干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)在線修復(fù)與維護(hù)

朱慶廟 ，龐克亮 ，侯士彬 ，王超 ，武吉

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山114021）

干熄焦（CDQ）是通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)將冷的惰性氣體鼓入干熄爐內(nèi)，與熾熱紅焦換熱后將焦炭冷卻，而吸收了紅焦顯熱的惰性氣體再將熱量傳遞給鍋爐產(chǎn)生蒸汽，最終冷卻后的惰性氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐循環(huán)使用。干熄焦有兩個(gè)高溫矩形膨脹節(jié)，分別位于干熄焦一次除塵與鍋爐、干熄爐之間的連接處，用于吸收一次除塵砌體與鍋爐入口砌體、干熄爐砌體與一次除塵砌體間的熱膨脹，消除三個(gè)主體設(shè)施間的相對(duì)位移。其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中容易損壞，出現(xiàn)內(nèi)部澆筑料脫落、膨脹節(jié)整體燒毀泄漏等問(wèn)題。鞍鋼股份有限公司煉焦總廠（以下簡(jiǎn)稱煉焦總廠）4#125 t/h干熄焦生產(chǎn)系統(tǒng)于2008年10月投產(chǎn)運(yùn)行。在2012年8月干熄焦大修檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)干熄爐與一次除塵之間的膨脹節(jié)在頂部位置出現(xiàn)了局部脫落，經(jīng)過(guò)澆筑后繼續(xù)生產(chǎn)。在2014年9月大修檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)同樣位置的澆筑料脫落，影響干熄焦的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，文中對(duì)干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)的損壞原因進(jìn)行了分析，并提出了膨脹節(jié)在線修復(fù)與維護(hù)技術(shù)，實(shí)踐效果良好。

1 干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)損壞原因分析

1.1 一次除塵系統(tǒng)溫度波動(dòng)

在干熄焦系統(tǒng)正常生產(chǎn)情況下，干熄爐出口（即膨脹節(jié)處）溫度應(yīng)保持在950～1 000℃左右。當(dāng)焦?fàn)t、干熄爐定修或遇到生產(chǎn)故障連續(xù)停產(chǎn)4 h以上時(shí)，干熄爐出口溫度將會(huì)降低到700～800℃，熱脹冷縮將會(huì)造成膨脹節(jié)內(nèi)襯表面澆筑料開(kāi)裂，降溫幅度越大，澆筑料損壞程度越大。待恢復(fù)正常生產(chǎn)后，高溫循環(huán)氣體由澆筑料裂縫處竄入內(nèi)部，長(zhǎng)時(shí)間的侵蝕作用會(huì)燒壞澆筑料內(nèi)部掛件的焊接點(diǎn)，隨著澆筑料內(nèi)部掛件不斷損壞掉落，膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料失去掛件的懸吊，造成澆筑料局部脫落。由于膨脹節(jié)波紋板外表面沒(méi)有明顯變化，澆筑料局部脫落后不易被發(fā)現(xiàn)，干熄焦系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，損壞處長(zhǎng)時(shí)間受高溫侵蝕及壓力波動(dòng)影響，逐步擴(kuò)大，最終出現(xiàn)矩形膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料的大面積坍塌，直至燒壞膨脹節(jié)表面波紋板，造成膨脹節(jié)主體框架損壞?？梢钥闯?，溫度劇烈波動(dòng)是干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)損壞的直接原因。

1.2 膨脹節(jié)內(nèi)部懸吊掛件設(shè)計(jì)不合理

干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)使用的焊接掛件為倒立的“Y”形結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)只能點(diǎn)焊，焊接在倒立“Y”的腿上，這種連接方式造成澆筑料的承重連接點(diǎn)不牢固，易損壞。

1.3 高溫矩形內(nèi)襯澆筑方式有缺陷

一般制作干熄爐矩形膨脹節(jié)時(shí)，應(yīng)在地面施工，先按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸焊接制作框架，框架制作完成后，在波紋管內(nèi)部焊接“Y”形內(nèi)部掛件，然后對(duì)矩形膨脹節(jié)內(nèi)部“Y”形掛件進(jìn)行澆筑施工。施工時(shí)，要求制模澆筑，澆筑料必須完全將內(nèi)部掛件覆蓋住，既保護(hù)內(nèi)部掛件又與其成為一體。同時(shí)，澆筑施工時(shí)必須有輔助震動(dòng)設(shè)備，使?jié)仓暇鶆蛱畛涞街?nèi)，并將澆筑料內(nèi)部氣泡排出，使其澆筑后成為一個(gè)整體，保證澆筑料表面光滑無(wú)裂痕。由于煉焦總廠干熄焦大修時(shí)，矩形膨脹節(jié)采用在線修補(bǔ)方式，工期短且施工難度大，雖然澆筑時(shí)也采用支模澆筑，但整個(gè)施工過(guò)程無(wú)法確保澆筑料內(nèi)部氣泡全部排出，施工質(zhì)量無(wú)法與在地面澆筑相比，且澆筑施工最后在最高點(diǎn)收尾時(shí)，無(wú)法保證澆筑料填充充實(shí)，澆筑料砌體容易出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致整體強(qiáng)度下降，影響內(nèi)襯澆筑料使用壽命。

1.4 膨脹縫預(yù)留不合理或填充不實(shí)

干熄爐高溫矩形膨脹節(jié)位于干熄爐和一次除塵砌體之間，按照要求各留10 mm膨脹縫。而膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料中間位置需預(yù)留80 mm的膨脹縫，兩處預(yù)留的膨脹縫均需使用陶瓷纖維氈填塞密封。在實(shí)際施工時(shí)，膨脹縫內(nèi)雖填充了陶瓷纖維氈，但未進(jìn)行壓實(shí)或膨脹縫預(yù)留過(guò)大。在干熄焦正常生產(chǎn)過(guò)程中，膨脹縫內(nèi)未填滿壓實(shí)的陶瓷纖維氈被1 000℃左右的高溫循環(huán)氣體燒成棉絮狀，之后被高溫?zé)煔庵鸩角治g，導(dǎo)致膨脹縫填充料被抽空，進(jìn)而循環(huán)氣體竄入膨脹節(jié)澆筑料上部的波紋管內(nèi)，加速內(nèi)襯的損壞，造成膨脹節(jié)燒損。

2 在線修復(fù)與維護(hù)技術(shù)措施

2.1 減少一次除塵系統(tǒng)溫度波動(dòng)

干熄焦系統(tǒng)整體實(shí)行連續(xù)排焦制度，進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)，杜絕干熄焦系統(tǒng)頻繁升、降溫，避免由于焦?fàn)t檢修造成鍋爐入口膨脹節(jié)溫度波動(dòng)。調(diào)整空氣導(dǎo)入氣動(dòng)閥開(kāi)度時(shí)，每次不允許超過(guò)2%，嚴(yán)格控制空氣導(dǎo)入量的變化速度，避免鍋爐入口負(fù)壓增加過(guò)快。改變排焦振幅時(shí)，要求每次在3%以內(nèi)，且盡量少改變振動(dòng)給料器的振幅，避免冷卻段阻力忽大忽小，影響鍋爐入口負(fù)壓，導(dǎo)致其波動(dòng)過(guò)大，造成系統(tǒng)溫度波動(dòng)。

2.2 膨脹節(jié)內(nèi)部掛件改型

在矩形膨脹節(jié)原有波紋管上表面，重新加鋪一層不銹鋼波紋管，通過(guò)氬弧焊接，進(jìn)一步鞏固膨脹節(jié)密封效果并增加抗高溫強(qiáng)度。在焊接過(guò)程中要求全部滿焊，避免內(nèi)外冷熱氣體竄漏，燒損膨脹節(jié)主體框架。

在干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)部，“Y”形內(nèi)部掛件起懸吊牢固澆筑料的作用，同時(shí)也是使內(nèi)部輕質(zhì)澆筑料和重質(zhì)澆筑料成為一體的保障。“Y”形掛件焊接的牢固程度，直接影響膨脹節(jié)內(nèi)澆筑料的使用壽命。煉焦總廠在現(xiàn)場(chǎng)拆除舊澆筑料時(shí)發(fā)現(xiàn)，很多內(nèi)部掛件出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象，個(gè)別已經(jīng)斷裂脫落，直接危害到膨脹節(jié)的使用壽命。原膨脹節(jié)掛件缺陷見(jiàn)圖1。

圖1 原膨脹節(jié)掛件缺陷圖

針對(duì)這種情況，在焊接新內(nèi)部掛件時(shí)，設(shè)計(jì)了一種新型掛件，改進(jìn)了掛件結(jié)構(gòu)，即在 “Y”形掛件下部增加一根橫筋，改變?cè)瓛旒附臃绞?，采取在整個(gè)橫筋上進(jìn)行整體焊接的方式，并采用加固雙面焊接，增加整體掛件的承重強(qiáng)度。改進(jìn)后掛件焊接方式見(jiàn)圖2。

圖2 改進(jìn)后掛件焊接方式

同時(shí)，對(duì)未脫落的膨脹節(jié)掛件采取兩點(diǎn)焊接的加固方式，增加掛件的焊點(diǎn)，增強(qiáng)掛件的牢固程度，避免每個(gè)掛件只有一點(diǎn)承受澆筑料懸吊的重力，在最大程度上避免掛件由于澆筑料重力及受到高溫?zé)煔馇治g造成的掉落問(wèn)題，充分保障澆筑料的牢固性。未脫落掛件加固焊接方式見(jiàn)圖3。

2.3 改進(jìn)膨脹節(jié)澆筑方式

干熄爐出口高溫矩形膨脹節(jié)澆筑用的耐火材料依然采用設(shè)計(jì)用料，膨脹節(jié)的內(nèi)襯用隔熱輕質(zhì)澆筑料CL-100澆筑，膨脹節(jié)澆筑料外層即與高溫?zé)煔饨佑|面層采用高強(qiáng)度的CZH027澆筑。在支模澆筑過(guò)程中，兩種澆筑料要與新型掛件緊密接觸，使其牢固地成為一體，且在整個(gè)施工過(guò)程中使用振動(dòng)棒震動(dòng)，確保澆筑料均勻澆筑到模具中，同時(shí)也最大程度排除澆筑料內(nèi)部的氣泡，避免因澆筑料內(nèi)部出現(xiàn)空洞，造成膨脹節(jié)強(qiáng)度下降。在最高點(diǎn)收尾澆筑時(shí)，一定要灌滿壓實(shí)并輔助震動(dòng)。澆筑后的砌體表面高出內(nèi)部新型掛件30～50 mm，在干熄焦生產(chǎn)過(guò)程中，確保掛件不直接接觸循環(huán)氣體。

圖3 未脫落掛件加固焊接方式

2.4 膨脹節(jié)膨脹縫密封、養(yǎng)護(hù)與升溫

（1）對(duì)膨脹節(jié)中間膨脹縫部位進(jìn)行密封。在膨脹節(jié)中間膨脹縫部位鋪墊壓實(shí)硅酸鋁纖維氈后，用角型白鋼板壓在硅酸鋁纖維氈上，防止其掉落。將膨脹縫密封用的角型板焊接在膨脹節(jié)的筋板上，并焊接掛件。然后將膨脹節(jié)內(nèi)整體填充硅酸鋁纖維氈并搗打、壓實(shí)，確保開(kāi)工后生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)起到密封隔熱作用，避免高溫?zé)煔膺M(jìn)入膨脹節(jié)內(nèi)部損壞掛件。矩形膨脹節(jié)與兩側(cè)砌體連接處的膨脹縫嚴(yán)格按照80～100 mm的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留，并反復(fù)用陶瓷纖維氈填充、搗打、壓實(shí)，確定不會(huì)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中被抽空。干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)中間部位處理圖見(jiàn)圖4，澆筑完成后的膨脹節(jié)見(jiàn)圖5。

（2）膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑完成后，澆筑料需經(jīng)過(guò)48 h以上的養(yǎng)生時(shí)間。在養(yǎng)生過(guò)程中，系統(tǒng)保持常溫，最后拆除模具對(duì)整體進(jìn)行檢查，將明顯菱角及支模澆筑的接縫處進(jìn)行抹補(bǔ)壓實(shí)，避免在生產(chǎn)過(guò)程中循環(huán)氣體侵蝕存在縫隙的地方導(dǎo)致其擴(kuò)大。

（3）嚴(yán)格按照規(guī)定升溫。在線修復(fù)的膨脹節(jié)對(duì)大修恢復(fù)時(shí)的升溫要求比較高，升溫過(guò)快，容易導(dǎo)致內(nèi)部水分流失過(guò)快，不能等到整體均勻膨脹，造成澆筑料表面龜裂，影響使用壽命；升溫過(guò)慢，則不能很好地驅(qū)除內(nèi)部水分，同時(shí)對(duì)澆筑料耐火材料的使用強(qiáng)度產(chǎn)生影響。因此，干熄爐一定要按照制定的升溫計(jì)劃進(jìn)行升溫，升溫控制標(biāo)準(zhǔn)為5 ℃/h（120 ℃/天）。

圖4 膨脹節(jié)中間部位處理圖

圖5 澆筑完成后的膨脹節(jié)

3 應(yīng)用效果

2014年8月，采取以上技術(shù)措施對(duì)煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)進(jìn)行在線澆筑處理。2017年5月干熄焦大修時(shí)，對(duì)高溫矩形膨脹節(jié)進(jìn)行檢查，未出現(xiàn)澆筑料掉落坍塌現(xiàn)象。復(fù)檢效果見(jiàn)圖6。

圖6 2017年5月復(fù)檢效果圖

由圖6可以看出，經(jīng)32個(gè)月的實(shí)踐檢驗(yàn)，膨脹縫內(nèi)部后填充的石棉氈被高溫氣體侵蝕，但沒(méi)有造成膨脹節(jié)局部高溫?zé)龘p的問(wèn)題，未影響整個(gè)高溫矩形膨脹節(jié)的安全使用。重新填補(bǔ)密封膨脹節(jié)中間部位膨脹縫后繼續(xù)使用，2018年10月，開(kāi)爐檢查效果見(jiàn)圖7，高溫矩形膨脹節(jié)澆筑料仍然牢固，密封嚴(yán)密。

圖7 2018年10月開(kāi)爐檢查效果

煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)在線修復(fù)技術(shù)實(shí)施前后的關(guān)鍵性能參數(shù)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 高溫矩形膨脹節(jié)在線修復(fù)技術(shù)實(shí)施前后關(guān)鍵性能參數(shù)對(duì)比

由表1可以看出，高溫矩形膨脹節(jié)在線修復(fù)技術(shù)延長(zhǎng)了干熄焦系統(tǒng)的年修周期，實(shí)現(xiàn)了干熄焦系統(tǒng)年休周期2年的目標(biāo)，年修時(shí)長(zhǎng)縮短了20%，年修費(fèi)用降低了約41.4%，干熄焦生產(chǎn)效率由98%提升至98.3%。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解決鞍鋼股份有限公司煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料脫落的的問(wèn)題，提出了膨脹節(jié)在線修復(fù)與維護(hù)技術(shù)措施，包括減少鍋爐入口溫度波動(dòng)、膨脹節(jié)內(nèi)部掛件改型、改進(jìn)膨脹節(jié)澆筑方式、增加膨脹節(jié)膨脹縫的密封、強(qiáng)化升溫前養(yǎng)護(hù)與升溫過(guò)程控制等，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。經(jīng)過(guò)32個(gè)月的實(shí)踐檢驗(yàn)表明，此項(xiàng)技術(shù)有效延長(zhǎng)了干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)的使用壽命，能夠滿足干熄焦系統(tǒng)年修周期2年的需求，且使干熄焦系統(tǒng)的年修時(shí)長(zhǎng)縮短了20%，年修費(fèi)用降低了約41.4%，干熄焦生產(chǎn)效率由98%提升至98.3%，保障了干熄焦系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。