熱風(fēng)爐大中修后波紋補(bǔ)償器損壞原因調(diào)查

王 磊

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道是高溫高壓管道，包括熱風(fēng)總管、熱風(fēng)支管(即熱風(fēng)出口短節(jié))、熱風(fēng)環(huán)管等，熱風(fēng)管道在使用過程中受力情況較為復(fù)雜，有溫差應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和盲板力等，因此在熱風(fēng)管道的適當(dāng)位置都安裝有適量的波紋補(bǔ)償器。波紋補(bǔ)償器的主要作用就是吸收熱風(fēng)管道因溫度和壓力變化而引起的膨脹和收縮，進(jìn)行位移補(bǔ)償，還具有減震、抗沖擊的性能，保證熱風(fēng)管道結(jié)構(gòu)的安全。馬鋼4080 m高爐配置有4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，每座熱風(fēng)爐通過熱風(fēng)短管與熱風(fēng)總管連接，短管上設(shè)置有波紋補(bǔ)償器。2017年12月，馬鋼煉鐵總廠A號(hào)4080 m高爐正式進(jìn)行停爐中修。本次中修對(duì)熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱風(fēng)圍管三叉口至熱風(fēng)總管尾部耐材及與四座熱風(fēng)爐之間波紋管補(bǔ)償器耐材進(jìn)行了更換。2018年元月10日高爐復(fù)產(chǎn)后一個(gè)月內(nèi)，1、2、3熱風(fēng)爐波紋補(bǔ)償器相繼出現(xiàn)法蘭面跑風(fēng)、波紋管發(fā)紅變形等現(xiàn)象。盡管采取了加氣加水冷卻、補(bǔ)焊和打抱箍灌漿密封等措施，但還是極大地制約了熱風(fēng)爐的供風(fēng)能力。為了解決這個(gè)難題，于2018年7月至9月，在高爐正常生產(chǎn)情況下，根據(jù)波紋管受損程度，依次對(duì)2、3、1熱風(fēng)爐波紋補(bǔ)償器進(jìn)行了更換。本文以1#熱風(fēng)爐波紋補(bǔ)償器更換下來后的拆解研究為例，分析了熱風(fēng)爐大中修后波紋補(bǔ)償器損壞的原因。

1 波紋管拆除檢查

1.1 波紋補(bǔ)償器溫度趨勢

2018年4月8日檢查發(fā)現(xiàn)A爐1#熱風(fēng)支管波紋管(靠燃燒室側(cè))溫度近300 ℃，架設(shè)風(fēng)管冷卻至210 ℃左右，后期再次出現(xiàn)上升，溫度超250 ℃以上且范圍擴(kuò)大，加風(fēng)管冷卻無法控制，5月30 日加霧化水冷卻，控制溫度在200 ℃以內(nèi)。7月6日該波紋管(靠熱風(fēng)閥側(cè))溫度高達(dá)275 ℃左右，架風(fēng)管冷卻至200 ℃左右。9月5日該波紋管進(jìn)行更換。

1.2 更換作業(yè)

更換時(shí)發(fā)現(xiàn)新?lián)Q上的波紋管與熱風(fēng)出口的短管中心位置有較大偏差，波紋管往南偏移80-100 mm。

1.3 拆除前檢查情況

1.3.1 外部檢查情況

從波紋管靠燃燒室側(cè)端面觀察，可以明顯看見波紋管內(nèi)部三道較大環(huán)縫，其中1、3縫各距端面3塊磚的位置，對(duì)應(yīng)外部為波紋的中間位置；2縫為設(shè)計(jì)預(yù)留膨脹縫，內(nèi)部充填的纖維棉。端面上部第二和第三層輕質(zhì)磚之間有較大縫隙(見下圖1)。波紋管有兩根小拉桿有變形(見下圖2)。

從波紋管靠熱風(fēng)閥側(cè)端面觀察，端面情況良好。

1.3.2 內(nèi)部檢查情況

在上圖1號(hào)縫位置的頂部和底部，40 cm長的焊條可以全部插入，證明此處縫隙已貫穿全部三層耐火磚層，而此位置也是1熱風(fēng)爐波紋管最先溫度高的位置，和使用情況可以對(duì)應(yīng)。

圖1 波紋管燃燒室側(cè)端面示意圖 圖2 波紋管側(cè)面示意圖

1號(hào)縫頂部有明顯的經(jīng)長時(shí)間熱風(fēng)吹過留下的黑色的炭化痕跡。

2號(hào)縫為砌筑時(shí)所預(yù)留的膨脹縫，內(nèi)部纖維棉保存完整，沒有被熱風(fēng)吹過氧化發(fā)黃發(fā)硬的痕跡，完好。3號(hào)縫頂部寬度1 cm，下部裂縫較小，深度為一塊磚厚度，無明顯貫穿縫。

1.4 拆除后檢查情況

波紋管內(nèi)部耐材由一層工作層高鋁磚，兩層輕質(zhì)磚組成，采取錯(cuò)縫、壓縫的砌筑方式，砌筑結(jié)構(gòu)上不存在從上到下的通縫。

從1號(hào)縫拆除情況看，裂縫最大位置為圓周9點(diǎn)鐘方向，輕質(zhì)磚從中間折斷，形成寬約20 mm的裂縫，并且貫穿下一層輕質(zhì)磚。1號(hào)縫與頂部輕質(zhì)磚斷裂處形成通道，與端面觀察情況相對(duì)應(yīng)。

最內(nèi)側(cè)高鋁磚拆除完畢后輕質(zhì)磚折斷拉開的裂縫情況(如圖3)。A處為寬度20 mm，長度900 mm的裂縫，輕質(zhì)磚破損嚴(yán)重。B處為寬度12 mm，長度1660 mm的裂縫，輕質(zhì)磚從中部斷開。C處裂縫寬度較小5 mm，長度1200 mm。

圖3 輕質(zhì)磚斷裂情況示意圖

2號(hào)膨脹縫下部為本次中修后改進(jìn)磚型(壓縫磚)，砌筑范圍約為圓環(huán)的270°，拆除后表面干凈，內(nèi)部纖維棉保存完好。3號(hào)縫內(nèi)部輕質(zhì)磚同樣從中間位置斷開，縫隙約10 mm，導(dǎo)致后期此部位波紋管溫度升高。

2 調(diào)查初步結(jié)果和原因分析

根據(jù)波紋管拆除前后檢查情況來看，整個(gè)熱風(fēng)短管的砌筑質(zhì)量沒有太大的問題。

膨脹縫(2處縫隙)情況較好，內(nèi)部纖維棉及第二層壓縫磚都完好，無明顯熱風(fēng)通過痕跡，表面干凈，該處磚型也沒有問題。

靠燃燒室側(cè)裂縫(1處縫隙)寬度最大20 mm，內(nèi)部輕質(zhì)磚從中間折斷，破壞最嚴(yán)重，裂縫處有明顯的熱風(fēng)長期通過的痕跡?？繜犸L(fēng)閥側(cè)裂縫(3處縫隙)也為輕質(zhì)磚中間折斷但是寬度較1處裂縫略小10 mm，內(nèi)部泥漿有輕微氧化痕跡。根據(jù)以上現(xiàn)象，初步分析判斷波紋管溫度高是由于波紋管受到外力作用發(fā)生形變，致使內(nèi)部輕質(zhì)磚受不同方向的力從中間折斷形成通道，在送風(fēng)過程中熱風(fēng)通過縫隙使鋼結(jié)構(gòu)表面溫度升高使鋼殼發(fā)紅。

在波紋管砌筑完成到安裝使用的過程中，外力主要來源有以下幾方面：

波紋管吊裝過程中的受力；

與熱風(fēng)出口側(cè)法蘭校正時(shí)短管重量對(duì)波紋管的向下拉扯受力；

預(yù)留安裝縫(14 mm)法蘭墊圈安裝完畢后緊固螺栓時(shí)不均勻?qū)Σy管的拉伸受力；

熱風(fēng)爐投用后熱風(fēng)總管向南側(cè)位移，使波紋管扭曲變形受力。

經(jīng)與現(xiàn)場人員核實(shí)，在波紋管砌筑完成后的吊裝和短管組對(duì)過程中，均進(jìn)行過檢查，波紋管內(nèi)耐材砌體表面無異常，基本可以排除。從1#熱風(fēng)爐從元月10日投用到4月8日溫度升高發(fā)紅的表現(xiàn)來判斷，本次熱風(fēng)短管波紋管發(fā)紅的原因是在生產(chǎn)過程中總管位移帶動(dòng)波紋管發(fā)生形變壓迫內(nèi)襯輕質(zhì)磚折斷開裂形成熱風(fēng)通道而發(fā)紅的。

3 結(jié)論

熱風(fēng)爐系統(tǒng)大中修復(fù)產(chǎn)后熱風(fēng)總管、波紋補(bǔ)償器、熱風(fēng)爐本體各部分之間的狀態(tài)不同，受熱脹冷縮影響導(dǎo)致的位移量不同，容易導(dǎo)致熱風(fēng)總管與熱風(fēng)爐之間波紋補(bǔ)償器受扭力影響壽命異常變短。

熱風(fēng)短管波紋補(bǔ)償器的砌筑質(zhì)量及安裝都會(huì)對(duì)其壽命產(chǎn)生影響。保證砌筑質(zhì)量的情況下，安裝過程中的碰撞、拉伸都會(huì)使內(nèi)部耐材砌體間產(chǎn)生間隙，形成熱風(fēng)通道導(dǎo)致鋼殼發(fā)紅。

大中修結(jié)束后，熱風(fēng)爐系統(tǒng)各部分之間的位移如何吸收以及修正至關(guān)重要。熱風(fēng)爐本體徑向位移以及總管橫向位移都需固定，否則熱風(fēng)支管波紋補(bǔ)償器無法吸收這些位移會(huì)使內(nèi)部耐材發(fā)生斷裂，導(dǎo)致波紋管過熱發(fā)紅，壽命變短。