環(huán)形加熱爐烘爐過(guò)程爐底澆注料爆裂原因及解決措施

韓奇生，薛鴻雁，李彩霞，石 超

（1.焦作金鑫恒拓新材料股份有限公司，河南 焦作454450；2.黃岡市中洲煊達(dá)窯爐有限公司，湖北 黃岡438000）

爐底耐火澆注料采用超微粉技術(shù)， 襯體內(nèi)部微孔被充分填充，相對(duì)較致密，缺少排氣通道，在烘爐過(guò)程中因烘爐曲線(xiàn)不合理或烘爐方案設(shè)計(jì)不完善，造成近年來(lái)環(huán)形加熱爐烘爐過(guò)程頻繁出現(xiàn)爐底耐火澆注料烘烤爆裂現(xiàn)象， 本文以某設(shè)計(jì)公司在兩個(gè)鋼鐵企業(yè)無(wú)縫鋼管環(huán)形加熱爐的兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)， 分別采用300 ℃以前使用烘爐管預(yù)烘烤，300℃以后切換爐本體燒嘴烘爐， 和直接采用爐本體燒嘴烘爐兩種方式，過(guò)程控制有序，基本符合烘爐指導(dǎo)曲線(xiàn)要求，順利完成，效果良好。

1 環(huán)形加熱爐新建、大修烘爐概況

新建環(huán)形加熱爐建設(shè)存在計(jì)劃性，建設(shè)周期長(zhǎng)，300 ℃以前烘爐一般采用天然氣烘爐管進(jìn)行， 烘爐管布置在爐底， 爐底處于靜止?fàn)顟B(tài)；300 ℃保溫以后，適當(dāng)降溫撤出烘爐管，開(kāi)啟爐本體燒嘴，爐底開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，烘爐周期一般15 d 左右，升溫緩慢，極少出現(xiàn)爐襯澆注料爆裂現(xiàn)象；大修項(xiàng)目工期緊，烘爐周期一般8 d 左右，升溫較快，如果曲線(xiàn)不合理或烘爐方案不完善，易出現(xiàn)爐襯澆注料烘烤爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2 目前環(huán)形加熱爐烘爐過(guò)程中存在的問(wèn)題

300 ℃以前采用烘爐管烘爐， 烘爐管在爐底支撐墊高抬起，環(huán)繞爐底分布；這種烘爐方式靠烘爐管均勻分布的天然氣噴孔提供熱源， 低溫階段相對(duì)可控， 但爐門(mén)口和局部死角低溫階段很難達(dá)到烘烤效果， 造成死角的原因是爐門(mén)口作為烘爐燃?xì)馊紵峁㎡2的進(jìn)風(fēng)口，溫度提升緩慢，往往出現(xiàn)局部烘烤不到位， 在切換爐本體燒嘴后易出現(xiàn)爐底澆注料爆裂問(wèn)題。 圖1 為爐門(mén)口爐底澆注料爆裂照片。

圖1 爐門(mén)口爐底澆注料爆裂照片

直接采用爐本體燒嘴烘烤模式， 爐底自烘爐開(kāi)始處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。 環(huán)形爐燒嘴主要分布在加熱段和均熱段，預(yù)熱段沒(méi)有燒嘴，在中、低溫烘爐階段溫度一直偏低，按照烘爐曲線(xiàn)執(zhí)行，實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)局部假烘烤，當(dāng)沒(méi)有達(dá)到實(shí)際烘烤效果的爐底部位，轉(zhuǎn)動(dòng)到高溫?zé)靽娍谔帟r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)澆注料爆裂現(xiàn)象；由于燒嘴處溫度偏高，低溫火焰不好掌握，爐底在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)高溫段與低溫段脈沖式火焰沖擊，易出現(xiàn)爐底澆注料烘烤爆裂。圖2 為爐底澆注料爆裂照片。

圖2 爐底澆注料爆裂照片

環(huán)形爐溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在側(cè)墻或者頂部，由于烘爐初期上下溫差偏大， 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能夠代表爐底實(shí)際烘烤數(shù)據(jù)， 按烘爐曲線(xiàn)執(zhí)行往往爐底局部沒(méi)有達(dá)到有效烘烤。 根據(jù)圖3 顯示[1]，100 ℃以后飽和蒸汽壓隨著溫度增長(zhǎng)而倍增， 如果爐底澆注料沒(méi)有達(dá)到有效烘烤的部位瞬間接觸高溫， 內(nèi)部蒸汽壓瞬間升高， 襯體內(nèi)部氣孔通道不能有效釋放蒸汽壓力，此時(shí)襯體強(qiáng)度達(dá)不到抵抗內(nèi)部蒸汽壓力的能力，爆裂繼而產(chǎn)生。這就充分說(shuō)明，常規(guī)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照規(guī)定曲線(xiàn)所反饋的溫度數(shù)據(jù)不能夠代表全局， 應(yīng)設(shè)置臨時(shí)烘爐溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)或增加人工監(jiān)測(cè)工作。

圖3 水系的蒸汽壓隨溫度變化圖

3 烘爐曲線(xiàn)及測(cè)溫設(shè)備布置方法

圖4 為8 d 烘爐曲線(xiàn)，在1000 ℃保溫完畢后自由升溫至1200 ℃，根據(jù)以往數(shù)據(jù)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)烘爐爆裂溫度一般發(fā)生在600 ℃以前， 即便是600℃以后烘烤過(guò)程耐材爆裂也屬于600 ℃以前烘烤不得當(dāng)， 所以本文對(duì)烘烤溫度分析只做到600 ℃保溫完畢，600 ℃以后的數(shù)據(jù)不再做具體分析。

圖4 8 d 的烘爐曲線(xiàn)圖

原烘爐溫度檢測(cè)設(shè)備分布在爐頂， 相對(duì)整個(gè)爐頂分布并不均勻， 靠爐頂溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)執(zhí)行烘爐曲線(xiàn)，低于10 d 的烘爐曲線(xiàn)且采用爐本體燒嘴的烘爐方案，爐底澆注料經(jīng)常出現(xiàn)爆裂。本方案采用在內(nèi)環(huán)、 外環(huán)各溫度區(qū)域均勻布置臨時(shí)烘爐溫度檢測(cè)點(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)布置在距爐底200 mm 高度（見(jiàn)圖5），增加出鋼段人工爐底檢測(cè)點(diǎn)（采用量程為-50～1150℃的紅外測(cè)溫儀）， 禁止火焰直接噴吹測(cè)溫監(jiān)測(cè)設(shè)備，制定完善的烘爐方案，目的是使?fàn)t底澆注料的實(shí)際烘烤溫度符合或更接近于指導(dǎo)曲線(xiàn)， 避免出現(xiàn)死角，在較短的烘烤時(shí)間內(nèi)達(dá)到烘爐效果。

圖5 環(huán)形爐分區(qū)及測(cè)溫監(jiān)測(cè)設(shè)備布置示意圖

4 烘爐現(xiàn)場(chǎng)所采集的數(shù)據(jù)分析圖

4.1 300 ℃以前烘爐管烘爐

圖6 為300 ℃以前采用烘爐管烘爐方式的溫度曲線(xiàn)圖。本階段爐底是靜止?fàn)顟B(tài)，爐頂溫度高于爐底溫度，爐底溫度曲線(xiàn)更貼近于理論曲線(xiàn)。對(duì)比各溫度段實(shí)際溫度曲線(xiàn)與指導(dǎo)曲線(xiàn)， 發(fā)現(xiàn)爐頂溫度略高于指導(dǎo)曲線(xiàn)20 ℃左右，符合控制要求。 烘爐管均勻分布，依靠爐底溫度檢測(cè)點(diǎn)執(zhí)行指導(dǎo)曲線(xiàn)，消除了過(guò)去爐底與爐頂較大溫差而帶來(lái)的底部烘烤死角問(wèn)題，所以整個(gè)過(guò)程烘爐實(shí)際溫度曲線(xiàn)符合烘爐曲線(xiàn)要求，溫度上升平穩(wěn)，操控靈活。

圖6 300 ℃以前烘爐管烘爐各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)分析圖（項(xiàng)目一）

4.2 烘爐管300 ℃烘烤完畢切換爐本體燒嘴烘爐

根據(jù)圖7 中（a）、（d）數(shù)據(jù)分析圖顯示，預(yù)熱段、出鋼段實(shí)際溫度低于指導(dǎo)溫度， 主要因?yàn)閮蓞^(qū)域沒(méi)有燒嘴提供熱源， 要靠加熱段和均熱段的升溫來(lái)帶動(dòng)；圖7（b）、（c）數(shù)據(jù)分析圖顯示，加熱段、均熱段溫度基本符合曲線(xiàn)要求。升溫過(guò)程爐頂溫度偏高，初期上下溫差偏大， 爐底與爐頂溫度偏差達(dá)60 ℃左右，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，爐襯逐步蓄熱，上下溫差逐步縮小，基于前期已經(jīng)過(guò)了300 ℃的烘爐管烘烤，雖有波動(dòng)，但也處于安全、可控狀態(tài)。 600 ℃保溫完畢后基本度過(guò)了澆注料烘烤爆裂風(fēng)險(xiǎn)期。

4.3 直接采用爐本體燒嘴烘爐模式

直接采用爐本體燒嘴烘爐，爐底處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；通過(guò)圖8 中（a）、（d）分析圖顯示，實(shí)際溫度曲線(xiàn)均低于指導(dǎo)曲線(xiàn)，同樣為兩區(qū)域沒(méi)有燒嘴提供熱源，要靠加熱段和均熱段的升溫來(lái)帶動(dòng)。圖8 中（b）、（c）分析圖顯示，爐頂溫度明顯高于指導(dǎo)溫度，爐底基本符合指導(dǎo)曲線(xiàn)要求。

圖7 300 ℃以后開(kāi)啟爐本體燒嘴烘爐各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)分析圖（項(xiàng)目一）

采用8 d 烘爐曲線(xiàn)， 通過(guò)對(duì)測(cè)溫點(diǎn)合理均勻布置，在低溫階段靈活控制，避免數(shù)據(jù)誤導(dǎo)出現(xiàn)的假烘烤，使?fàn)t底澆注料真正實(shí)現(xiàn)了有效烘烤，同樣達(dá)到了烘爐效果。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)烘爐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示， 低溫階段采用烘爐管烘爐， 升溫過(guò)程爐底與爐頂溫差在20 ℃左右，相對(duì)平穩(wěn)，實(shí)際溫度曲線(xiàn)與指導(dǎo)曲線(xiàn)基本一致；采用爐本體燒嘴烘烤時(shí)， 升溫過(guò)程爐底與爐頂?shù)臏夭羁蛇_(dá)60 ℃左右， 需要緩慢蓄熱保溫來(lái)縮小相對(duì)溫差；顯然采用爐本體燒嘴烘爐火焰較為猛烈， 容易帶來(lái)瞬間溫差，溫度瞬間變高時(shí)，使?fàn)t襯澆注料內(nèi)部水分蒸汽壓瞬間變大， 澆注料內(nèi)部微孔通道不能夠滿(mǎn)足水蒸氣有效釋放， 并且澆注料強(qiáng)度已達(dá)不到束縛內(nèi)部蒸汽壓力的能力，是出現(xiàn)爆裂的根源。不管采用前期烘爐管烘爐的方式還是直接采用爐本體燒嘴烘爐方式，通過(guò)改變以往傳統(tǒng)的烘爐溫度檢測(cè)點(diǎn)，均勻布置合理的烘爐溫度監(jiān)測(cè)位置，控制好低溫階段烘爐，能夠避免因數(shù)據(jù)失真帶來(lái)的烘爐死角， 采用較短的烘爐曲線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)有效烘爐。 兩種烘爐方式相比，300 ℃以前采用烘爐管烘烤的曲線(xiàn)更平穩(wěn)， 更安全可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）環(huán)形加熱爐烘爐，300 ℃以前采用烘爐管烘烤，300 ℃以后再切換爐本體燒嘴烘烤的烘爐方式相對(duì)比較安全、可靠。

（2）環(huán)形加熱爐烘爐溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在靠近爐底處， 以爐底澆注料為烘爐主線(xiàn)可以采用爐本體燒嘴進(jìn)行烘爐，能夠達(dá)到良好的烘爐效果。

圖8 直接采用爐本體燒嘴烘爐各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)分析圖（項(xiàng)目二）