熱風爐大中修后波紋補償器損壞原因調(diào)查

王 磊

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

熱風爐熱風管道是高溫高壓管道，包括熱風總管、熱風支管(即熱風出口短節(jié))、熱風環(huán)管等，熱風管道在使用過程中受力情況較為復雜，有溫差應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和盲板力等，因此在熱風管道的適當位置都安裝有適量的波紋補償器。波紋補償器的主要作用就是吸收熱風管道因溫度和壓力變化而引起的膨脹和收縮，進行位移補償，還具有減震、抗沖擊的性能，保證熱風管道結(jié)構(gòu)的安全。馬鋼4080 m高爐配置有4座新日鐵外燃式熱風爐，每座熱風爐通過熱風短管與熱風總管連接，短管上設(shè)置有波紋補償器。2017年12月，馬鋼煉鐵總廠A號4080 m高爐正式進行停爐中修。本次中修對熱風爐系統(tǒng)熱風圍管三叉口至熱風總管尾部耐材及與四座熱風爐之間波紋管補償器耐材進行了更換。2018年元月10日高爐復產(chǎn)后一個月內(nèi)，1、2、3熱風爐波紋補償器相繼出現(xiàn)法蘭面跑風、波紋管發(fā)紅變形等現(xiàn)象。盡管采取了加氣加水冷卻、補焊和打抱箍灌漿密封等措施，但還是極大地制約了熱風爐的供風能力。為了解決這個難題，于2018年7月至9月，在高爐正常生產(chǎn)情況下，根據(jù)波紋管受損程度，依次對2、3、1熱風爐波紋補償器進行了更換。本文以1#熱風爐波紋補償器更換下來后的拆解研究為例，分析了熱風爐大中修后波紋補償器損壞的原因。

1 波紋管拆除檢查

1.1 波紋補償器溫度趨勢

2018年4月8日檢查發(fā)現(xiàn)A爐1#熱風支管波紋管(靠燃燒室側(cè))溫度近300 ℃，架設(shè)風管冷卻至210 ℃左右，后期再次出現(xiàn)上升，溫度超250 ℃以上且范圍擴大，加風管冷卻無法控制，5月30 日加霧化水冷卻，控制溫度在200 ℃以內(nèi)。7月6日該波紋管(靠熱風閥側(cè))溫度高達275 ℃左右，架風管冷卻至200 ℃左右。9月5日該波紋管進行更換。

1.2 更換作業(yè)

更換時發(fā)現(xiàn)新?lián)Q上的波紋管與熱風出口的短管中心位置有較大偏差，波紋管往南偏移80-100 mm。

1.3 拆除前檢查情況

1.3.1 外部檢查情況

從波紋管靠燃燒室側(cè)端面觀察，可以明顯看見波紋管內(nèi)部三道較大環(huán)縫，其中1、3縫各距端面3塊磚的位置，對應(yīng)外部為波紋的中間位置；2縫為設(shè)計預留膨脹縫，內(nèi)部充填的纖維棉。端面上部第二和第三層輕質(zhì)磚之間有較大縫隙(見下圖1)。波紋管有兩根小拉桿有變形(見下圖2)。

從波紋管靠熱風閥側(cè)端面觀察，端面情況良好。

1.3.2 內(nèi)部檢查情況

在上圖1號縫位置的頂部和底部，40 cm長的焊條可以全部插入，證明此處縫隙已貫穿全部三層耐火磚層，而此位置也是1熱風爐波紋管最先溫度高的位置，和使用情況可以對應(yīng)。

圖1 波紋管燃燒室側(cè)端面示意圖 圖2 波紋管側(cè)面示意圖

1號縫頂部有明顯的經(jīng)長時間熱風吹過留下的黑色的炭化痕跡。

2號縫為砌筑時所預留的膨脹縫，內(nèi)部纖維棉保存完整，沒有被熱風吹過氧化發(fā)黃發(fā)硬的痕跡，完好。3號縫頂部寬度1 cm，下部裂縫較小，深度為一塊磚厚度，無明顯貫穿縫。

1.4 拆除后檢查情況

波紋管內(nèi)部耐材由一層工作層高鋁磚，兩層輕質(zhì)磚組成，采取錯縫、壓縫的砌筑方式，砌筑結(jié)構(gòu)上不存在從上到下的通縫。

從1號縫拆除情況看，裂縫最大位置為圓周9點鐘方向，輕質(zhì)磚從中間折斷，形成寬約20 mm的裂縫，并且貫穿下一層輕質(zhì)磚。1號縫與頂部輕質(zhì)磚斷裂處形成通道，與端面觀察情況相對應(yīng)。

最內(nèi)側(cè)高鋁磚拆除完畢后輕質(zhì)磚折斷拉開的裂縫情況(如圖3)。A處為寬度20 mm，長度900 mm的裂縫，輕質(zhì)磚破損嚴重。B處為寬度12 mm，長度1660 mm的裂縫，輕質(zhì)磚從中部斷開。C處裂縫寬度較小5 mm，長度1200 mm。

圖3 輕質(zhì)磚斷裂情況示意圖

2號膨脹縫下部為本次中修后改進磚型(壓縫磚)，砌筑范圍約為圓環(huán)的270°，拆除后表面干凈，內(nèi)部纖維棉保存完好。3號縫內(nèi)部輕質(zhì)磚同樣從中間位置斷開，縫隙約10 mm，導致后期此部位波紋管溫度升高。

2 調(diào)查初步結(jié)果和原因分析

根據(jù)波紋管拆除前后檢查情況來看，整個熱風短管的砌筑質(zhì)量沒有太大的問題。

膨脹縫(2處縫隙)情況較好，內(nèi)部纖維棉及第二層壓縫磚都完好，無明顯熱風通過痕跡，表面干凈，該處磚型也沒有問題。

靠燃燒室側(cè)裂縫(1處縫隙)寬度最大20 mm，內(nèi)部輕質(zhì)磚從中間折斷，破壞最嚴重，裂縫處有明顯的熱風長期通過的痕跡。靠熱風閥側(cè)裂縫(3處縫隙)也為輕質(zhì)磚中間折斷但是寬度較1處裂縫略小10 mm，內(nèi)部泥漿有輕微氧化痕跡。根據(jù)以上現(xiàn)象，初步分析判斷波紋管溫度高是由于波紋管受到外力作用發(fā)生形變，致使內(nèi)部輕質(zhì)磚受不同方向的力從中間折斷形成通道，在送風過程中熱風通過縫隙使鋼結(jié)構(gòu)表面溫度升高使鋼殼發(fā)紅。

在波紋管砌筑完成到安裝使用的過程中，外力主要來源有以下幾方面：

波紋管吊裝過程中的受力；

與熱風出口側(cè)法蘭校正時短管重量對波紋管的向下拉扯受力；

預留安裝縫(14 mm)法蘭墊圈安裝完畢后緊固螺栓時不均勻?qū)Σy管的拉伸受力；

熱風爐投用后熱風總管向南側(cè)位移，使波紋管扭曲變形受力。

經(jīng)與現(xiàn)場人員核實，在波紋管砌筑完成后的吊裝和短管組對過程中，均進行過檢查，波紋管內(nèi)耐材砌體表面無異常，基本可以排除。從1#熱風爐從元月10日投用到4月8日溫度升高發(fā)紅的表現(xiàn)來判斷，本次熱風短管波紋管發(fā)紅的原因是在生產(chǎn)過程中總管位移帶動波紋管發(fā)生形變壓迫內(nèi)襯輕質(zhì)磚折斷開裂形成熱風通道而發(fā)紅的。

3 結(jié)論

熱風爐系統(tǒng)大中修復產(chǎn)后熱風總管、波紋補償器、熱風爐本體各部分之間的狀態(tài)不同，受熱脹冷縮影響導致的位移量不同，容易導致熱風總管與熱風爐之間波紋補償器受扭力影響壽命異常變短。

熱風短管波紋補償器的砌筑質(zhì)量及安裝都會對其壽命產(chǎn)生影響。保證砌筑質(zhì)量的情況下，安裝過程中的碰撞、拉伸都會使內(nèi)部耐材砌體間產(chǎn)生間隙，形成熱風通道導致鋼殼發(fā)紅。

大中修結(jié)束后，熱風爐系統(tǒng)各部分之間的位移如何吸收以及修正至關(guān)重要。熱風爐本體徑向位移以及總管橫向位移都需固定，否則熱風支管波紋補償器無法吸收這些位移會使內(nèi)部耐材發(fā)生斷裂，導致波紋管過熱發(fā)紅，壽命變短。