石橫2#高爐直吹管燒穿的原因分析及改進(jìn)

張凱凱，常 璐，唐 榮，張憲民

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠，山東 泰安271612）

1 前 言

石橫特鋼2#高爐設(shè)計(jì)容積為450 m3，第3 代爐役設(shè)有 16 個(gè)風(fēng)口，1 個(gè)出鐵口，于 2015 年 2 月 20 日開(kāi)爐。由于第3代爐役由14個(gè)風(fēng)口改造為16個(gè)風(fēng)口后，風(fēng)口套與直吹管間距縮小，中小套進(jìn)出水管與管體接觸現(xiàn)象較多，噴吹管槍道處耐材厚度僅約20 mm，火管表面測(cè)溫長(zhǎng)期在260～330 ℃（夏季達(dá)300～350 ℃）。尤其在高冶強(qiáng)、大富氧生產(chǎn)模式下，原直吹管利舊維修后與高爐工況的變化存在不適應(yīng)問(wèn)題，以致直吹管前端鋼頭至槍道部位溫度較高，發(fā)紅、甚至燒穿等問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)；為此，進(jìn)行原因分析及改進(jìn)。

2 直吹管燒穿的原因

直吹管由端頭、管體、噴吹管、尾部法蘭四部分組成，是高爐送風(fēng)支管的一部分，尾部與彎管相連，端頭與風(fēng)口緊密相連，一旦直吹管耐材出現(xiàn)疲勞或施工過(guò)程處理不當(dāng)，很容易誘發(fā)直吹管燒穿事故。2017 年11 月，為提高冶煉強(qiáng)度以增加高爐產(chǎn)量和強(qiáng)化噴吹燃料在風(fēng)口前燃燒［1］，高爐富氧由2 500 m3/h 增加至 4 100 m3/h，2018 年 11 月 2 日與 2019 年4 月7 日，石橫2#高爐直吹管燒穿兩次，原因分析如下。

2.1 煤槍磨漏造成燒穿

2018年11月2日，6#直吹管前端槍道外側(cè)與端頭連接部位燒出，管體前端長(zhǎng)度200 mm，整個(gè)圓周方向燒損2/3。煤槍露出槍道部位存在寬8 mm、長(zhǎng)15 mm的孔洞。通過(guò)直吹管鋼殼的燒損程度，槍道周圍耐材燒損情況，結(jié)合高爐高富氧高冶強(qiáng)冶煉情況綜合判斷，煤槍磨損導(dǎo)致煤粉泄漏，煤粉在槍道周圍燃燒，溫度升高，造成槍道部位耐材薄弱點(diǎn)出現(xiàn)縫隙，在高溫、富氧催化下，直吹管燒穿。

2.2 直吹管耐材質(zhì)量造成的燒穿

2019年4月7日，14#直吹管前端管體燒損掉3/4，直吹管耐材燒損掉3/5。根據(jù)直吹管燒損的嚴(yán)重程度及較短的使用壽命判斷，此件直吹管施工過(guò)程中廢舊耐材清理不徹底或耐材質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致耐材疲勞后與管體鋼殼整體脫落，引發(fā)直吹管燒穿。

3 提高直吹管壽命和質(zhì)量的措施

3.1 提高直吹管內(nèi)襯澆注料的質(zhì)量

根據(jù)使用情況對(duì)比分析，利舊修復(fù)直吹管質(zhì)量穩(wěn)定性較差，石橫2#高爐直吹管到期后全部更換采購(gòu)新件。要求制作廠家彎頭、直吹管耐材都為一次澆筑成型，減少接縫，槍位澆筑要滿漿，避免槍位與直吹管的耐材存在較大間隙，進(jìn)而減少薄弱環(huán)節(jié)的存在。嚴(yán)格控制耐材配水量，成型后經(jīng)24 h自然養(yǎng)護(hù)、風(fēng)干后，再用天燃?xì)夂婵?，自澆注到烘烤完畢始終固定在同一維修臺(tái)上，以減少吊裝運(yùn)輸對(duì)彎頭直吹管的磕碰。直吹管前端的球面與鋼殼的焊接必須使用規(guī)定的不銹鋼焊條，嚴(yán)格按照GB 50683—2011《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中第8項(xiàng)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)相關(guān)條款Ⅰ類等級(jí)進(jìn)行焊接施工。由于送風(fēng)裝置直接接觸高溫、高壓富氧熱風(fēng)，工況條件惡劣，且直吹管受空間限制，內(nèi)襯澆注料厚度相對(duì)較薄，這就要求直吹管內(nèi)襯澆注料必須有更高的耐壓、抗折強(qiáng)度和較低的熱導(dǎo)率。直吹管內(nèi)襯澆注料指標(biāo)要求如表1所示。

表1 直吹管內(nèi)襯澆注料指標(biāo)要求

3.2 采用新型煤槍

噴煤槍是高爐風(fēng)口工作條件最惡劣的部件［2］，在高爐富氧狀態(tài)下，噴煤槍前端存在一個(gè)局部的富氧區(qū)和旋流區(qū)。隨著噴煤比和富氧率提高，旋流數(shù)增大，富氧區(qū)域越靠近煤槍，煤槍損壞速度越快。因此改進(jìn)其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、提高其壽命，是防止直吹管前端頭燒穿有效方法。石橫2#高爐將高爐噴煤用煤槍材質(zhì)由不銹鋼TP321改為310S，提高了煤槍的耐磨、耐高溫和抗腐蝕性能［3］。同時(shí)部分使用金屬陶瓷復(fù)合煤槍，大大延長(zhǎng)了煤槍壽命，減少了更換煤槍的頻次，降低了更換煤槍期間對(duì)槍道耐材的磨損，進(jìn)而延長(zhǎng)了直吹管壽命。同時(shí)為了解決噴煤槍頭折彎部分的磨蝕、燒損等問(wèn)題，除了對(duì)槍包進(jìn)行改造，嚴(yán)格控制噴煤槍插人吹管深度，要求噴煤槍插入小套100 mm。

3.3 加強(qiáng)直吹管進(jìn)廠檢驗(yàn)

3.3.1 強(qiáng)度要求

高爐送風(fēng)裝置的鋼結(jié)構(gòu)殼體應(yīng)進(jìn)行殼體強(qiáng)度及耐壓檢驗(yàn)，所有焊縫均進(jìn)行無(wú)損超聲波探傷檢測(cè)，不合格部位必須將原焊口打磨后打坡口重新焊接處理。送風(fēng)裝置的鋼結(jié)構(gòu)部分給定工作壓力1.5倍的耐壓試驗(yàn)，保持時(shí)間15～20 min，要求無(wú)泄漏現(xiàn)象。

3.3.2 內(nèi)襯澆注要求

內(nèi)襯耐材澆注必須一次成型，保證耐材不脫落，內(nèi)襯表面光滑，密實(shí)度達(dá)標(biāo)，不存在局部裂紋及空洞。耐火材料澆注后，嚴(yán)防受潮和碰撞。高爐進(jìn)風(fēng)裝置密封面處（直吹管與彎頭接觸面）應(yīng)連接可靠，密封、緊固后進(jìn)行工作壓力1.5倍打壓試驗(yàn)。

3.3.3 外觀質(zhì)量要求

高爐送風(fēng)裝置部件表面進(jìn)行涂漆前應(yīng)做除銹處理，涂漆使用底漆、面漆應(yīng)按適用溫度選用，表面涂漆后不允許出現(xiàn)龜裂、剝落等現(xiàn)象，外觀質(zhì)量達(dá)到Y(jié)B/T 4191—2009《高爐進(jìn)風(fēng)裝置行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》。

3.4 加強(qiáng)日常點(diǎn)檢維護(hù)

3.4.1 建立臺(tái)賬

建立健全所有直吹管的管理臺(tái)賬，包括進(jìn)廠日期、外觀質(zhì)量、技監(jiān)部探傷質(zhì)檢單、直吹管烘烤記錄、上線日期、直吹管編號(hào)、噴煤槍使用情況登記等信息。計(jì)算好直吹管合理的上下線周期，做到直吹管的運(yùn)行情況跟蹤，科學(xué)、循環(huán)使用。

3.4.2 備件維護(hù)

新制作的直吹管，增加常溫保養(yǎng)時(shí)間和低溫烘烤時(shí)間，以便所剩水分在完全不對(duì)材料產(chǎn)生強(qiáng)度危害的基礎(chǔ)上完全蒸發(fā)。彎頭、直吹管備件進(jìn)廠后，由水煤崗位負(fù)責(zé)放置于干燥的環(huán)境中，并做好防水、防潮措施。托運(yùn)吊裝時(shí)輕拿輕放，防止重大沖擊造成內(nèi)部觀察不到的裂紋；若彎頭、直吹管在現(xiàn)場(chǎng)放置40 d后未使用，上線之前需經(jīng)過(guò)低溫長(zhǎng)時(shí)間烘烤，溫度在300~350 ℃、烘烤時(shí)間控制在48 h，以保證水分充分揮發(fā)。烘烤設(shè)備的作用長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，以保證能烘烤到彎頭窺視孔處，水分蒸汽被推移到空氣中。

3.4.3 點(diǎn)檢維護(hù)

嚴(yán)格點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，將鵝頸管至直吹管之間耐材的點(diǎn)檢頻次改為每4 h1 次，即每班8 h 點(diǎn)檢兩次。彎頭、直吹管溫度控制要求≤350 ℃，超出350 ℃的直吹管必須打高壓風(fēng)降溫，點(diǎn)檢頻次改為每班8 h 平均3次。溫度超出380 ℃時(shí)，除打高壓風(fēng)冷卻外，每2 h 有針對(duì)性的點(diǎn)檢1 次，做好點(diǎn)檢記錄，甚至派專人監(jiān)護(hù)；彎頭、直吹管表面溫度超過(guò)400 ℃時(shí)，必須休風(fēng)更換。

4 結(jié) 語(yǔ)

石橫2#高爐通過(guò)研究直吹管設(shè)計(jì)尺寸特點(diǎn)、研究其生產(chǎn)工藝流程，對(duì)使用過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行全面排查。根據(jù)直吹管使用情況，制定科學(xué)的點(diǎn)檢、使用管理制度，不斷改進(jìn)耐材和煤槍質(zhì)量，改進(jìn)烘烤工藝，對(duì)直吹管的使用形成閉環(huán)管理，達(dá)到延長(zhǎng)直吹管使用壽命的目的。采用以上措施后，高爐直吹管發(fā)紅和燒穿的問(wèn)題得到解決，提高了直吹管的質(zhì)量和使用壽命，實(shí)現(xiàn)了小高爐薄壁內(nèi)襯直吹管的長(zhǎng)期安全使用。