八鋼頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道燒塌的原因分析及處理

鄒慶峰

摘 要 八鋼B高爐頂燃式熱風(fēng)爐在2009年2月投產(chǎn)，隨著高爐冶煉強(qiáng)化生產(chǎn)，熱風(fēng)管道 三岔口鋼殼出現(xiàn)發(fā)紅、砌體塌落，嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)。隨后對三岔口燒塌原因進(jìn)行了調(diào)查研究，并進(jìn)行了澆注料熱態(tài)澆注修復(fù)，取得較好效果。

關(guān)鍵詞 熱風(fēng)爐 熱風(fēng)管道三岔口 燒塌

一、前言

八鋼新區(qū)B高爐（2 500 m3）配備3座卡魯金改進(jìn)型頂燃熱風(fēng)爐，于2009年2月28日建成投產(chǎn)，一直處于良好運(yùn)行狀態(tài)。在近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐中，通過強(qiáng)化操作管理，采取多種技術(shù)手段，在使用布袋干法除塵煤氣（以下簡稱干煤氣）及雙預(yù)熱的情況下，拱頂溫度可快速燃燒到1 320 ℃，廢氣溫度按370 ℃控制，在純燒高爐煤氣的條件下，風(fēng)溫水平接近1200 ℃左右，使熱風(fēng)溫度水平滿足了2 500 m3高爐冶煉生產(chǎn)的需要。

在2011年12月23日，檢查發(fā)現(xiàn)3號三岔口上部鋼殼發(fā)紅部位已無磚襯、熱風(fēng)管道岔口拱碹塌陷。在2012年5月10日，發(fā)現(xiàn)2號三岔口同樣出現(xiàn)拱碹塌陷。實(shí)踐表明，熱風(fēng)管道岔口拱碹的壽命只有3年左右，嚴(yán)重制約了高爐生產(chǎn)安全和指標(biāo)的改善。隨后對其破損原因進(jìn)行了調(diào)查分析和修復(fù)處理。以3號熱風(fēng)爐風(fēng)口燒塌最為嚴(yán)重，處理時(shí)間長。

二、熱風(fēng)管道內(nèi)襯設(shè)計(jì)

八鋼B高爐熱風(fēng)管道：內(nèi)襯厚共450 mm，以減少熱風(fēng)管道的熱損失。其中最外層上半圈噴涂層和耐火纖維氈的厚度別為90 mm和16 mm，下半圈噴涂層厚106 mm；中層管道的保溫層為1層NG-1.0的輕質(zhì)高鋁磚厚114 mm；內(nèi)層管道工作層為優(yōu)質(zhì)低蠕變高鋁磚，厚230 mm。在上半圈噴涂層和輕質(zhì)高鋁磚之間設(shè)有的膨脹縫，用纖維氈充填。

熱風(fēng)管道三岔口部位均采用組合磚形式，組合磚拱體的穩(wěn)定性較好，但該組合磚是用組合母磚機(jī)械加工法制造，缺點(diǎn)是每塊外形相貫面尺寸差異大，母磚需手工加工多次，偏差范圍大且不易控制。

三、熱風(fēng)管道三岔口塌陷及處理情況

1.前期處理。2011年11月初在日常熱風(fēng)管系巡檢中，發(fā)現(xiàn)3#熱風(fēng)管道三岔口部位溫度偏高，采用紅外測溫，該部位上部超過350 ℃，中間寬200 mm、長300 mm的部位達(dá)到460 ℃。認(rèn)為是竄風(fēng)所致，采用壓縮空氣冷卻鋼殼控制，建議休風(fēng)時(shí)壓漿處理。2011年11月21日，B高爐計(jì)劃休風(fēng)檢修40 h，在上部割孔準(zhǔn)備壓漿。清理割孔原噴涂層后，發(fā)現(xiàn)管道岔口內(nèi)膽已無磚襯，緊急召集專業(yè)人員現(xiàn)場商討處理方案。見圖1。

2.確定方案。由于無準(zhǔn)備狀況下停爐維修處理，先采用紅外測溫儀密集測量管殼溫度，確定塌陷面積約400 mm2×700 mm2，經(jīng)研究對3號熱風(fēng)管道三岔口拱碹塌陷處進(jìn)行熱態(tài)澆注修復(fù)處理。確定切開塌陷部位管殼面積700 mm2×1000 mm2，清理塌落的組合磚殘磚和掉磚，支內(nèi)模后采用不定型耐火材料現(xiàn)場整體澆注施工成型，這樣可使熱風(fēng)管道三岔口砌體的整體穩(wěn)定性提高，最大限度減少停熱風(fēng)爐對高爐生產(chǎn)的影響，降低事故損失和維護(hù)成本。

3.處理過程。（1）拆除。關(guān)閉熱風(fēng)閥，打開倒流熱休風(fēng)閥，使熱風(fēng)管道內(nèi)處于微負(fù)壓狀態(tài)。在施工部位管道上部上層鋼平臺對應(yīng)位置切割拆除，為處理三岔口騰出空間。在3號主支管相貫處測溫畫線位置保護(hù)性拆除鋼殼，上部開一個(gè)700 mm2×1000 mm2的方孔。拆除管道內(nèi)損壞的耐火內(nèi)襯，用抓具清理管內(nèi)廢渣。

（2）內(nèi)胎支模將8 mm厚的直管鋼模分兩片分別從岔口開口處放入支管內(nèi)，用吊鉤將鋼模掛起調(diào)整好位置，將兩片鋼模相對電焊拼接，用手拉葫蘆將鋼模整體上提，用6根圓鋼將鋼模內(nèi)胎與上層平臺焊接固定、拉牢。與管道內(nèi)工作層耐火磚表面緊密相連，如有空縫用纖維氈或耐火磚將縫塞嚴(yán)，去掉手拉葫蘆，準(zhǔn)備整體澆注。

（3）澆注修復(fù)。在上層鋼平臺上，按熱風(fēng)爐澆注料（見表1）使用說明及配合比將足量澆注料攪拌均勻，對管道內(nèi)修復(fù)部位開始澆注。澆注料澆注時(shí)應(yīng)不間斷施工，一次澆注成型。澆注時(shí)用振動(dòng)棒振搗密實(shí)，震動(dòng)時(shí)應(yīng)快進(jìn)慢出，振搗時(shí)應(yīng)從一個(gè)方向向另一個(gè)方向依次進(jìn)行。澆注時(shí)澆注料厚度距離管殼20 mm時(shí)停止?jié)沧?，對表面進(jìn)行修整，保證弧度與管殼一致。澆注料表面不得進(jìn)行收光處理，使?jié)沧⒘纤终Ｕ舭l(fā)，保證澆注料表面無龜裂現(xiàn)象。

（4）焊接鋼殼。待澆注料具有一定強(qiáng)度后，切除吊掛固定鋼模內(nèi)胎的圓鋼，在澆注料表面鋪30 mm厚硅酸鋁纖維氈。對開口部位管殼打深坡口，將3號主支管相貫處保護(hù)性拆除鋼殼就位，焊接管殼，確保焊縫焊透、飽滿，并且在焊縫處焊接筋板補(bǔ)強(qiáng)。在新安裝的管壁上用Φ50鋼管制安排氣灌漿孔。

4.修復(fù)效果。澆筑完畢后，采用熱風(fēng)倒流管對澆注部分進(jìn)行簡單烘烤。由于爐頂未及時(shí)完成檢修修項(xiàng)目，B高爐延遲復(fù)風(fēng)約5 h，使烘烤時(shí)間達(dá)到16 h以上。高爐復(fù)風(fēng)初期，其3號熱風(fēng)爐采用配風(fēng)方式送風(fēng)約10 h，繼續(xù)對澆注部分進(jìn)行烘烤，3號熱風(fēng)爐拱頂溫度780 ℃～900 ℃。后期正常燒爐換爐送風(fēng)。風(fēng)溫1160 ℃，分別對澆注部位進(jìn)行管殼溫度檢測，溫度均低于130 ℃。低于正?？刂频?60 ℃。使用至今近1年半，該部位管殼溫度均低于150 ℃，表明澆注修復(fù)是成功的。

四、三岔口塌陷原因分析

1.熱風(fēng)管道中的三岔口處管徑設(shè)計(jì)不合適。三岔區(qū)域是熱風(fēng)總管與熱風(fēng)支管三岔交接位置，一般總管與支管的管徑設(shè)計(jì)一致，其頂部類似平頂位置，該位置各向膨脹位移所帶來的熱應(yīng)力破壞。八鋼B高爐頂燃式熱風(fēng)管道三岔口就是這種結(jié)構(gòu)和管徑設(shè)置，由于受交變的應(yīng)力作用下，頂部相貫線處的平頂位置磚塊受垂直向上的支撐力小，極易下垂脫落。冷風(fēng)配入三岔口均未出現(xiàn)過破損燒塌現(xiàn)象。

2.組合磚磚型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。組合磚磚型結(jié)構(gòu)直接影響著熱風(fēng)管道三岔口砌體的整體性，穩(wěn)定性，從而影響著使用壽命。B高爐3號熱風(fēng)管道三岔口使用的組合磚結(jié)構(gòu)，見圖2（完好狀態(tài)示意）。圖中組合磚上部磚太薄，由于該部位的組合磚在熱風(fēng)爐運(yùn)行過程時(shí)發(fā)生高溫、低溫周期交替作用最為嚴(yán)重的部位，使組合磚在使用中極易在這個(gè)部位損壞，再加上三岔口尺寸隨著高爐容積而增大，而組合磚之間的砌度不夠，磚與磚之間相互擠壓力不夠，致使該部位組合磚在使用中先出現(xiàn)局部破損，燒爐不送風(fēng)時(shí)三岔口的溫度低，砌體體積收縮，上部的組合磚下沉；送風(fēng)時(shí)的溫度高，上部砌體體積膨脹，由于上部的荷重作用，將兩側(cè)組合磚擠開，三岔口的溫度再次低時(shí)，砌體體積收縮，上部出現(xiàn)松動(dòng)縫隙，組合磚繼續(xù)蠕動(dòng)下沉。累積到一定數(shù)量，而后導(dǎo)致整塊磚掉下來，出現(xiàn)熱風(fēng)管道三岔口燒塌現(xiàn)象。見圖2。

3.熱風(fēng)爐送風(fēng)周期不合理。由于B高爐使用冷風(fēng)風(fēng)量不高，熱風(fēng)爐送風(fēng)周期長2 h，“兩燒一送”時(shí)，不送風(fēng)的時(shí)間更長，致使三岔口處的耐火磚溫降幅度較大，加劇了該部位熱應(yīng)力破壞的力度，加速了耐火磚的破損，從而影響組合磚的使用壽命。長期休風(fēng)時(shí)，倒流閥不能及時(shí)關(guān)上，也將熱風(fēng)管系溫度降得過低。

五、 結(jié)束語

（1）熱風(fēng)管道系統(tǒng)工作層出現(xiàn)燒塌時(shí)，采用澆注料進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)是一種可行的方法，它可以縮短熱風(fēng)管道系統(tǒng)事故的處理時(shí)間，減少事故造成的損失。經(jīng)過近2年的生產(chǎn)使用，生產(chǎn)實(shí)踐證明，對熱風(fēng)管道三岔口采用重質(zhì)澆注料進(jìn)行熱態(tài)修復(fù)三岔口拱碹是可行的、有效的、可靠的，能夠滿足熱風(fēng)管道系統(tǒng)長期穩(wěn)定生產(chǎn)。

（2）要提高熱風(fēng)管道三岔口拱碹的使用壽命，需要對目前所使用的三岔口組合磚的管徑和磚型結(jié)構(gòu)及其整體穩(wěn)定性進(jìn)行改進(jìn)和完善。熱風(fēng)管道主支管差異管徑可消除三岔口平頂結(jié)構(gòu)，增加組合磚的穩(wěn)定性；組合磚加厚、加大尺寸可以增加組合磚的穩(wěn)定性，加強(qiáng)互相咬合的能力。

（3）在熱風(fēng)管道三岔口拱碹上采用耐火澆注料，在現(xiàn)場進(jìn)行整體施工澆注成整體預(yù)制塊，不僅使拱碹砌體的整體穩(wěn)定性提高，還可降低投資成本。

（4）在設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度1200 ℃以上的熱風(fēng)管道時(shí)，熱風(fēng)管道三岔口組合磚第1層不宜采用低蠕變高鋁磚，最好改為采用紅柱石磚，這樣有利于熱風(fēng)管道三岔口內(nèi)襯的整體性能和耐溫變沖擊性能的改善。

工藝操作上控制合理的熱風(fēng)爐燒爐參數(shù)控制和送風(fēng)制度，最好采用“交叉并聯(lián)”的送風(fēng)制度，延長送風(fēng)的時(shí)間，減少三岔口處的耐火磚溫變沖擊。長期休風(fēng)時(shí)，倒流閥及時(shí)關(guān)上，避免將熱風(fēng)管系溫度降得過低。