一種新型高爐送風(fēng)裝置

供稿|宋英杰, 黃繼德/SONG Ying-jie, HUANG Ji-de

內(nèi)容導(dǎo)讀

針對唐鋼煉鐵廠3#高爐送風(fēng)裝置容易漏風(fēng)、發(fā)紅的問題,對送風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)、密封形式及耐火材料進(jìn)行改進(jìn),保證了高爐的正常使用,實(shí)現(xiàn)了送風(fēng)裝置的長壽命.

國內(nèi)大型高爐為了提高冶煉強(qiáng)度,普遍使用高風(fēng)溫、高頂壓,最高風(fēng)溫可達(dá)1250℃~1280℃,頂壓設(shè)計(jì)一般為200~300 kPa.因此就對高爐送風(fēng)系統(tǒng)提出了更高要求,而進(jìn)風(fēng)裝置是整個送風(fēng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),如何提高進(jìn)風(fēng)裝置的可靠性是提高高爐送風(fēng)能力的瓶頸.進(jìn)風(fēng)裝置是整個送風(fēng)系統(tǒng)的末端和分支,風(fēng)阻大于其它部位,不僅要補(bǔ)償膨脹量,還要具有可拆裝性和適當(dāng)調(diào)節(jié)量,因而如何解決高溫和密封是問題的關(guān)鍵.

存在的問題

1998年9月唐鋼3# 2560 m3高爐建成投產(chǎn),其爐前送風(fēng)裝置如圖1所示.因設(shè)計(jì)和施工的原因,3#高爐爐前送風(fēng)裝置熱風(fēng)圍管上的送風(fēng)支管與風(fēng)口的安裝位置出現(xiàn)了較大偏差,造成了位于兩者之間的送風(fēng)裝置聯(lián)接安裝非常困難,膨脹器的調(diào)整量也隨之增大許多,有許多超出了膨脹器正常調(diào)整范圍.在壓力為380 kPa,溫度為1150℃的熱風(fēng)環(huán)境下,造成膨脹器使用過程中出現(xiàn)過熱發(fā)紅,長時(shí)間使用后被吹開或出現(xiàn)裂紋后被吹開或出現(xiàn)平法蘭漏風(fēng)事故,經(jīng)常造成高爐休風(fēng).針對這些問題,唐鋼決定對送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行研究和改造.

圖1 高爐爐前送風(fēng)裝置

原因分析

國內(nèi)煉鐵廠大高爐爐前送風(fēng)裝置的膨脹器普遍采用如圖2所示的耐火材料搗打成球面,中間夾1~2道耐火纖維繩,外部采用十字絞接固定的結(jié)構(gòu)形式.通過對唐鋼3#高爐爐前送風(fēng)裝置十幾年的實(shí)際使用資料和國內(nèi)其它煉鐵廠高爐如首鋼、昆鋼、武鋼、鞍鋼、本鋼、濟(jì)鋼等的考察,了解到這種結(jié)構(gòu)形式的爐前送風(fēng)裝置普遍存在膨脹器易發(fā)紅、易被吹開和平法蘭易漏的弊病.唐鋼3#高爐爐前送風(fēng)裝置存在的問題,唐鋼1#、2#高爐也存在.

3#高爐送風(fēng)裝置的具體安裝程序?yàn)?先裝送風(fēng)中節(jié),與送風(fēng)支管法蘭緊固聯(lián)接,然后安裝直吹管,與風(fēng)口對位,并用拉桿拉緊,最后聯(lián)接緊固送風(fēng)中節(jié)與直吹管之間的平法蘭.最初安裝時(shí)送風(fēng)支管和風(fēng)口之間的安裝偏差及使用后熱變形產(chǎn)生的偏差累積,超出了膨脹器正常調(diào)整范圍.通過分析認(rèn)為,平法蘭漏風(fēng)主要是因?yàn)檎麄€送風(fēng)裝置調(diào)整量不夠,造成平法蘭不能很好密封而漏風(fēng),膨脹器上的波紋補(bǔ)償器只有0.75~1.2 mm厚,而且外部鋼殼的調(diào)整部位是整個送風(fēng)裝置的最薄弱環(huán)節(jié).需要解決的技術(shù)問題是:如何改進(jìn)膨脹器,使其既能保證足夠調(diào)整量以適應(yīng)初始安裝和熱膨脹產(chǎn)生的偏差,又能保證整個送風(fēng)裝置良好的密封性和使用壽命.

圖2 爐前送風(fēng)裝置的膨脹器結(jié)構(gòu)形式

改造歷程

最初,在唐鋼3#高爐爐前送風(fēng)裝置原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上,反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn),然而成效不大,未能徹底解決問題.

通過改造實(shí)驗(yàn)和多次解剖燒紅或吹開的膨脹器,徹底證實(shí)了法蘭易漏風(fēng)確實(shí)是因膨脹器調(diào)整不夠,造成法蘭密封不好;膨脹器上的波紋補(bǔ)償器易紅、易被燒開是因?yàn)閮?nèi)部球面耐火料密封面因調(diào)整而不能完全密封,引起串風(fēng).

通過總結(jié)幾次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和詳細(xì)的測量統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)波紋補(bǔ)償器的損壞與它的工作溫度有直接關(guān)系,波紋補(bǔ)償器工作溫度在180℃~250℃之間突然燒紅吹開的很少,溫度達(dá)到250℃~330℃燒紅吹開的機(jī)率大大增加,溫度達(dá)到330℃~400℃后如不及時(shí)更換,2~4周之內(nèi)肯定燒紅吹開.由此拓寬思路,考慮到耐火材料的主要作用是隔熱,外部鋼殼的作用主要是密封,就不讓它們互相接觸,以滿足良好的調(diào)整需要,主要目的是想辦法降低波紋補(bǔ)償器的工作溫度.循著這一思路,拋開原球面耐火料密封結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)研制了如圖3所示的全新結(jié)構(gòu)形式的膨脹器,既解決了滿足調(diào)整送風(fēng)系統(tǒng)偏差較大的問題,又解決了膨脹器易紅、易吹開的問題.

原結(jié)構(gòu)形式的膨脹器 (圖2) 是靠搗打成形的兩個耐火材料球面壓緊兩道耐熱纖維來達(dá)到隔熱和密封熱風(fēng)的作用,兩個耐火材料球面外面是約1 mm厚的不銹鋼波紋補(bǔ)償器.膨脹器一旦調(diào)整或受熱產(chǎn)生變形,則兩個耐火材料球面間必然產(chǎn)生錯動,且兩個耐火材料球面間不可能保證良好的滑動.經(jīng)解剖膨脹器發(fā)現(xiàn),耐火纖維繩經(jīng)壓縮并經(jīng)1000℃以上高溫烘烤后,完全失去了彈性,并且呈粉化趨勢,時(shí)間越長粉化越嚴(yán)重.因此,兩個耐火材料球面間不可能保證良好的密封.兩個球面間一旦密封性不好,就會造成1000℃以上的熱風(fēng)直接與波紋補(bǔ)償器接觸,致使波紋補(bǔ)償器燒紅或吹干.

新型結(jié)構(gòu)形式的膨脹器 (圖3) 把密封1000℃以上的熱風(fēng)問題分成隔熱和密封分開解決,即鋼殼內(nèi)部的耐火材料只負(fù)責(zé)良好的隔熱功能,外部鋼殼負(fù)責(zé)密封功能,保證各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的具體措施如下:

(1) 膨脹器內(nèi)部耐火料用平面代替球面,而且不互相接觸,留有20~50 mm的空間,這樣,給膨脹器的各方向調(diào)整留下了充足的空間,并且在外面增加了一層耐火材料,阻隔熱風(fēng)與波紋補(bǔ)償器之間的熱量傳導(dǎo).

(2) 膨脹器內(nèi)部耐火材料銜接處如何處理是一個難點(diǎn),經(jīng)反復(fù)研究實(shí)驗(yàn),最后選用了某廠的陶瓷纖維氈壓在兩個耐火材料面之間.對這種陶瓷纖維氈用氣割火焰進(jìn)行燒烤實(shí)驗(yàn),50 mm厚的陶瓷纖維氈,燒烤溫度在1500℃以下時(shí),被燒表面有一薄層硬化,背面溫度在200℃以下;燒烤溫度達(dá)到約2200℃時(shí),陶瓷纖維氈被燒表面開始熔化.進(jìn)行壓縮及回彈實(shí)驗(yàn),將50 mm厚的陶瓷纖維氈壓縮至11 mm后放松,可回彈至40 mm.此種陶瓷纖維氈經(jīng)壓縮后有一定密度,具有良好的隔熱性能,通過壓縮和回彈又可補(bǔ)償膨脹器的調(diào)整量.

(3) 所有耐火料聯(lián)接處,都采用階梯式結(jié)構(gòu),并且法蘭聯(lián)接處耐火料搗打平面比法蘭面低約4 mm,中間加一層陶瓷纖維氈,可保證法蘭平面密封良好,階梯式結(jié)構(gòu)又很好地降低了耐火料聯(lián)接處的局部風(fēng)壓,從而可保證各聯(lián)接部位的密封性.

(4) 原膨脹器外部采用類似十字鉸接結(jié)構(gòu),調(diào)整量小且調(diào)整困難.改為獨(dú)立的四根拉桿后既保證了膨脹器的外形尺寸,又可在安裝時(shí)方便地滿足各個方向的調(diào)節(jié).

圖3 新型結(jié)構(gòu)形式的膨脹器

使用效果

改造實(shí)施前,3#高爐平均每半年就會因送風(fēng)裝置漏風(fēng)而休風(fēng)4.7次.從改造實(shí)施以來,3#高爐未再發(fā)生因送風(fēng)裝置漏風(fēng)問題而休風(fēng).改造實(shí)施后新型結(jié)構(gòu)形式的送風(fēng)裝置至今無一損壞.測量波紋補(bǔ)償器工作狀態(tài)溫度均在60℃~120℃,大大低于改造前的工作溫度.新型送風(fēng)裝置的使用壽命將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舊式送風(fēng)裝置,會節(jié)約大量備件費(fèi)用,而且還會避免因高爐休風(fēng)而造成的各種損失.

結(jié)束語

高爐送風(fēng)裝置既要密封1000℃以上高溫的熱風(fēng),又要具有可拆裝性,并且還要補(bǔ)償安裝及熱膨脹變形產(chǎn)生的偏差.原結(jié)構(gòu)形式的膨脹器只有一層耐火料和一層空腔隔開熱風(fēng)和波紋補(bǔ)償器,無論是耐火料內(nèi)襯還是外部鋼殼都不可能密封壓力為380 kPa,溫度為1150℃的熱風(fēng).而新型結(jié)構(gòu)形式的膨脹器采用兩層耐火料和兩層空腔隔開熱風(fēng)和波紋補(bǔ)償器,巧妙地把隔熱和密封作為兩種功能分別解決,耐火材料只負(fù)責(zé)隔熱不負(fù)責(zé)密封,外部鋼殼只負(fù)責(zé)密封,而不承受高溫,無論從隔熱效果還是密封效果,都大大優(yōu)于原結(jié)構(gòu)形式的膨脹器.通過唐鋼高爐的應(yīng)用實(shí)踐證明,這種新型結(jié)構(gòu)形式的送風(fēng)裝置徹底解決了原高爐送風(fēng)裝置漏風(fēng)、發(fā)紅等問題,滿足了使用要求,且推廣應(yīng)用到寶鋼、天鋼、濟(jì)鋼、首鋼京唐等大型高爐,取得了滿意的效果.