中鋼高爐風口冷卻水路與環形管線:基於 0.5″~8″ CNC 冷作彎管與 IH-PBHT 一站化技術之預製工程研究分析 (Research and Analysis of Prefabrication Engineering for CSC Blast Furnace Tuyere Cooling Water Circuits and Bustle Pipes: Based on Integrated 0.5″–8″ CNC Cold Bending and IH-PBHT Technology)

一、鋼鐵工業綠色轉型背景下的高爐運維新範式

在全球追求淨零碳排與環境、社會及治理(ESG)目標的大趨勢下,鋼鐵產業正面臨前所未有的製程轉型壓力。中鋼公司(CSC)已明確訂定二零五零年碳中和目標,並透過設備改造與數位轉型實踐綠色生產 1。在這一脈絡下,高爐(Blast Furnace, BF)大修不再僅是技術作業,更是優化能源效率的關鍵環節。

中鋼三號高爐預計於二零二六年前後進入大修 4,而一號高爐規劃於二零二九年除役以實現產能最適化 5。在這些關鍵時間節點,高爐風口冷卻水路與環形管線的預製工程(Prefabrication Engineering),因直接關聯到冷卻系統的熱交換效率與泵浦能耗,成為評估專業分包商技術實力的核心指標。

潁璋工程作為具備 0.5″ 至 8″ CNC 冷作彎管核心能力的經營者,透過引進 IH-PBHT(感應加熱彎管後熱處理)一站化工法,能從物理與冶金層面徹底解決傳統銲接管線的痛點,為中鋼提供具備高度競爭力的「高爐冷卻系統升級方案」。

 

二、高爐大修工程的技術痛點與冷卻系統之戰略價值

高爐風口區域承受超過一千二百攝氏度的高溫沖刷,冷卻管線若發生流量不足或洩漏,將引發嚴重事故。

2.1傳統管線安裝的結構性侷限

傳統工法採購標準彎頭並在現場銲接,在大修工程的極端壓力下顯現顯著弱點:

痛點維度 傳統現場銲接施工之影響 對高爐營運之潛在風險
施工工期 大量銲縫需在受限空間完成,效率低 延長停產時間,造成鉅額營收損失
品質穩定性 銲縫質量受氣候影響,檢驗(RT/PT)成本高 運行期間銲縫開裂需緊急停爐
流體能耗 彎頭轉向劇烈,產生極大壓力損失 增加泵浦能耗,不符 ESG 節能指標 1
維護成本 銲縫熱影響區(HAZ)易發生敏化 9 縮短管線壽命,增加更換頻率

三、CNC 彎管與 IH-PBHT 一站化處理:冶金與效率的深度整合

潁璋工程提出的核心競爭力在於將 CNC 精密彎管與 IH-PBHT 一站化整合,這不僅是工法的升級,更是品質保證的代名詞。

3.1 冶金性能的根本修復:固溶化處理

對於中鋼常用的奧氏體不銹鋼(如 SUS304L/316L),冷作加工後產生的殘餘應力與位錯會降低材料韌性。IH-PBHT 能在彎管後立即進行精準的熱處理:

  • 固溶化處理(Solution Annealing):將管線加熱至1040°C ~1120°C 後快速冷卻。此過程能重新溶解析出的碳化鉻,消除冷作硬化現象,恢復材料的防銹力與韌性。
  • 消除應力:感應加熱(Induction Heating)能確保熱量從材料內部產生,加熱均勻且速度比傳統爐內加熱快 50% 以上,有效減少熱梯度產生的二次應力。

3.2 供應鏈效率的極大化:縮短關鍵路徑

「一站化處理」意味著管線從 CNC 彎製到熱處理檢驗均在同一廠區完成,具備顯著優勢:

  • 消除物流延遲:無需將成品送往第三方熱處理廠,減少物流損壞風險與行政協調成本。
  • 工期縮短:感應加熱無須預熱爐體,啟動即加熱,單件處理時間從數小時降至數十分鐘。
  • 精準度補償:IH-PBHT 過程中能即時監控溫升對幾何形狀的影響,確保最終成品的公差符合 ASME B31.3 的嚴格要求。

四、流體動力學與能源效率:K 因子的節能邏輯

管線系統的壓力損失是泵浦電耗的主源。CNC 技術允許生產長半徑彎管(3D 或 5D),其 K 因子顯著低於標準彎頭 6

管線元件類型 彎曲半徑 (R/D) 典型 K 因子 相對能耗評估
標準 90 度彎頭 (銲接) 1.0 0.75 100% (基準)
長半徑 (Long Radius) 彎頭 1.5 0.45 60%
3D CNC 彎管 3.0 0.20 27%
5D CNC 彎管 5.0 0.15 20%

將傳統彎頭替換為 5D 彎管,單個轉向處的局部損失可降低約 80% 6。對於擁有數百個轉向點的高爐系統,這能協助中鋼達成 ESG 節能數據目標 1

五、數位化競爭力:QR Code 追溯與智能化管理

潁璋工程應結合「智慧管線履歷」系統,與中鋼的數位工地戰略對接:

  1. 熱處理數據雲端化:利用感應加熱設備的數位記錄功能(IPM 4.0),將每支管線的加熱曲線、恆溫時間與冷卻速率關聯至唯一的 QR Code。
  2. 全生命週期追溯:現場工程師掃描標籤即可查閱材質證明(MTC)、熱處理合格報表及 NDT 檢驗結果。這大幅提升了總承包商(如中機、中宇)在現場驗收與物料管理的效率。

六、結論與提案建議

潁璋工程透過 0.5″~8″ CNC 冷作彎管 結合 IH-PBHT 一站化處理,建立了極高的技術門檻。面對二零二六年的大修週期,建議採取以下行動:

  • 製作一站化樣品:展示經過 IH-PBHT 處理後的不銹鋼剖面,證明晶粒組織的恢復與壁厚控制的精準度。
  • 量化節能與減銲效益:主動提供壓降模擬與 NDT 費用節省報告,將產品定位為「提升高爐生產率與節能性能」的關鍵組件。

這種「核心工法專家」的定位,不僅解決了施工痛點,更將協助中鋼在綠色轉型路徑上走得更穩健。

參考文獻

  1. 永續報告書 – 中鴻鋼鐵股份有限公司, https://www.chsteel.com.tw/csr/ov/pdf/2023ESG.pdf
  2. 中鋼減碳旗艦行動計畫(核定本) 壹 – 行政院, https://www.ey.gov.tw/File/5BD04BC1DF96EE15?A=C
  3. 董事會新聞稿 – 中鋼公司-CSC, https://www.csc.com.tw/csc/cg/boa_17.html
  4. 中鋼明(2026)年第一季條鋼二場歲修35天 – SNN 環宇鋼鐵網, https://www.steelnews.com.tw/news/content?id=166279
  5. 台灣首座高爐功成身退中鋼董事會通過最遲將在2029年首季除役, https://www.knews.com.tw/news/672E24594FE6229F4524A0A6E1710EFF
  6. Pressure Loss from Fittings – Excess Head (K) Method – Neutrium, https://neutrium.net/articles/fluid-flow/pressure-loss-from-fittings-excess-head-k-method/
  7. Fitting Loss Coefficients – Bentley Systems, https://docs.bentley.com/LiveContent/web/Bentley%20HAMMER%20SS6-v1/en/GUID-AE658DC6-1645-4F41-A3C1-BC1BC3531848.html
  8. Knowledge Equals Power Savings when it comes to Pumping Systems, https://www.aceee.org/files/proceedings/2015/data/papers/4-68.pdf
  9. Intergranular corrosion of austenitic stainless steels | Thermal Processing Magazine, https://thermalprocessing.com/intergranular-corrosion-of-austenitic-stainless-steels/
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