高爐布料溜槽故障分析及長壽化應(yīng)用實踐

張榮軍，于成忠

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山114021）

高爐爐頂布料溜槽是高爐裝料的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生故障，就會直接造成高爐休風(fēng)的惡性事故。高爐布料溜槽耐高溫長壽型技術(shù)一直是國內(nèi)外研究高爐爐頂設(shè)備長壽化的重要課題。隨著大高爐冶煉強度提高，高爐布料時燒結(jié)礦單位時間內(nèi)第一落料點處料流沖擊量增大，且高爐爐喉中心溫度經(jīng)常達到700℃以上，而現(xiàn)有高爐布料溜槽技術(shù)不能完全解決這一問題。

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠3200 m3高爐爐頂布料溜槽曾多次發(fā)生燒損斷裂故障，特別是在2005年12月4日和12月28日新2#高爐、3#高爐分別投產(chǎn)運行后，僅新2#高爐從開爐到2009年上半年爐頂布料溜槽就連續(xù)發(fā)生5起事故，布料溜槽平均壽命只有6個月左右，嚴(yán)重制約了高爐正常生產(chǎn)。研究3200 m3級以上高爐在高冶煉強度下，如何能滿足生產(chǎn)的需要，并有效提高布料溜槽使用壽命，使其適應(yīng)大高爐高強度、高溫冶煉和設(shè)備周期管理的要求，成為煉鐵工作者迫切需要解決的重大課題。

1 布料溜槽使用現(xiàn)狀和存在的問題

1.1 布料溜槽使用現(xiàn)狀

布料溜槽正常生產(chǎn)狀態(tài)是在粗煤氣 （含塵蒸汽、煤氣）環(huán)境下運行，爐頂溫度為150～230℃，爐喉中心溫度約在700℃以上。高爐各批次爐料從料流調(diào)節(jié)閥襯板處沖落到布料溜槽上，下料落差約2.9 m，每座高爐每天上料312批，其中礦石批重82 t，焦炭批重15.97 t，合計每天上礦石12 792 t，焦炭2 491.32 t。 布料溜槽在高爐內(nèi)不斷螺旋式旋轉(zhuǎn)并改變傾角，爐料沿布料溜槽滑向爐內(nèi)。

目前鞍鋼煉鐵高爐使用的布料溜槽按結(jié)構(gòu)來講屬于分體式，即槽身和鵝頭體單獨成體，再用緊固件把合，鵝頭體可重復(fù)利用，兩邊對稱度較好；槽身按襯板制作工藝分為：堆焊合金襯板和鑲嵌硬質(zhì)合金塊襯板2種布料溜槽。鞍鋼使用的布料溜槽槽身主要采用堆焊合金襯板形式，少數(shù)采用鑲嵌合金形式。從鞍鋼實際使用狀況看，堆焊合金襯板的布料溜槽其耐磨耐沖刷性較好，而鑲嵌硬質(zhì)合金塊襯板的布料溜槽卻由于其硬質(zhì)合金塊利用率和基體鋼板本身耐沖刷性之間的矛盾，其應(yīng)用受到限制，使用效果不太理想。

堆焊合金襯板的布料溜槽其形式如圖1所示。布料溜槽的鵝頭體和槽身、保護板之間通過螺栓連接（局部焊接）而組成。鵝頭體、槽身、保護罩等材質(zhì)都是1Cr18Ni9Ti；襯板為堆焊合金；槽體與保護罩間填充隔熱棉材料；緊固螺栓是耐熱不銹鋼，布料溜槽總體長度為4 m。

圖1 堆焊合金襯板的布料溜槽結(jié)構(gòu)圖

1.2 布料溜槽存在的問題

以鞍鋼煉鐵總廠新2#高爐為例，新2#高爐2005年12月4日投產(chǎn)，高爐布料溜槽設(shè)計使用壽命15個月，實際壽命平均只有6個月左右，主要破損形式如下：

（1）下料點處磨穿。2006年9月份年修時發(fā)現(xiàn)布料溜槽在下料點處磨穿，形成Φ150 mm左右的窟窿，因更換及時未造成后果。

（2）襯板與顎部脫離。2007年5月1日7:30新2#高爐非計劃休風(fēng)，11:00發(fā)現(xiàn)布料溜槽的溜槽襯板部分與顎部脫離，立刻組織設(shè)備更換，因備品尺寸誤差耽誤，修風(fēng)時間延長，到5月2日9:30安裝完畢，高爐12:00送風(fēng)，事故造成高爐推遲送風(fēng)14.5 h。2007年5月1日布料溜槽損壞狀況見圖2所示。

（3）下部脫落。2007年10月7日4:09新2#高爐生產(chǎn)不順；至10月8日凌晨，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)布料溜槽異常；9:32非計劃休風(fēng)處理煤氣；13:10開爐頂北大門檢查,發(fā)現(xiàn)布料溜槽本體斷裂,下部掉入爐內(nèi)；18:00布料溜槽更換完畢；18:12高爐送風(fēng)，事故時間為26.06 h。

圖2 布料溜槽損壞狀況

（4）溜槽斷裂。 2008年8月1日3：00，新2#高爐崗位人員發(fā)現(xiàn)爐頂水冷齒輪箱旋轉(zhuǎn)電流突然減小，十字測溫中心點溫度降低，拱頂溫度升高，初步判斷為爐頂布料溜槽問題；7：20高爐開始減風(fēng)；8：45檢查發(fā)現(xiàn)布料溜槽已斷，高爐休風(fēng)更換布料溜槽；17：20送風(fēng)恢復(fù)生產(chǎn)。鞍鋼新2#高爐布 料溜槽使用壽命和破損原因見表1。

表1 鞍鋼新2#高爐布料溜槽使用壽命和破損原因

2 布料溜槽損壞主要原因分析

通過對鞍鋼3200 m3高爐多次發(fā)生事故的布料溜槽檢查發(fā)現(xiàn)，布料溜槽損壞的主要原因是：

（1）鵝頭體與槽體連接螺栓連接強度不足，在長期沖擊負(fù)荷和熱應(yīng)力作用下螺栓孔拉長斷裂，連接失效，是襯板與顎部脫離的主要原因。

（2）外側(cè)護板不能承受爐喉中心高溫、煤氣流周期沖刷而發(fā)生燒損脫落，造成溜槽整體抗彎強度下降，槽體鋼板變形而失效，是溜槽下部脫落和斷裂的主要原因。

（3）布料溜槽內(nèi)耐磨襯板不能承受大料流沖擊磨損，是下料點磨損的主要原因。

鞍鋼以往2580 m3高爐布料溜槽損壞原因主要集中在布料溜槽內(nèi)耐磨襯板不能承受大料流沖擊和滑移磨損，導(dǎo)致使用壽命降低。3200 m3高爐和2580 m3高爐布料溜槽損壞的主要原因差別是冶煉強度不同，從而導(dǎo)致爐喉中心溫度和中心氣流不同。

3 布料溜槽改進措施

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為[1]，布料溜槽的內(nèi)表面鋪設(shè)耐磨襯板，高爐爐料從料流調(diào)節(jié)閥下落到布料溜槽鵝頭端部的耐磨襯板上，再通過耐磨襯板的工作表面滑向爐內(nèi)布料。因此布料溜槽的使用壽命是由鑲嵌在布料溜槽內(nèi)的耐磨襯板的使用壽命決定的。但是生產(chǎn)實踐表明，3200 m3級高爐布料溜槽的使用壽命不僅與耐磨襯板的使用壽命相關(guān)，而且在很大程度上取決于布料溜槽外殼體的耐高溫腐蝕沖刷的能力[2]。

針對3200 m3高爐布料溜槽損壞原因分析，綜合考慮布料溜槽的整體剛度、耐高溫腐蝕輻射性能和布料溜槽重量，以及設(shè)備成本等因素，在現(xiàn)有的堆焊合金襯板布料溜槽基礎(chǔ)上進行改進，以提高布料溜槽壽命，使之適應(yīng)高爐冶煉和設(shè)備周期檢修的需求。具體措施如下：

（1）增強布料溜槽鵝頭體和槽體的連接強度。布料溜槽鵝頭體材料、厚度不變，鵝頭體沿槽體方向延長一定長度，同時鵝頭體與槽體連接處的緊固螺栓直徑增大，數(shù)量增加一倍，增加連接強度，并在緊固螺栓靠近爐內(nèi)一側(cè)增加1Cr18Ni9Ti保護罩，減少熱輻射對螺栓連接性能的影響。

（2）徹底改變布料溜槽外保護殼體結(jié)構(gòu)，提高抗熱輻射腐蝕強度。改變原有布料溜槽外層護板和中間層之間添加隔熱棉的結(jié)構(gòu)，取消外層保護板和隔熱棉設(shè)計，適當(dāng)增加中間層板厚度后，對布料溜槽槽體熱輻射面的緊固螺栓采取增加防護罩的保護措施，并沿布料溜槽槽體方向設(shè)置一定數(shù)量的加強方鋼筋板，在圓周方向分割成小塊區(qū)域焊接不銹鋼鉚固釘并填充鋼纖維，增加耐高溫澆注材料（耐溫1 000～1 200℃），提高布料溜槽的整體剛度和熱輻射面的耐熱性,適應(yīng)高爐高溫高強度冶煉要求。

（3）增強布料溜槽第一落料點耐料流沖擊性能，延長布料溜槽襯板整體壽命。在第一落料點處的階梯耐磨襯板層上增加一種可拆換的加厚堆焊合金耐磨襯墊，提高料流的沖擊磨損能力，可拆換的焊接合金耐磨襯墊整體直接插入階梯耐磨襯板層之間連接，使布料溜槽更易于維護。

4 改進布料溜槽應(yīng)用效果

在原有堆焊合金襯板布料溜槽基礎(chǔ)上，新改進的耐高溫長壽型高爐布料溜槽在2009年9月鞍鋼新1號高爐年修中首次投入使用后，運行至2010年10月年修下線更換，高爐布料溜槽使用壽命達到14個月，比改進前延長9個月，可以滿足3200 m3高爐高溫高強度的冶煉需求，沒有產(chǎn)生熱變形燒損事故，達到預(yù)期效果。目前該類型布料溜槽在鞍鋼本部高爐已推廣使用，經(jīng)過連續(xù)多年的實踐檢驗，基本滿足高爐高溫冶煉的需求。新型布溜槽3個月和14個月下線狀態(tài)分別見圖3和圖4所示。

圖3 新型布料溜槽在線3個月狀態(tài)

圖4 新型布料溜槽14個月下線狀態(tài)

5 結(jié)論

（1）3200 m3級高爐布料溜槽的使用壽命不僅與耐磨襯板的使用壽命相關(guān)，而且在很大程度上取決于布料溜槽外殼體的耐高溫腐蝕沖刷的能力，這與以往2580 m3級及以下高爐布料溜槽使用壽命有著很大不同。

（2）改進的布料溜槽能夠滿足3200 m3高爐高強度高溫冶煉要求，具有耐高溫輻射、抗大料流沖擊磨損性能，適應(yīng)鞍鋼高爐高溫、高強度冶煉需求，實現(xiàn)高爐布料溜槽耐高溫長壽化的要求，達到預(yù)期長壽目標(biāo)，取得良好的經(jīng)濟效益，有利于實現(xiàn)高爐設(shè)備周期化管理和高爐的穩(wěn)定運行，在鞍鋼高爐和國內(nèi)外高爐大冶煉中極具推廣價值。

（3）布料溜槽使用壽命與高爐爐頂溫度、中心煤氣流都有著直接相關(guān)性。由于布料溜槽所用1Cr18Ni9Ti材質(zhì)本身性能的限制，建議高爐爐喉中心溫度最好不要長時間超過600℃，同時謀求合理的爐頂中心煤氣流分布，因為中心煤氣流過盛，雖然爐頂溫度在正常范圍內(nèi)，但在中心卻存在局部溫度過高區(qū)域，而中心煤氣流正對布料溜槽上部（斷裂位置）。因此布料溜槽上部如何減緩高溫煤氣流的沖刷，也是我們面臨的新課題。

[1] 高曉松，高曉柏．長壽命布料溜槽的研制[J]．中國設(shè)備工程，2005（4）： 31-32．

[2]張洪宇，于成忠，趙長城.鞍鋼新2號高爐布料溜槽損壞原因[J].煉鐵， 2007（6）： 36-38.