)行第二次測試，以便比較試件在消除應(yīng)力退火處理前后的殘余應(yīng)力變化。
3. 第4段冷卻壁安裝完畢后，進(jìn)行第三次殘余應(yīng)力檢測，以便判定裝配過程及方法對殘余應(yīng)力的影響。
4. 取經(jīng)自然時效處理的冷卻壁1塊(該鑄造冷卻壁已放置1年以上)進(jìn)行第四次殘余應(yīng)力檢測，與第4段熱處理前的冷卻壁比較。
5. 選取制造冷卻壁的球墨鑄鐵加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，進(jìn)行釋放系數(shù)及彈性模量的測定。
殘余應(yīng)力檢測方案
按照要求選定好測點，使用殘余應(yīng)力檢測儀測出應(yīng)變值，計算出殘余應(yīng)力。此次試驗采用JHMK殘余應(yīng)力檢測系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK殘余應(yīng)力精密鉆孔裝置組合而成。儀器精度高，測量結(jié)果準(zhǔn)確。
1. 第4段冷卻壁測點布置。考慮冷卻壁的使用條件以及位置對稱關(guān)系，在冷卻壁表面選擇17個測點進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，其中編號1-7為退火消除應(yīng)力前測點，編號8-14為退火消除應(yīng)力后測點，編號15-17為安裝完畢后測定。
2. 第5段冷卻壁測點布置。與第4段冷卻壁一樣，在冷卻壁表面選擇12個測點進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，其中編號1-6為退火消除應(yīng)力前測點，編號7-12為退火消除應(yīng)力后測點。
3. 自然時效冷卻壁測點布置?？紤]高爐冷卻壁的使用條件以及位置對稱關(guān)系，在冷卻壁表面選取8個測點進(jìn)行表面殘余應(yīng)力測試，編號1-8為自然時效處理后測點。
結(jié)論
1. 在消除應(yīng)力退火處理下，冷卻壁的表面殘余應(yīng)力大大下降，下降幅度大約為50%-70%。因此，去應(yīng)力退火可有效地降低冷卻壁變形和開裂的風(fēng)險。
2. 冷卻壁安裝完畢后，檢查冷卻壁熱面(靠近爐內(nèi)面)表面殘余應(yīng)力有下降的趨勢，其原因是由于安裝過程中產(chǎn)生的彎曲壓應(yīng)力抵消了部分殘余拉應(yīng)力。安裝時要確保螺栓預(yù)緊力均勻，避免施焊導(dǎo)致應(yīng)力增大。冷卻壁正面(安裝水管面)由于安裝時產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力使得殘余拉應(yīng)力略有增大的趨勢，但增幅不大，不會造成影響。
3. 對經(jīng)自然時效處理的冷卻壁進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，通過與第5段冷卻壁退火前應(yīng)力水平比較，應(yīng)力水平下降50%-70%左右。下降幅度接近消除應(yīng)力退火熱處理方法，可以達(dá)到相同的效果。所以可采用熱時效來消除高爐的殘余應(yīng)力。
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