COREX爐爐體冬季保溫措施

田果

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司）

COREX爐爐體冬季保溫措施

田果

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司）

聯(lián)系人：田果，男，大學(xué)本科，烏魯木齊（830022）寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司第一高爐分廠

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針對(duì)八鋼熔融還原煉鐵COREX爐工程建設(shè)中，爐體主要耐火材料面臨冬季嚴(yán)寒的環(huán)境，采取了適用于抵抗嚴(yán)寒，防止凍害的采暖保溫技術(shù)，使?fàn)t體安全度過(guò)了嚴(yán)冬。

嚴(yán)寒；保溫；工程建設(shè)

1 前言

八鋼熔融煉鐵技術(shù)COREX爐從上海遷建至新疆烏魯木齊是一項(xiàng)艱巨的工程建設(shè)。新疆從十一月起至次年四月初都處在長(zhǎng)達(dá)半年的漫長(zhǎng)冬季，期間歷史記錄極限溫度夜間達(dá)到-40℃，白天溫度達(dá)到-30℃。漫長(zhǎng)的嚴(yán)寒是對(duì)工程建設(shè)最大的考驗(yàn)。

熔融還原煉鐵技術(shù)的遷建工程包含龐大的地下、地上建筑構(gòu)筑物、五萬(wàn)余噸鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備、一萬(wàn)余噸耐火材料、數(shù)千公里的電纜敷設(shè)。工程于2012年3月開始破土動(dòng)工，進(jìn)行土建項(xiàng)目施工建設(shè)，2012年11月至2013年2月經(jīng)歷四個(gè)月的嚴(yán)寒考驗(yàn)主體基礎(chǔ)施工完畢，地下電纜隧道完成六成。

土建冬季施工防凍保溫工作相對(duì)比較容易，基本都是地下建設(shè)項(xiàng)目，采用搭設(shè)保溫棚，棚內(nèi)進(jìn)行煤炭爐采暖提高環(huán)境溫度的方式使保溫棚內(nèi)溫度達(dá)到5℃以上，24小時(shí)人員值守確保夜間暖棚溫度。一萬(wàn)余方的混凝土基礎(chǔ)澆筑的困難點(diǎn)在于防止外部嚴(yán)寒凍害，內(nèi)部水化熱的散發(fā)，另一部分是施工過(guò)程的連續(xù)穩(wěn)定澆筑。在-15～-18℃的溫度條件下為保證施工正常進(jìn)行，對(duì)商混車采取保溫，攪拌混凝土采用熱水增加早凝劑的方式，有效保證了混凝土基礎(chǔ)的施工和2013年3月結(jié)構(gòu)的如期順利安裝。

2 塔體建設(shè)保溫措施分析

隨著2013年3月16日第一帶爐殼的吊裝熔融還原技術(shù)遷建工程的安裝結(jié)構(gòu)施工進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)刻，經(jīng)過(guò)各建設(shè)單位為期5個(gè)月的施工努力2013年9月中旬具備耐材施工條件，9月16日進(jìn)行爐底耐材施工階段。2013年10月底爐缸砌筑施工結(jié)束，帕米爾高原吹來(lái)的寒流已經(jīng)使建設(shè)工地感覺到了新疆冬季的溫度。表1是烏魯木齊11月至來(lái)年3月的天氣情況，新疆在有五個(gè)月的時(shí)間處于嚴(yán)寒季節(jié)，這種環(huán)境給工程中耐火材料爐體的保護(hù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

在八鋼2500m3C高爐冬季施工中采用搭設(shè)暖棚包覆爐體形成一定空間，蒸汽鋼排管保溫的形式，保溫效果明顯。太鋼4500m3高爐建設(shè)越冬采用熱風(fēng)幕電加熱的形式投入近1000萬(wàn)元。新疆冬季施工保溫采用小爐子燃燒煤炭提高溫度的方式，但存在污染環(huán)境，高空保溫效果差，抵抗大風(fēng)能力差，安全可控性低等問(wèn)題，而且耗費(fèi)人工采暖、投資高。

2.1 保溫范圍及措施

熔融還原煉鐵主塔架高118m，需要進(jìn)行耐材保溫包括熔融氣化爐和還原豎爐兩個(gè)主要爐體，四套發(fā)生煤氣管道、還原及過(guò)剩煤氣管道、八套還原鐵下降管道以及粉塵處理熱旋風(fēng)系統(tǒng)。2013年11月底已經(jīng)完成耐材施工的熔融氣化爐和還原豎爐主要爐體及四套發(fā)生煤氣管道及熱旋風(fēng)粉塵系統(tǒng)是此次要防止凍害需保溫的主體。

圖1 熔融還原爐主系統(tǒng)圖

圖1所示，塔基0m至還原爐頂71m支撐兩個(gè)爐體的主塔架四柱間構(gòu)成19m×19m矩形，各層高度均不相同，八鋼地區(qū)風(fēng)載設(shè)計(jì)核算80kg/m2，主導(dǎo)風(fēng)向冬季西北風(fēng)。保溫措施面臨是空間大、垂直距離高、風(fēng)載大、維護(hù)安全管理困難等諸多問(wèn)題。

制定保溫措施要綜合考慮以下各因素：

（1）結(jié)合工程建設(shè)及鋼結(jié)構(gòu)載荷，查閱設(shè)計(jì)資料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按抗防地震8度計(jì)算，結(jié)合熔融還原爐建設(shè)區(qū)域的風(fēng)力、雪載對(duì)采用暖棚防護(hù)的撕扯及破壞作用；

（2）考慮施工管控、火災(zāi)防控、能源介質(zhì)使用、人員教育管控等安全因素；

（3）參考新疆土建施工冬季保溫施工的成熟經(jīng)驗(yàn)以及八鋼高爐建設(shè)越冬耐材防凍害的措施。

通過(guò)與相關(guān)單位進(jìn)行充分論證，最后確定采用雙層阻燃篷布結(jié)合雙層腳手架從塔基0m至豎爐頂部66m，依間距19m的主塔柱搭設(shè)腳手架固定阻燃篷布的暖棚設(shè)施。66m至71m還原豎爐頂部采用φ100mm厚玻璃棉保溫材料包袱，外部包袱防火篷布嚴(yán)密捆扎成為保溫層進(jìn)行保護(hù)。

暖棚內(nèi)取暖介質(zhì)采用蒸汽及焦?fàn)t煤氣，以焦?fàn)t煤氣為主要取暖介質(zhì)。

蒸汽系統(tǒng)廠區(qū)供給的是0.6MPa的低壓蒸汽，考慮管道阻力損失到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力為0.3～0.4MPa。故蒸汽鋼排管換熱器只能適用于0～49m。

焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)采用簡(jiǎn)易燃燒爐進(jìn)行煤氣燃燒，并作為主要散熱及熱源提供方式進(jìn)行采暖。廠區(qū)供應(yīng)焦?fàn)t煤氣壓力在8000～15000Pa，采用φ200mm管道作為煤氣管道架設(shè)沿塔架垂直高度架設(shè)至66m高度每層采用膠皮管引致簡(jiǎn)易燃燒爐位置連接燃燒頭進(jìn)行燃燒取暖。

2.2 相關(guān)理論計(jì)算

暖棚保溫需要計(jì)算的是最基本的消耗熱總量。傳熱學(xué)理論包含了輻射傳熱、傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱，計(jì)算出傳熱總量的和值可以對(duì)耗熱、保溫防凍害工作進(jìn)行指導(dǎo)[2]。

室外供暖計(jì)算溫度：按-20℃、-30℃、-40℃三種情況，室內(nèi)空氣溫度取5℃?？倐鳠崂碚撚?jì)算公式結(jié)論中各參數(shù)取值見表2，空氣傳熱系數(shù)K為0.02～0.04W/m2.k，傳熱面積F為 6000m2[2]。

公式（2）附加項(xiàng)目耗熱計(jì)算是對(duì)氣流風(fēng)向等環(huán)境因素影響耗熱量的初步計(jì)算，是耗熱總量中必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。

外部臨時(shí)性的圍護(hù)不能做到安全密封，周圍環(huán)境冷空氣對(duì)流造成對(duì)耗熱量總值有極大的影響，所以必須對(duì)冷風(fēng)通過(guò)縫隙滲透入圍護(hù)內(nèi)部的影響進(jìn)行理論計(jì)算。公式（3）、公式（4）采用多層平壁傳熱的方式計(jì)算還原豎爐66m～71m，δ100mm的玻璃保溫棉的保溫效果。通過(guò)理論計(jì)算確定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本形式。

通過(guò)圍護(hù)的基本耗熱計(jì)算[1]：

附加項(xiàng)目耗熱計(jì)算[1]：

通過(guò)隙縫的冷風(fēng)滲透耗熱量計(jì)算[1]：

計(jì)算保溫層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)防凍保護(hù)的效果[2]：

表2 各參數(shù)取值范圍

通過(guò)理論計(jì)算得出使暖棚內(nèi)環(huán)境溫度保持在5～10℃需要的總熱量。焦?fàn)t煤氣作為主要熱源。蒸汽系統(tǒng)作為穩(wěn)定熱源與熱交換保護(hù)系統(tǒng)不作熱量計(jì)算考慮，近似的焦?fàn)t煤氣小時(shí)耗用量1500m3/h。

露天試驗(yàn)表明，單個(gè)焦?fàn)t煤氣燃燒爐的最小能力能使3m×3m×10m的空間體積溫度保持在3～8℃。保溫空間的體積量近似24000m3，空間層最高8m、最低3m共12層。根據(jù)層高圍護(hù)嚴(yán)密程度等因素每層設(shè)置4個(gè)煤氣燃燒爐，其提供的熱量足夠每層溫度保持在5℃以上。計(jì)算認(rèn)為供給的熱量富余的，可以保持穩(wěn)定連續(xù)可控。

從蓄熱的角度考慮保溫棚體積內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)體及爐體耐材等近20000m3蓄熱量，當(dāng)整個(gè)蓄熱體積相對(duì)環(huán)境溫度較高，傳熱理論能量傳輸?shù)幕靖拍顬樾顭狍w與環(huán)境溫度趨于一致。保溫棚空間內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)體及爐體耐材其擁有的熱儲(chǔ)蓄量在持續(xù)穩(wěn)定供給保證溫度在5～10℃的情況下，暖棚整體需要消耗的熱量?jī)H僅是進(jìn)行抵抗?jié)B透冷風(fēng)溫降以及環(huán)境降溫的熱量消耗。

暖棚供熱建議：（1）保溫初期供熱量要大，實(shí)時(shí)監(jiān)控保溫棚內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)體、耐材爐體溫度。當(dāng)溫度在5～10℃以上時(shí)調(diào)節(jié)供熱主體系統(tǒng)，使之趨于穩(wěn)定狀態(tài)。（2）調(diào)整熱量的供給，防止因?yàn)闊崃刻笤斐膳飪?nèi)過(guò)于干燥，因濕度不夠發(fā)生火災(zāi)事故以及造成篷布材質(zhì)熱脆性降低。（3）結(jié)合天氣變化，適當(dāng)調(diào)整煤氣燃燒爐保溫系統(tǒng)的熱量供給，依靠蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行保溫。

3 暖棚保溫具體措施

3.1 暖棚圍護(hù)搭設(shè)

從0m至66m各層平臺(tái)以主塔架四角支撐主立柱為基本框架，附著其上架設(shè)單排腳手架。腳手架完成后掛設(shè)雙層阻燃篷布，要求篷布有專門的穿繩連接孔。篷布不允許有外漏的破孔，必須用繩子掛設(shè)捆扎固定，不得采用鐵絲固定。篷布掛設(shè)捆扎固定后在外側(cè)架設(shè)另一層腳手架使篷布在兩層腳手架中間并在此捆扎固定，見圖2、圖3。

圖2 本體冬季棚搭設(shè)平面示意圖

圖3 腳手架搭設(shè)實(shí)況

圖4 安全通道及防護(hù)門簾

在每層合適位置預(yù)留2m×1m的安全通道制作2m×1.6m的專用防護(hù)門簾（見圖4）安全通道及防護(hù)門簾。66～71m還原豎爐采用包覆δ100mm玻璃棉進(jìn)行保溫，保溫層須進(jìn)入66m高暖棚內(nèi)以防止熱量從頂部流失。

3.2 塔架暖棚內(nèi)保溫實(shí)況

暖棚內(nèi)蒸汽系統(tǒng)鋼排管為4根φ100×6m的鋼管制作成散熱器，布置在每層迎風(fēng)面（西北面迎風(fēng)）。每組鋼排管設(shè)置排氣閥，使之正常溢出蒸汽，但不允許滴水，以確保塔架圍護(hù)內(nèi)空氣濕度。

焦?fàn)t煤氣采用橡膠軟管連接至暖棚內(nèi)四周布置的焦?fàn)t煤氣燃燒爐位置，連接具有倒接絲頭的自制燒嘴。自制燒嘴要求具有分散火焰并能夠充分燃燒的能力，燃燒嘴采用DN50鋼管制作頭部200mm位置滿布φ7mm的圓孔，端口封閉。燃燒爐是采用廢舊鐵桶制作，內(nèi)部砌筑井子行或花格形式耐火磚，在耐火材料燒紅后可作為良好的蓄熱體及點(diǎn)火引燃體防止煤氣壓力波動(dòng)熄火。燃燒爐布置在各層平臺(tái)空曠處距離圍護(hù)篷布2.5～3m。

暖棚的架設(shè)煤氣爐管道施工、蒸汽系統(tǒng)施工總的費(fèi)用控制在140萬(wàn)元，能源介質(zhì)的使用和投入經(jīng)過(guò)核算達(dá)到130萬(wàn)元。

4 安全管控防護(hù)管理

冬季保溫最重要的是防止火災(zāi)及煤氣事故的發(fā)生，為此，專門成立了暖棚保溫管理小組，24小時(shí)四班三運(yùn)轉(zhuǎn)的形式現(xiàn)場(chǎng)巡檢現(xiàn)場(chǎng)情況。

4.1 安全管控及巡護(hù)措施

（1）每層塔架設(shè)置專人值守，每?jī)扇艘唤M配備煤氣報(bào)警儀、氧氣報(bào)警儀各一部，每?jī)尚r(shí)巡檢一次并進(jìn)行記錄。暖棚內(nèi)設(shè)置鴿子籠養(yǎng)鴿子3只進(jìn)行煤氣監(jiān)測(cè)及環(huán)境安全確認(rèn)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置便攜式滅火器，每層6瓶放置在暖棚入口處。暖棚內(nèi)部四周設(shè)置消防水槽及小水桶各一個(gè)，確保塔上有水源。每層安全通道門口掛牌顯示層高、煤氣爐燃燒數(shù)、巡檢控制管理人員電話等信息。

（3）在安全確認(rèn)制上執(zhí)行三級(jí)安全確認(rèn)制度，監(jiān)理單位、施工單位、工程建設(shè)指揮部三位一體確認(rèn)人員安全交底情況；蒸汽通入前重點(diǎn)宣講教育蒸汽燙傷的危害及后果。在煤氣輸送前對(duì)所有施工單位人員進(jìn)行專業(yè)的煤氣安全知識(shí)教育，煤氣安全事故的宣講教育，對(duì)每一個(gè)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)的人員都進(jìn)行安全教育。

（4）制定專項(xiàng)管理辦法及專項(xiàng)管理預(yù)案，定期檢查現(xiàn)場(chǎng)逃生通道，每日檢查標(biāo)識(shí)牌更新，每3天檢查現(xiàn)場(chǎng)滅火設(shè)施情況等。除設(shè)置專門組織機(jī)構(gòu)及值守人員外，四班人員每班巡檢按時(shí)四次測(cè)量暖棚內(nèi)溫度，巡檢煤氣燃燒爐及煤氣管線、蒸汽系統(tǒng)等，確保系統(tǒng)正常暖棚內(nèi)環(huán)境溫度在6℃以上。

（5）暖棚內(nèi)動(dòng)火作業(yè)管理：凡是暖棚內(nèi)動(dòng)火的一律在工程指揮部辦理動(dòng)火手續(xù)，專人監(jiān)護(hù)動(dòng)火防護(hù)情況，對(duì)動(dòng)火區(qū)域設(shè)置消防器材及水桶，在動(dòng)火位置下部鋪設(shè)防火石棉毯，并由專人監(jiān)護(hù)。

4.2 燃燒廢氣控制及防護(hù)

焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)：（1）焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高16720～18810kJ/m3，可燃成分較高（約 90%）；（2）焦?fàn)t煤氣是無(wú)色有臭味的氣體；（3）焦?fàn)t煤氣因含有CO和少量的H2S而有毒；（4）焦?fàn)t煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短；（5）焦?fàn)t煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會(huì)堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來(lái)困難；（6）著火溫度為600～650℃。焦?fàn)t煤氣成分見表3。

表3 焦?fàn)t煤氣成分

焦?fàn)t煤氣含有的CO占不到1成，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量水汽及少量二氧化碳。

為確保安全施工，在暖棚內(nèi)嚴(yán)格按照生產(chǎn)煤氣區(qū)域作業(yè)要求規(guī)定執(zhí)行。煤氣區(qū)域禁止休息停留，專人攜帶報(bào)警儀各層巡視檢查煤氣及廢氣含量，進(jìn)行預(yù)警。

暖棚內(nèi)作業(yè)嚴(yán)格按照有限空間執(zhí)行檢查標(biāo)準(zhǔn)，在值班室配備罐式空氣呼氣器4套。

使用鴿子對(duì)煤氣的敏感及采用儀器對(duì)環(huán)境中廢氣、氧含量、煤氣含量隨時(shí)檢查確保塔內(nèi)環(huán)境安全。實(shí)際結(jié)果整個(gè)冬季期間所有20只鴿子全部存活。

暖棚內(nèi)58m層高暖棚搭設(shè)時(shí)預(yù)留2×3（m）可開閉廢氣排放通道，使塔架保溫棚內(nèi)形成循環(huán)流動(dòng)的空氣流，確保塔架內(nèi)廢氣含量最低，并能夠快速排出。

5 保溫效果檢驗(yàn)

2013年11月初暖棚搭設(shè)完成，采用篷布封閉了垂直71m、截面積400m2、總體積28400m3的空間，煤氣火爐取暖系統(tǒng)、蒸汽排管系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。至2014年3月15日塔架暖棚系統(tǒng)經(jīng)歷了5級(jí)大風(fēng)、零下33℃的極端考驗(yàn)。八鋼熔融還原煉鐵工程主塔體結(jié)構(gòu)、耐火材料砌筑兩大爐體、四根發(fā)生煤氣管道、還原鐵下降管道的越冬措施經(jīng)受了考驗(yàn)。

圖5保溫棚內(nèi)外溫度對(duì)比

圖6塔架保溫棚高度垂直方向溫度變化

24 小時(shí)測(cè)溫12次，每2小時(shí)測(cè)溫一次。測(cè)溫點(diǎn)選擇在距離取暖燃燒爐及蒸汽鋼排管遠(yuǎn)端，最低點(diǎn)位置在5℃，取3～5點(diǎn)平均溫度作為測(cè)量確認(rèn)值，經(jīng)過(guò)140天的測(cè)溫記錄見圖5、圖6。

保溫棚內(nèi)外溫度對(duì)比是暖棚內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的對(duì)比曲線見圖5。溫度的變化保證與垂直高差及環(huán)境溫度變化有極大關(guān)系。垂直方向溫度變化的主塔體垂直高度方向火爐數(shù)量與溫度變化對(duì)比見圖6。

270 萬(wàn)元的投入確保了7900余萬(wàn)元還原爐汽化爐體耐材安全越冬，保溫措施費(fèi)用占投資費(fèi)用的3.4%，并且確保了工期按時(shí)按照節(jié)點(diǎn)開工。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)COREX爐體耐材冬季保溫措施及實(shí)踐，筆者認(rèn)為在具體實(shí)施中要注意以下事項(xiàng)：

（1）高空臨時(shí)保溫措施要注意高度風(fēng)載的影響，在考慮臨時(shí)圍護(hù)的強(qiáng)度及安全性質(zhì)同時(shí)要考慮風(fēng)損的維護(hù)修復(fù)施工。

（2）火爐方式點(diǎn)火取暖須控制燃料的使用，確保廢氣的及時(shí)排放，對(duì)產(chǎn)生的有害介質(zhì)要密切監(jiān)測(cè)。

（3）在耗熱計(jì)算中針對(duì)大體積、大空間保溫平衡期與初期提供熱量的控制要計(jì)算到蓄熱體所蘊(yùn)含的能量。根據(jù)區(qū)域歷史極限溫度的趨勢(shì)及主導(dǎo)風(fēng)向的影響，進(jìn)行環(huán)境溫度調(diào)整操作。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，確保安全檢查、巡檢、值班制度有效。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]J.P.霍爾曼著，馬慶芳，馬重芳，王興國(guó)譯.傳熱學(xué).北京：人民教育出版社，1980.

Measures of COREX Furnace Body Heat Preservation in W inter

TIANGuo
（Ironmaking Branch,Bayi Iron&SteelCo.,BaosteelGroup)

Duringmolten iron technology construction,themain refractory of COREX furnace body facewinter cold environment.So somemeasures of suitable for resistance to cold and preventing cold heating insulation technology were adopted.COREX furnacebody hasweathered through the cold winter.

severe cold;heatpreservation;engineering construction

TF557

B

1672—4224（2014）01—0047—05