高炉铁水制造满足了全球70%的钢铁生产需求，但其高温、高负荷的工况对冷却设备提出了极高的要求。铜冷却壁因导热性能优异，成为高炉冷却系统的核心部件。然而，腐蚀、热疲劳和磨损导致的铜冷却壁过早失效，不仅严重影响生产效率，还对设备维护和运行安全造成巨大挑战。
尽管已有研究关注铜冷却壁的失效问题，但多集中在肋部区域的磨损与腐蚀机制上。对负载细粉堆积和热气流对非肋部区域协同作用的研究较少，缺乏系统的失效机制分析。此外，对于失效预防技术和材料改进的研究尚不完善。
最近，印度塔塔钢铁公司的Nandita Kayal博士及其团队，通过系统的现场观测与实验分析，对铜冷却壁过早失效的成因进行了深入探讨。研究发现，铜冷却壁非肋部区域的穿孔主要由负载细粉堆积与热气流协同作用导致。团队通过显微结构分析、热力学模型与厚度剖面测量，提出了一套完整的失效机制解释，并推荐了以耐磨材料替代和保护涂层技术为核心的改进方案。
相关研究成果以“Metallurgical Insight of Premature Failure of a Blast Furnace Copper Stave”为题目发表于Ironmaking & Steelmaking 2024年第51卷第10期。论文作者为：Nandita Kayal*, Manashi Adhikary, K. Ramakrishna Rao, Subhashish Kundu, Anup Kumar。
研究结果和结论:
失效机制：非肋部区域的铜冷却壁因热气流与负载细粉堆积导致厚度减薄，并最终穿孔；
磨损率：肋部磨损率为18%，非肋部为9%，但由于非肋部初始厚度更低，穿孔发生在非肋部；
材料改进：建议使用球墨铸铁替代铜冷却壁材料，或通过涂覆保护层提高耐磨性能；
设计优化：提出在冷却壁表面插入砖块，以减少热气流和细粉直接接触；
监测技术：推荐通过超声波厚度检测实现早期失效预警，有效减少工艺延误和安全隐患。
该论文中共有图片20张、表格5个，部分图片和表格如下：
图1. 不同区域温度分布及相关反应机理
图7. (a) 新板条示意图；(b) 图中肋条尺寸；(c, d) 正在分析的板条尺寸。
图15. (a) 冷却壁外表面良好通道的微观结构；(b) 核心处的微观结构。
图 20穿孔机制
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