使用耐火可塑料延長加熱爐壽命的實踐應用

魏海霞 齊巍 張盼 王建輝

摘要：介紹了耐火可塑料在延長酒鋼不銹鋼熱軋加熱爐使用壽命上的應用及使用效果，并詳細闡述了隱患改進方案的制定、耐火可塑料的特點及施工砌筑注意事項，延長加熱爐爐頂及爐墻使用壽命的同時，可改進爐況、降低能耗、節約維修成本。

Abstract： The application and effects of refractory plastics in extending the service life of Jiugang Stainless Steel hot-rolled heating furnaces are introduced， and the formulation of hidden danger improvement plans， the characteristics of refractory plastics and precautions for construction masonry are explained in detail.? While extending the service life of the furnace roof and furnace wall， it can improve furnace conditions， reduce energy consumption and save maintenance costs.

關鍵詞：耐火可塑料;加熱爐;延長壽命;應用

Key words： refractory plastic;heating furnace;extending life;application

中圖分類號：TG307? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）03-0230-04

0? 引言

酒鋼不銹鋼熱軋加熱爐為三段式步進梁式常規板坯加熱爐，于2002年建成投產，有效爐體尺寸12600×30000mm，爐底強度416kg/m2·h，燃料熱值：（2200±200）×4.18kJ/Nm3。加熱鋼種：不銹鋼，出鋼溫度1150～1300℃，年產能100萬t/a，且一直處于單爐運行模式，連續生產17年未大修。隨著服役周期的延長，爐體耐火材料及配套結構件燒損惡化嚴重，爐頂現大面積可見篩網狀漏火，加熱段南側爐墻連續發生兩次躥火燒穿事故。嚴重影響到加熱爐的運行工況，加熱能力及供熱負荷受隱患限制無法最大能力發揮，個別高溫鋼種開發無法正常進行，并對設備的安全運行和人員的安全操作帶來很大的隱患。

由于熱軋僅有一座加熱爐可供板坯加熱軋制，新建或改建一座加熱爐最短時間10個月，對于煉鋼至冷軋全流程不銹鋼生產線來說，將面臨市場份額和客戶量的嚴重損失，大大制約整個不銹鋼分公司經營發展。在市場競爭白熱化的今天，改善加熱爐使用爐況、延長加熱爐使用壽命，為企業贏得更多的生產時間是每個企業所向往的，所以對現有加熱爐爐體各部位耐火材料使用情況的正確評估、選用性能優良的耐火材料、精湛嚴謹的砌筑施工方法是延長加熱爐使用壽命的理想選擇。

1? 大修方案確定

通過長期對熱軋加熱爐各段爐頂部位及爐墻外表溫度監測數據跟蹤，以及上一年小修停爐時對爐內各部位耐火材料脫落及裂縫程度、各段爐墻變形程度、爐皮變形量、爐頂1000多個錨固磚吊掛點錨固件、吊掛圓光管、小H型鋼等鋼結構進行檢測評估后，對重點部位大修方案進行了技術確認，優化施工量的基礎上用最短的施工時間完成熱軋加熱爐劣化傾向改善。

①爐墻部位。

加熱爐南側爐墻預熱段、加熱段交界膨脹縫前后各2米可塑料及保溫材料拆除重新砌筑，該區域爐皮及金屬、非金屬錨固件、止退件全部更換，如圖1所示。

②爐頂部位。

加熱爐爐頂可塑料除煙道平頂部位以外全部拆除重建（包括加熱段爐頂端燒嘴燒嘴磚）;耐材相關金屬錨固件全部更換，爐頂吊掛磚全部更換，圓光管、C型卡更換1/3（對燒損部分進行更換），小H型鋼主鋼結構全部利舊;配套更換爐頂所有平焰燒嘴磚及軸向調焰燒嘴磚。

③對爐墻與爐頂接縫方式進行技術改造，消除躥火因素。

2? 優選耐火可塑料概述

耐火可塑料是不定形耐火材料中的一種，是由一定級配的耐火骨料、黏土細粉、水及化學結合劑按照一定比例經過充分混煉而成的泥坯狀或泥團狀的據有一定粘性和可塑性的耐火材料，以搗打、震動或噴涂方法進行施工。[1]在貯存一定時間后仍具有良好的可塑性，具有耐熱溫度高、高溫強度高、抗熱震性、熱導率小、抗剝落性、抗渣侵蝕性強、施工方便、烘爐時間短等優點。

熱軋加熱爐跨度較寬，加熱強度及小時熱負荷較高，鋼種加熱工藝差異化分類多，生產組織隨產品結構變化較多，升降溫頻繁，一旦耐材強度達不到要求或施工過程出現問題，將造成耐材剝落甚至爐頂坍塌，對安全及生產經營帶來不可估量的損失。尤其是在爐體耐材不完全拆除的基礎上進行劣化修復，選擇一種高溫性能好、高溫狀態下“拉”、“壓”內應力小、可吸納爐襯膨脹變形的耐火可塑料及較優的施工方案，對加熱爐使用壽命的延長至關重要。

耐火可塑料是熱軋加熱爐爐墻爐頂工作襯新建、大修及局部修復的最佳材料，理化性能指標見表1。

3? 爐體劣化原理分析及改進措施

3.1 爐皮燒損、爐墻變形

停爐拆除過程中，發現爐皮燒損部位集中在側墻燒嘴磚上半周以上呈散射狀蔓延至與爐頂接縫位置，燒損部位內襯硅鈣板已全部損毀，周圍未燒損部位爐皮已嚴重變形，與爐墻耐材之間形成空洞層，爐皮拉鉤等金屬件已完全氧化燒損，錨固磚斷裂，導致爐墻絕熱能力降低變形，爐頂與爐墻退臺粘土磚全部松動，個別脫落。通過分析，該加熱爐爐墻與爐頂接縫處砌筑的粘土磚退臺（如圖2），隨著加熱爐使用年限的增加和使用過程中升降溫時耐火材料收縮膨脹，退臺不跟隨爐墻耐火材料的膨脹和收縮移動致使退臺與爐墻之間產生一條直縫，與原爐頂爐墻之間的膨脹縫接通從而形成一條爐內直通爐皮的一條直縫（如圖3），隨著時間推移這條直縫還有不斷擴大（如圖4），燒嘴燃燒過程中，高溫爐氣通過這條縫不斷進入爐墻侵蝕保溫層，造成爐皮溫度升高，爐皮逐漸變形，爐皮與保溫層之間局部產生大的間隙導致錨固系統失去作用，進而促使附近工作層變形，附近工作層膨脹縫變大，在爐墻形成內外高溫爐氣循環通道，躥火現象由此產生，加速了高溫爐氣對保溫層的燒損（如圖5）和沖刷，保溫層坍塌形成縫隙，高溫爐氣直接接觸爐皮，最終造成爐皮大面積燒損。

針對該問題，利用爐頂拆除重建的機會，對爐頂與爐墻的接縫處退臺結構進行改造，將上下通縫改造為“L”型迷宮縫（如圖6），使退臺與爐墻一體化，加熱爐運行過程中爐墻和爐頂之間的脹縫即使變大，躥火的可能性也為零，高溫爐氣不會竄入爐墻保溫層，進而保溫層耐火材料也不會被燒損，達到提高爐墻使用壽命的目的。

3.2 爐頂篩網狀漏火及散熱損失嚴重

由于該加熱爐已連續運行17年未進行耐材大修，爐頂耐火材料熱穩定性變差，高溫強度降低，部分吊掛件燒損、大部分熱變形彎曲，爐頂耐火材料輕微下撓，耐材熱裂紋嚴重，局部出現輕微塌陷，高溫時爐頂可見篩網狀漏火，爐頂局部溫度達到230℃以上。止退件、圓光管等均出現局部燒損，如圖7、圖8所示。

4? 砌筑方法及施工要求

4.1 爐墻局部修補砌筑施工

由于爐墻只進行局部拆除砌筑，一方面必須保證所有已損壞金屬錨固件、耐火錨固磚及躥火導致損壞的保溫層、耐火層全部進行更換，另一方面必須避免新舊可塑料接縫粘合不好造成爐墻整體強度及密封性變差，砌筑主要采取以下步驟進行：①以就近膨脹縫為拆除單元，結合爐皮燒損變形情況及對應部位耐材逐步拆除確認的方法，對燒損變形的爐皮更換范圍進行確認;②爐皮拆除后對拆除接茬相鄰部位耐火層及錨固件、錨固磚進行完好性評估，并進行重新打毛處理;③畫線定位焊接錨固套筒和拉模用螺母;④按照改造設計的“L”型迷宮縫，使用可塑料代替原來的耐火磚退臺，并與爐墻一體化砌筑;⑤可塑料采取拉模搗打施工（如圖9），可塑料擺坯方式、支模、砌筑順序及走錘方式嚴格按照搗打圖紙進行（如圖10），走錘方向呈嚴格的“V”字型，半個錘頭壓半個錘頭，搗打后表面呈現一個個規律的錘印;⑥搗打結束后，依次拆模、刮毛、扎透氣孔、切膨脹縫。

4.2 爐頂砌筑施工

由于該加熱爐跨度較寬，爐頂耐火材料砌筑強度將直接導致點火生產后透火或燒穿等，影響加熱爐使用壽命。采取預加載荷、拉模施工的施工工藝可保證爐頂鋼結構的變形與爐襯的變形基本同步，避免拆模后鋼結構發生較大的撓度變化而導致爐襯受力不均乃至斷裂。[2]砌筑主要采取以下步驟進行：①砌筑前，對爐頂吊光管、小工字梁等吊掛金屬件進行劣化檢查更換;②吊掛錨固磚（如圖12）;③爐頂支模及可塑料搗打：按圖11所示1、2、3、4依次進行施工，爐頂軸向燒嘴磚一體化搗打成型，如圖13所示;④搗打結束后，依次拆模、刮毛、扎透氣孔、切膨脹縫。

4.3 施工注意事項

①搗打完的可塑料表面要刮成粗糙面，搗打間歇時間，盡量把接縫留在兩排錨固磚中心線處，并用塑料布將搗打料進行覆蓋，以免干燥過快;搗打面過于干燥時，必須用噴壺噴霧狀水進行濕潤。[3]

②為便于烘爐時脫水，以150～230mm的間距在內表面扎上通汽孔，直徑約4～6mm，深度為搗打料總厚度的1/2～1/3。

③膨脹縫用專門的切刀切割，每隔1500mm切割一道，深度約50～60mm。

④爐頂砌筑時，“合門”位置選擇較關鍵，要避免障礙過多，“合門”寬度不應大于600mm，且要逐漸搗打成漏斗狀，逐漸縮口，分層鋪料，分層搗實。[4]

⑤可塑料為氣、熱硬性耐火材料，且該加熱爐為部分拆除修復，正常使用時熱負荷較高，800℃以前加熱速度應？燮30℃/h，800℃以后烘爐加熱速度？燮50℃/h，并設置一定的保溫段，保證爐體耐火材料足夠的透熱時間。

5? 綜述及實施效果

耐火可塑料具有耐熱溫度高、高溫強度高、抗熱震性、熱導率小、抗剝落性、抗渣侵蝕性強、施工方便、烘爐時間短等優點，已在國內外成熟應用，在改善爐況、延長加熱爐使用壽命方面尤其效果顯著，但由于施工方案、耐材選型及砌筑等環節存在的漏洞，爐頂坍塌、冒火等事故時有發生。在本次加熱爐大修過程中，重點抓住拆除方案制定、金屬錨固件材質、耐火材料的選型及可塑料砌筑等關鍵環節，并對爐頂與爐墻砌筑存在的不合理性進行了技術改進，同時對工期和質量進行了嚴格的審核和控制，取得了顯著的成效。

①酒鋼不銹鋼加熱爐大修后，經過近1年的運行，爐況得到明顯改善，爐膛最高溫度由1290℃提高至1310℃左右，316Li超純凈抗電磁屏蔽奧氏體不銹鋼、2507雙相不銹鋼等加熱工藝得以成功實現。

②爐頂冒火、爐皮局部高溫、躥火等全部消失，爐頂平均溫度由檢修前237℃下降至158℃;爐墻局部溫度由288℃全部降低至176℃;且改造后加熱爐爐體散熱損失下降約8%左右，節能效果顯著。

③本次大修改造后，加熱爐使用壽命至少可延長至25年，且后續年節約檢修時間最少120小時，節約檢修成本（包括備件材料費用、人工及能源消耗費用等）約65萬元/年。

參考文獻：

[1]張巍.不定形耐火材料之可塑料的研究進展[J].硅酸鹽通報，2012（4）：316-320.

[2]于書偉，王波，王濤.加熱爐爐頂耐火可塑料的施工[J].耐火材料，2011（3）：231-232.

[3]鋼鐵廠工業爐設計資料.

[4]劉文萍，李會朝，王云，鄭偉.可塑料耐材在熱軋加熱爐上的應用[J].河南科技，2013.