熱風(fēng)爐掉磚處理技術(shù)實(shí)踐

陳生利，劉立廣

(廣東韶鋼煉鐵廠，廣東 韶關(guān) 512123)

韶鋼8號(hào)高爐，有效容積3200 m3，2009年投產(chǎn)，配置4座頂燃式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度達(dá)1180 ℃以上。2020年以來，受熱風(fēng)爐內(nèi)部耐材老化、長期溫度應(yīng)力大及熱風(fēng)爐內(nèi)部耐火磚質(zhì)量的影響，熱風(fēng)爐內(nèi)部隔墻、火井墻、拱頂?shù)葏^(qū)域出現(xiàn)不同程度的掉磚現(xiàn)象。部分掉磚被高壓熱風(fēng)吹送至熱風(fēng)閥區(qū)域，掉落在閥槽內(nèi)部，堆積在熱風(fēng)閥閥座上，導(dǎo)致熱風(fēng)閥在送風(fēng)結(jié)束時(shí)無法關(guān)閉。部分碎磚還被高壓熱風(fēng)吹送至高爐風(fēng)口區(qū)域，堵塞至風(fēng)口吹管前段，高爐被迫休風(fēng)清理閥槽卡磚，半年時(shí)間內(nèi)，高爐休風(fēng)率高達(dá)2.0%以上，嚴(yán)重制約了高爐生產(chǎn)。

1 頂燃式熱風(fēng)爐工藝技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 優(yōu)點(diǎn)

韶鋼8號(hào)高爐四座熱風(fēng)爐，均采用雙預(yù)熱裝置，可以實(shí)現(xiàn)高爐煤氣加焦?fàn)t煤氣混合煤氣燃燒，進(jìn)一步提高風(fēng)溫。熱風(fēng)爐位于高爐0°側(cè)，與高爐呈一列式布置，減少了一些附屬設(shè)備，便于熱風(fēng)爐的操作和管理。熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，將煤氣、空氣引入燃燒時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)燒爐煤氣與助燃空氣很好的混合，達(dá)到快速燃燒的目的。采用半噴式短焰燃燒，燃燒能力充足，可以更好的滿足高爐使用高風(fēng)溫的要求，最高風(fēng)溫達(dá)到1220 ℃，年度平均風(fēng)溫1180 ℃。

表1 熱風(fēng)閥卡磚統(tǒng)計(jì)表

四座熱風(fēng)爐均引進(jìn)了新型砌筑結(jié)構(gòu)，拱頂為偏心圓弧設(shè)計(jì)。熱風(fēng)爐操作系統(tǒng)設(shè)置有燃燒控制、送風(fēng)控制、換爐控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全工藝自動(dòng)控制，也可以根據(jù)生產(chǎn)需要切換成手動(dòng)控制。正常生產(chǎn)情況下，送風(fēng)制度采取兩燒兩送模式，單次送風(fēng)時(shí)間大于60 分鐘。

1.2 缺點(diǎn)

受熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)的限制，熱風(fēng)爐各閥門、管道安裝位置較高，日常巡檢及維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大。受標(biāo)高較高的影響，熱風(fēng)閥冷卻水壓要求高，日常使用高壓泵單獨(dú)供水冷卻。

在熱風(fēng)爐燒爐階段，燃燒產(chǎn)生的高溫氣體直接沖刷爐墻及拱頂耐火磚襯，煤氣中的雜質(zhì)成分與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)化合物在高溫下熔融，極易導(dǎo)致拱頂耐材脫落，進(jìn)一步加劇內(nèi)部耐材的破損。熱風(fēng)爐整體高度較高，下步格子磚、內(nèi)墻等長期受巨大載荷作用，時(shí)間久了會(huì)出現(xiàn)變形，加劇了熱風(fēng)爐砌體的破損。

熱風(fēng)爐砌體內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的溫度高達(dá)1400 ℃，而外部溫度較低，內(nèi)部膨脹大，外部膨脹小，導(dǎo)致爐體內(nèi)部受壓應(yīng)力作用，而外部受拉應(yīng)力作用，致使耐火磚的局部易被壓壞破損，拱頂耐材下沉。特別是自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，加上燒爐煤氣壓力波動(dòng)，人工手動(dòng)操作燒爐時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燒爐溫度時(shí)高時(shí)低的現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了熱應(yīng)力對(duì)耐材的破壞作用。

2 韶鋼8號(hào)高爐熱風(fēng)閥卡磚處理技術(shù)

2.1 熱風(fēng)閥卡磚問題調(diào)查

2020年1月，熱風(fēng)閥出現(xiàn)第一次關(guān)不到位現(xiàn)象，起初判斷有多種可能，包括熱風(fēng)閥卡磚、熱風(fēng)閥變形、閥槽區(qū)域有異物等。發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)閥關(guān)不到位后，處理了約30分鐘依然無效，經(jīng)過技術(shù)人員討論決定休風(fēng)處理。發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)閥槽區(qū)域堆積滿了碎磚塊，隨后組織使用壓縮空氣及水冷卻熱風(fēng)短管，打開熱風(fēng)閥地板排污閥門，漏出碎耐火材料約16 kg，同時(shí)，熱風(fēng)圍管區(qū)域堆積了大量碎磚。如圖1所示。

休風(fēng)期間，打開點(diǎn)火人孔，底部排污孔，同步檢查熱風(fēng)情況，發(fā)現(xiàn)2#熱風(fēng)爐燃燒器上堆積了大量的掉磚；四座熱風(fēng)爐隔墻中、上部均有輕微鼓包現(xiàn)象；爐箅子靠近燃燒室隔墻區(qū)域均有掉落格子磚現(xiàn)象，熱風(fēng)爐蓄熱室也有明顯掉磚堵塞現(xiàn)象。

針對(duì)這一現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)組織專業(yè)技術(shù)人員探討，一致認(rèn)為，熱風(fēng)爐內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的掉磚問題非常嚴(yán)重，如停爐清理熱風(fēng)爐掉磚，需要長時(shí)間休風(fēng)，對(duì)生產(chǎn)影響較大，如不處理，存在下次繼續(xù)卡熱風(fēng)閥的可能。鑒于檢測手段缺失，無法精確觀察熱風(fēng)爐內(nèi)部損壞情況，采購了一臺(tái)高溫窺視設(shè)備，用于探測熱風(fēng)爐內(nèi)部情況。2月7日，又出現(xiàn)了熱風(fēng)閥無法關(guān)閉問題，高爐決定臨時(shí)休風(fēng)處理，同步使用高溫窺視裝置探測，測得現(xiàn)場如下。

圖1 熱風(fēng)閥底部排污閥清理出碎磚實(shí)物圖

圖2 內(nèi)部檢測掉磚圖

2.2 熱風(fēng)閥掉磚處理裝置研發(fā)

為了完成公司年度生產(chǎn)任務(wù)，避免高爐停爐處理熱風(fēng)爐掉磚問題帶來的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)降低卡磚導(dǎo)致的休風(fēng)率，設(shè)計(jì)了一種在線排渣裝置及其使用技術(shù)。在排污閥下方設(shè)置儲(chǔ)存碎渣的箱體，在箱體內(nèi)部焊接錨固件，采用耐火度大于1400 ℃的鐵溝澆注料進(jìn)行整體澆筑，確保有效保護(hù)箱體外殼強(qiáng)度。用高溫耐材散料一次澆筑成型，貼合效果好，不存在縫隙。排渣管道采取在線遠(yuǎn)程打開閥門排渣，碎渣容量大，排渣周期長，操作風(fēng)險(xiǎn)低，維護(hù)簡單，制作成功后可實(shí)現(xiàn)無休風(fēng)在線排渣。排渣裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 排渣裝置結(jié)構(gòu)示意圖

該裝置在2020年4月上線使用，操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要，按照計(jì)劃組織打開閥門排渣，大幅度降低了熱風(fēng)閥關(guān)閉時(shí)卡阻的概率，偶爾出現(xiàn)卡阻后，及時(shí)打開排渣閥門，很快熱風(fēng)閥就能關(guān)閉。為了精確掌握熱風(fēng)閥區(qū)域碎磚堆積量，專業(yè)技術(shù)人員還開發(fā)了利用溫度傳感器探測箱體堆積碎渣技術(shù)，根據(jù)溫度變化判斷箱體內(nèi)碎磚量，及時(shí)排出碎渣。在箱體內(nèi)壁垂直高度上每隔150 mm安裝溫度傳感器，共裝3個(gè)，通過檢測三個(gè)點(diǎn)的溫度變化情況，來確定碎渣容量，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.3 使用效果分析

通過對(duì)熱風(fēng)爐掉磚引起的熱風(fēng)閥卡阻問題進(jìn)行深入研究，研發(fā)了一種排渣裝置及其使用技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用后，熱風(fēng)閥卡磚引起的高爐休風(fēng)問題得到了有效解決。從2020年7月起，未出現(xiàn)過因熱風(fēng)閥卡阻引起的高爐休風(fēng)，休風(fēng)率得到了大幅度降低，高爐各項(xiàng)指標(biāo)完成年度目標(biāo)。

圖4 箱體溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖

表2 2020年下半年高爐指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

(1)針對(duì)頂燃式熱風(fēng)爐掉磚問題，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該重點(diǎn)考慮如何提高砌筑技術(shù)水平，同時(shí)耐火磚的質(zhì)量選擇上要進(jìn)一步提升檔次。

(2)高風(fēng)溫是高爐冶煉降本的最佳手段，在努力提升風(fēng)溫的同時(shí)，要重點(diǎn)考慮如何縮小燃燒與送風(fēng)后熱風(fēng)爐內(nèi)部的溫度差，從而延長熱風(fēng)爐使用壽命。

(3)在熱風(fēng)爐系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，要大膽創(chuàng)新解決方案，不斷優(yōu)化熱風(fēng)爐工藝，從而推動(dòng)煉鐵事業(yè)的進(jìn)步。