煉鐵廠7 號高爐熱風(fēng)爐運(yùn)行維護(hù)實(shí)踐

陳典舉，胡海波，常學(xué)峰

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興股份有限公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 概述

酒鋼煉鐵廠7 號高爐配置3 座頂燃式熱風(fēng)爐，采用高爐煤氣作為燃料，煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)置 2 臺換熱器預(yù)熱高爐煤氣和助燃空氣，設(shè)計(jì)風(fēng)溫≥1200℃，設(shè)計(jì)風(fēng)量為 5713Nm3/min。采用兩燒一送工作制度，送風(fēng)時(shí)間45 分鐘，熱風(fēng)爐相關(guān)參數(shù)如下：

表1 7 號高爐熱風(fēng)爐相關(guān)參數(shù)

2 熱風(fēng)爐運(yùn)行存在問題

7 號高爐熱風(fēng)爐于2011 年3 月6 日投入運(yùn)行，受高爐爐體冷卻壁破損、熱風(fēng)爐管道耐火磚脫落，管殼發(fā)紅等安全因素制約7號高爐于2017 年9 月30 日停爐大修。一代爐役過程中熱風(fēng)爐運(yùn)行維護(hù)主要存在一下問題：

2.1 熱風(fēng)管道頻繁出現(xiàn)管道塌磚，管殼發(fā)紅開裂跑風(fēng)，制約高爐風(fēng)溫使用

2012 年5 月熱風(fēng)管系鵝頸管發(fā)紅、熱風(fēng)主管與豎管三岔口溫度超過250℃，采取架設(shè)風(fēng)管冷卻措施維持生產(chǎn)；2012 年11 月熱風(fēng)豎管耐火磚掉磚，之后熱風(fēng)豎管、主管、圍管的人孔、管道出現(xiàn)不同程度的發(fā)紅、掉磚情況，造成高爐多次休風(fēng)處理。2015年5 月限制風(fēng)溫≯1150℃送風(fēng)，熱風(fēng)管系部分采取支模澆筑措施后，熱風(fēng)管系劣化情況得到緩解。

2.2 熱風(fēng)爐爐底漏風(fēng)，影響熱風(fēng)爐熱效率

7 號高爐3 座熱風(fēng)爐在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，相繼出現(xiàn)爐底漏風(fēng)，嚴(yán)重時(shí)單座熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)間小于45 分鐘，制約高爐操作。2013年6 月份，對3#熱風(fēng)爐采取爐基一周清理后整體澆筑的方式進(jìn)行了處理，處理后泄漏問題未能徹底根治，泄漏位置沿澆筑層一周擴(kuò)散。

3 熱風(fēng)爐運(yùn)行存在問題原因分析

結(jié)合7 號高爐熱風(fēng)爐存在問題處理方案、實(shí)施后效果及停爐后管道拆除、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集，同時(shí)結(jié)合同行業(yè)熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)規(guī)范，發(fā)現(xiàn)7 號高爐熱風(fēng)爐第一代爐役在生產(chǎn)存在問題的主要原因有以下幾個(gè)方面。

3.1 熱風(fēng)管系設(shè)計(jì)不合理

熱風(fēng)管道波紋補(bǔ)償器設(shè)置不合理，管系設(shè)計(jì)拉桿為分段式拉桿，拉桿的伸長量無法消除。熱風(fēng)爐框架內(nèi)的熱風(fēng)主管采用分段式拉桿，沒有設(shè)置固定點(diǎn)。熱風(fēng)管道在拉桿伸長的影響下以熱風(fēng)豎管為固定端，向熱風(fēng)豎管反向發(fā)生位移，造成熱風(fēng)支管與主管相交處的三岔口鋼構(gòu)發(fā)生變形，破壞三岔口處內(nèi)襯的穩(wěn)定性。距離熱風(fēng)豎管越遠(yuǎn)，熱風(fēng)管道位移量越大，對三岔口內(nèi)襯的穩(wěn)定破壞越大。高爐停爐熱風(fēng)管道拆除過程中發(fā)現(xiàn)29m 平臺熱風(fēng)主管與熱風(fēng)豎管相貫線西側(cè)掉磚1000mm*400mm，4 層環(huán)磚全部掉磚，未掉磚部分磚縫隙較大，最大磚縫達(dá)到30mm。

3.2 熱風(fēng)管道內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及指標(biāo)耐火材料指標(biāo)設(shè)計(jì)不合理

7 號高爐熱風(fēng)管道工作層采用國標(biāo)低蠕變高鋁 DRL-145 材質(zhì)，低蠕變高鋁磚耐火度為1450℃，設(shè)計(jì)所選耐火磚耐火度富余量較小、檔次較低；管道工作層耐火磚為兩種標(biāo)準(zhǔn)磚配砌，三角縫較大，造成環(huán)縫間隙累計(jì)誤差較大；未對管道轉(zhuǎn)折處進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，而且沒有鎖扣結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)豎管進(jìn)出口、熱風(fēng)圍管轉(zhuǎn)折處、人孔部位均沒有設(shè)置組合磚，單純依靠普通磚型在現(xiàn)場加工，很難滿足磚縫要求。在氣流沖刷下，磚縫被逐漸破壞，易造成此處磚之間的松動(dòng)，最終脫落。

3.3 熱風(fēng)爐爐底施工不規(guī)范，和熱風(fēng)爐連接管系設(shè)計(jì)不合理，造成熱風(fēng)爐爐底板開裂跑風(fēng)

熱風(fēng)爐停爐爐底漏風(fēng)原因查找過程中發(fā)現(xiàn)：①1#熱風(fēng)爐爐底：42 個(gè)灌漿孔均用鋼板封堵，50 個(gè)排氣孔（φ25.5）沒有封堵；②2#熱風(fēng)爐爐底耐火材料清除后，檢查發(fā)現(xiàn)靠大墻外沿處30 個(gè)排氣孔沒有封堵，中間部位只找到7 個(gè)排氣孔，均沒有封堵，可見的22 個(gè)灌漿孔（外沿15 個(gè)，中間部位7 個(gè)）均用鋼板封堵；③3#熱風(fēng)爐爐底43 個(gè)灌漿孔有鋼板封堵，50 個(gè)排氣孔（有一個(gè)沒有開孔）沒有用鋼板封堵0；④冷風(fēng)管道入口下沿距爐底板600mm，煙氣管道出口下沿距爐底板780mm。現(xiàn)場熱風(fēng)爐煙道和冷風(fēng)管道都未設(shè)置補(bǔ)償器，熱風(fēng)爐爐殼底板的開裂部位均集中于支煙道下方。

結(jié)合熱風(fēng)爐爐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙和內(nèi)部檢查分析，熱風(fēng)爐爐底漏風(fēng)原因受三方面綜合因素作用：①剛性爐底頂板和剛性爐底底板上焊縫質(zhì)量問題引起。剛性爐底頂板上的焊縫有三種：爐底頂板的拼接焊縫、灌漿孔焊縫、爐底頂板與爐殼間的焊縫；②剛性爐底板外沿的灌漿孔和排氣孔未完全封堵，或封堵焊縫質(zhì)量存在缺陷；③熱風(fēng)爐煙道、冷風(fēng)管系設(shè)計(jì)不合理，如熱風(fēng)爐煙道和冷風(fēng)管道都未設(shè)置補(bǔ)償器，造成管道位移膨脹無法釋放，支管已類似杠桿原理對煙道口和熱風(fēng)爐爐殼部位施加了很大的扭矩，從而造成底板開裂。

3.4 熱風(fēng)管道砌筑施工不規(guī)范，施工時(shí)留有隱患

7 號高爐熱風(fēng)系統(tǒng)砌筑時(shí)間在2010 年11 月～2011 年2 月，氣溫達(dá)到-10℃以下。雖然采取保溫措施進(jìn)行砌筑，但仍有凍結(jié)現(xiàn)象，直接影響砌筑質(zhì)量，泥漿粘結(jié)性能下降，拆除過程中耐火磚極易脫落。設(shè)計(jì)泥漿砌體磚縫厚度≤2mm，管道磚存在泥漿填充不飽滿、不均勻，局部無泥漿狀況，拆除過程中測量磚縫最大達(dá)到30mm。

4 熱風(fēng)爐運(yùn)行隱患優(yōu)化治理

（1）合理設(shè)計(jì)熱風(fēng)管系結(jié)構(gòu)，保證熱風(fēng)系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：①熱風(fēng)支管采用三角形大拉桿技術(shù)，不僅能夠承受熱風(fēng)支管波紋補(bǔ)償器產(chǎn)生的巨大盲板力，而且由于三角形拉桿作用點(diǎn)遠(yuǎn)離熱風(fēng)出口，從而大大降低了熱風(fēng)出口爐殼的受力、減少其變形。大拉桿的界面采用特殊設(shè)計(jì)，能夠上下變形，從而吸收熱風(fēng)爐爐殼受熱引起的上漲問題，不需要采用銷軸結(jié)構(gòu)就能夠解決。熱風(fēng)爐爐殼上設(shè)置的環(huán)形加強(qiáng)箍也對提高熱風(fēng)爐爐殼的剛度非常有幫助，從而在盲板力的作用下，爐殼不易變形，加強(qiáng)了對爐內(nèi)耐火材料的穩(wěn)定支撐；②高爐與熱風(fēng)豎管間、熱風(fēng)爐框架內(nèi)熱風(fēng)主管熱風(fēng)主管的分段拉桿改為通長拉桿、同時(shí)在管道端頭補(bǔ)償器采用壓力平衡結(jié)構(gòu)，消除拉桿伸長對管系的影響，同時(shí)在熱風(fēng)支管與總管相交的三岔口處設(shè)置固定支座，限制主管的位移，保證熱風(fēng)支管與熱風(fēng)主管三岔口部位磚襯穩(wěn)定性；③設(shè)置合理的膨脹縫，吸收耐火材料體積變化；同時(shí)波紋補(bǔ)償器膨脹縫處，耐火磚采取特殊的導(dǎo)流磚結(jié)構(gòu)保護(hù)陶瓷纖維氈。

（2）合理設(shè)計(jì)熱風(fēng)內(nèi)襯砌筑結(jié)構(gòu)，選用指標(biāo)性能較高的耐火材料，確保熱風(fēng)爐耐火材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：①管道工作磚選用紅柱石莫來石復(fù)合磚，保證設(shè)計(jì)所選耐火磚耐火度富余量較大；根據(jù)熱風(fēng)溫度要求，選擇合理厚度的工作層耐火磚，一般情況下工作磚厚度不小于150mm；②熱風(fēng)主圍管三岔口部位的組合磚采取向內(nèi)縮徑的辦法，在滿足熱風(fēng)流通面積的同時(shí)，增加耐火材料的厚度，改造后在三岔口局部形成4 層砌筑結(jié)構(gòu)，并且鋼殼采取了倒角設(shè)計(jì)，在鋼殼焊縫部位的噴涂料加厚處理，具體結(jié)構(gòu)見圖13；③熱風(fēng)支管采用總支管偏心設(shè)計(jì)，盡可能提高熱風(fēng)總-支管組合磚的穩(wěn)定，具體結(jié)構(gòu)見圖14；④熱風(fēng)豎管進(jìn)出口、熱風(fēng)圍管轉(zhuǎn)折處、人孔部位均設(shè)置組合磚，熱風(fēng)管道采用轉(zhuǎn)折設(shè)計(jì)、砌筑，設(shè)計(jì)增加耐火磚鎖扣高度；熱風(fēng)出口采用多層獨(dú)立沉降結(jié)構(gòu)的組合磚結(jié)構(gòu)；或者熱風(fēng)出口設(shè)計(jì)為完整的四環(huán)結(jié)構(gòu)，本體磚上漲時(shí)不會對管道磚造成剪切，保證管道砌體的穩(wěn)定性；靠爐內(nèi)的前三環(huán)設(shè)計(jì)成內(nèi)環(huán)加外層花瓣磚的結(jié)構(gòu)形式，相鄰環(huán)之間錯(cuò)縫設(shè)計(jì)。

（3）熱風(fēng)爐爐底板跑風(fēng)隱患治理，重點(diǎn)對查找卻跑風(fēng)的源頭，綜合考慮熱風(fēng)爐爐底設(shè)計(jì)施工，確保熱風(fēng)爐爐底板施工質(zhì)量：①拆除熱風(fēng)爐爐底耐火材料，找漏風(fēng)焊縫，如發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)則進(jìn)行補(bǔ)焊②對爐底灌漿孔封板割除，清孔后重新灌漿，并對爐底灌漿后的灌漿孔和排氣孔用鋼板封堵，四周滿焊；同時(shí)在剛性爐底板上面澆筑粘土質(zhì)澆注料，澆注料上平鋪一層粘土磚;③對熱風(fēng)爐煙道、冷風(fēng)管道進(jìn)行建模分析，增設(shè)必要的波紋補(bǔ)償器，降低管系應(yīng)力。

（4）嚴(yán)格熱風(fēng)爐耐火材料施工質(zhì)量，消除施工留下的缺陷隱患。對熱風(fēng)爐內(nèi)部隱蔽部位耐火材料施工實(shí)行旁站盯控，做好施工過程的“三檢制”質(zhì)量管控：嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、《工業(yè)爐窯砌筑工程施工技術(shù)1H413090》、《工業(yè)爐砌筑工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求做好熱風(fēng)管道施工質(zhì)量驗(yàn)收。

5 熱風(fēng)爐隱患治理優(yōu)化效果評價(jià)

7 號高爐熱風(fēng)爐通過隱患治理優(yōu)化后主要運(yùn)行參數(shù)如下：（表2）。

表2 7 號高爐熱風(fēng)爐改造前后相關(guān)參數(shù)

7 號高爐熱風(fēng)爐隱患治理優(yōu)化實(shí)施后，高爐熱風(fēng)溫度提高50℃，送風(fēng)周期延長0.43 小時(shí)，總周期延長1.3 小時(shí)，單爐平均煤氣消耗量降低42429Nm3/h，單爐平均助燃空氣消耗量降低425699Nm3/h；改造后熱風(fēng)爐作業(yè)效率大幅提升，同時(shí)降低了熱風(fēng)爐燒爐時(shí)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)了安全高效運(yùn)行。

6 結(jié)語

熱風(fēng)爐系統(tǒng)安全高效運(yùn)行是一項(xiàng)綜合工程，貫穿熱風(fēng)爐的全壽命周期管理，需要設(shè)計(jì)、選材、施工時(shí)的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，更需要借助智能模型、預(yù)防維護(hù)等層次深入研究，從源頭上保障熱風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐本質(zhì)的安全高效；此外在熱風(fēng)爐后期的運(yùn)行維護(hù)中要發(fā)揮人的主觀能動(dòng)作用，做好隱患分析和方案總結(jié)，不斷探索熱風(fēng)爐高效運(yùn)行的新工藝、新技術(shù)，為高爐爐況穩(wěn)定順行、指標(biāo)進(jìn)步創(chuàng)造有利條件。