煉鐵廠7 號高爐熱風爐運行維護實踐

陳典舉，胡海波，常學峰

（甘肅酒鋼集團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)計風溫≥1200℃，設(shè)計風量為 5713Nm3/min。采用兩燒一送工作制度，送風時間45 分鐘，熱風爐相關(guān)參數(shù)如下：

表1 7 號高爐熱風爐相關(guān)參數(shù)

2 熱風爐運行存在問題

7 號高爐熱風爐于2011 年3 月6 日投入運行，受高爐爐體冷卻壁破損、熱風爐管道耐火磚脫落，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爐運行維護主要存在一下問題：

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

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

2.2 熱風爐爐底漏風，影響熱風爐熱效率

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

3 熱風爐運行存在問題原因分析

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

3.1 熱風管系設(shè)計不合理

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

3.2 熱風管道內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及指標耐火材料指標設(shè)計不合理

7 號高爐熱風管道工作層采用國標低蠕變高鋁 DRL-145 材質(zhì)，低蠕變高鋁磚耐火度為1450℃，設(shè)計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準磚配砌，三角縫較大，造成環(huán)縫間隙累計誤差較大；未對管道轉(zhuǎn)折處進行補償設(shè)計，而且沒有鎖扣結(jié)構(gòu)。熱風豎管進出口、熱風圍管轉(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，最終脫落。

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

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

結(jié)合熱風爐爐底結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和內(nèi)部檢查分析，熱風爐爐底漏風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熱風爐煙道、冷風管系設(shè)計不合理，如熱風爐煙道和冷風管道都未設(shè)置補償器，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 熱風管道砌筑施工不規(guī)范，施工時留有隱患

7 號高爐熱風系統(tǒng)砌筑時間在2010 年11 月～2011 年2 月，氣溫達到-10℃以下。雖然采取保溫措施進行砌筑，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到30mm。

4 熱風爐運行隱患優(yōu)化治理

（1）合理設(shè)計熱風管系結(jié)構(gòu)，保證熱風系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：①熱風支管采用三角形大拉桿技術(shù)，不僅能夠承受熱風支管波紋補償器產(chǎn)生的巨大盲板力，而且由于三角形拉桿作用點遠離熱風出口，從而大大降低了熱風出口爐殼的受力、減少其變形。大拉桿的界面采用特殊設(shè)計，能夠上下變形，從而吸收熱風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。熱風爐爐殼上設(shè)置的環(huán)形加強箍也對提高熱風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，加強了對爐內(nèi)耐火材料的穩(wěn)定支撐；②高爐與熱風豎管間、熱風爐框架內(nèi)熱風主管熱風主管的分段拉桿改為通長拉桿、同時在管道端頭補償器采用壓力平衡結(jié)構(gòu)，消除拉桿伸長對管系的影響，同時在熱風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，保證熱風支管與熱風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；同時波紋補償器膨脹縫處，耐火磚采取特殊的導(dǎo)流磚結(jié)構(gòu)保護陶瓷纖維氈。

（2）合理設(shè)計熱風內(nèi)襯砌筑結(jié)構(gòu)，選用指標性能較高的耐火材料，確保熱風爐耐火材料的結(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)計所選耐火磚耐火度富余量較大；根據(jù)熱風溫度要求，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，在滿足熱風流通面積的同時，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，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熱風支管采用總支管偏心設(shè)計，盡可能提高熱風總-支管組合磚的穩(wěn)定，具體結(jié)構(gòu)見圖14；④熱風豎管進出口、熱風圍管轉(zhuǎn)折處、人孔部位均設(shè)置組合磚，熱風管道采用轉(zhuǎn)折設(shè)計、砌筑，設(shè)計增加耐火磚鎖扣高度；熱風出口采用多層獨立沉降結(jié)構(gòu)的組合磚結(jié)構(gòu)；或者熱風出口設(shè)計為完整的四環(huán)結(jié)構(gòu)，本體磚上漲時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)之間錯縫設(shè)計。

（3）熱風爐爐底板跑風隱患治理，重點對查找卻跑風的源頭，綜合考慮熱風爐爐底設(shè)計施工，確保熱風爐爐底板施工質(zhì)量：①拆除熱風爐爐底耐火材料，找漏風焊縫，如發(fā)現(xiàn)漏風點則進行補焊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對熱風爐煙道、冷風管道進行建模分析，增設(shè)必要的波紋補償器，降低管系應(yīng)力。

（4）嚴格熱風爐耐火材料施工質(zhì)量，消除施工留下的缺陷隱患。對熱風爐內(nèi)部隱蔽部位耐火材料施工實行旁站盯控，做好施工過程的“三檢制”質(zhì)量管控：嚴格按照圖紙設(shè)計、《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收規(guī)范》要求做好熱風管道施工質(zhì)量驗收。

5 熱風爐隱患治理優(yōu)化效果評價

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

表2 7 號高爐熱風爐改造前后相關(guān)參數(shù)

7 號高爐熱風爐隱患治理優(yōu)化實施后，高爐熱風溫度提高50℃，送風周期延長0.43 小時，總周期延長1.3 小時，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；改造后熱風爐作業(yè)效率大幅提升，同時降低了熱風爐燒爐時的能源消耗，實現(xiàn)了安全高效運行。

6 結(jié)語

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