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唐曉東 楊建鵬 張振峰
(陜鋼集團(tuán)龍鋼公司煉鐵廠)
摘 要 高爐熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及管道三岔口承受1300℃以上高溫和0.3-0.4Mpa高壓,且在熱風(fēng)爐燃燒與送風(fēng)工作周期中在應(yīng)力作用下頻繁運(yùn)動(dòng),工作環(huán)境極其惡劣,熱風(fēng)出口鋼殼高溫,磚襯倒塌是最常見(jiàn)的問(wèn)題,同時(shí)屬重點(diǎn)管控部位,龍鋼煉鐵廠技術(shù)人員通過(guò)對(duì)熱風(fēng)出口力學(xué)結(jié)構(gòu)、損壞機(jī)理及耐材性能分析研究實(shí)踐,總結(jié)了一套管控及修復(fù)經(jīng)驗(yàn),取得了良好效果
關(guān)鍵詞 高爐 熱風(fēng)爐 熱風(fēng)出口 管道三岔口
龍鋼煉鐵系統(tǒng)共有5座高爐、其中1280m3高爐兩座。1800 m3高爐三座,配置熱風(fēng)爐均為改進(jìn)頂燃式,熱風(fēng)爐高溫部位耐材選用硅質(zhì),熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口采用組合磚結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)風(fēng)溫1200℃,其工藝指標(biāo)如表1。
熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口由于承受1300℃以上高溫和0.3-0.4MPa高壓,且在熱風(fēng)爐燃燒與送風(fēng)工作周期中在應(yīng)力作用下頻繁運(yùn)動(dòng),工作環(huán)境極其惡劣,熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口高溫、鋼殼開(kāi)裂、磚襯倒塌甚至出現(xiàn)爆噴事故,是熱風(fēng)爐重點(diǎn)管控部位,也是管控難點(diǎn)。
1 熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
龍鋼高爐熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口內(nèi)部砌體均采用組合磚結(jié)構(gòu),爐殼采用Q355B,焊接采用H10Mn2,焊絲,性能符合《焊接鋼絲(GB/T14957-1994)》的規(guī)定,并按(GB/T5293-1999)選用相匹配的焊劑,熱風(fēng)出口爐身鋼殼部位加設(shè)加強(qiáng)板;出口磚襯采用高強(qiáng)度組合磚結(jié)構(gòu),支管熱風(fēng)出口部位采用5層加強(qiáng)磚襯厚度,熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口結(jié)構(gòu)圖如圖1、2所示,熱風(fēng)出口磚采用耐壓強(qiáng)度高,高溫蠕變率低的剛玉莫來(lái)石材質(zhì)組合磚,熱風(fēng)支管三岔口采用高溫耐磨抗熱振性能好的紅柱石復(fù)合材質(zhì)組合磚結(jié)構(gòu),用來(lái)對(duì)應(yīng)惡劣復(fù)雜工況環(huán)境。
2 熱風(fēng)出口工作環(huán)境分析
根據(jù)相關(guān)研究資料,通過(guò)對(duì)熱風(fēng)出口建立有限元數(shù)據(jù)模型,對(duì)熱風(fēng)出口受力,變形進(jìn)行分析設(shè)定計(jì)算條件為:熱風(fēng)主管鋼殼內(nèi)徑2350mm,熱風(fēng)支管鋼殼內(nèi)徑2250mm,熱風(fēng)壓力400kPa,熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口管道周向應(yīng)力分布如圖3所示,從圖中可以看出爐殼與熱風(fēng)支管上部交界位置的拉應(yīng)力數(shù)值已經(jīng)接近鋼材的屈服極限水平。是該部位頻繁出現(xiàn)開(kāi)裂的內(nèi)在原因。
熱風(fēng)爐是在加熱和送風(fēng)交替下工作,因此內(nèi)壓力(盲板力)是周期作用的,爐殼經(jīng)常受到40余倍壓差的反復(fù)作用,產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力,周期荷載引起的彈-塑性變形會(huì)降低爐殼強(qiáng)度和耐久性,在盲板力作用下,爐殼與管道上部交界處變形量達(dá)到17mm,熱風(fēng)出口管道上部軸向位移分布圖4所示。
通過(guò)以上分析數(shù)據(jù)可以看出,熱風(fēng)出口承受周期性應(yīng)力變化,鋼殼變形開(kāi)裂,熱風(fēng)出口耐火磚襯承受1300℃高溫及拱頂磚墻重壓,工作環(huán)境極其惡劣,造成磚襯變形倒塌制約熱風(fēng)爐安全運(yùn)行。龍鋼高爐熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口、熱風(fēng)支管三岔口頻發(fā)鋼殼開(kāi)裂,磚襯倒塌現(xiàn)象,直接威脅高爐安全生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)如圖5、圖6、圖7、圖8所示。
3 針對(duì)熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口出現(xiàn)的問(wèn)題,對(duì)應(yīng)管控處置措施
加強(qiáng)熱風(fēng)爐高溫部位鋼殼溫度檢測(cè),特別是熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管三岔口等關(guān)鍵部位,崗位實(shí)行日檢查周匯報(bào),并利用遠(yuǎn)程紅外雙視攝像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施全程監(jiān)控,對(duì)將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,判斷各溫度檢測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì),采取不同的處置措施;
(1)對(duì)于熱風(fēng)出口砌體結(jié)構(gòu)完好,鋼殼溫度不超過(guò)130℃,但熱風(fēng)出口相貫線或管道開(kāi)裂現(xiàn)象,其主要原因在于熱風(fēng)出口鋼殼重復(fù)應(yīng)力,周期荷載引起的彈-塑性變形會(huì)降低爐殼強(qiáng)度和耐久性,不建議對(duì)耐火砌體進(jìn)行壓漿或采取澆注措施,主要從選擇爐殼鋼種時(shí)盡量考慮塑性韌性好耐高溫耐腐蝕性能好的鋼種,對(duì)開(kāi)裂部位鋼殼進(jìn)行挖補(bǔ)措施解決問(wèn)題,處理現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。
(2)耐火砌體預(yù)見(jiàn)性修復(fù)處理措施:根據(jù)熱風(fēng)爐系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為熱風(fēng)爐爐殼表面溫度可以基本反映爐內(nèi)耐材內(nèi)襯的實(shí)際使用情況,不同鋼殼溫度的處置措施見(jiàn)下表2。
(3)根據(jù)耐火砌體預(yù)見(jiàn)性修復(fù)處理標(biāo)準(zhǔn),熱風(fēng)出口采取不同處置措施:
a.針對(duì)熱風(fēng)出口鋼殼溫度在250℃以下但超過(guò)150℃的部位采用壓力灌漿措施:為保證溫度超標(biāo)區(qū)域表面溫度降低,其內(nèi)襯必須恢復(fù)到原有的設(shè)計(jì)狀態(tài),灌漿所采用材料要以隔熱為主,強(qiáng)度較高,耐熱風(fēng)沖刷,隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高,并且流動(dòng)性能好,一次性壓入輻射面積大,固化時(shí)間較短(200℃環(huán)境下,30至60分鐘可固化)等。熱風(fēng)爐壓漿料理化指標(biāo)見(jiàn)表3。
b.熱風(fēng)管道磚襯倒塌采用高溫陶瓷耐磨澆注料快速修復(fù)技術(shù)應(yīng)用:通過(guò)長(zhǎng)期驗(yàn)證,對(duì)于熱風(fēng)出口、熱風(fēng)支管三岔口出現(xiàn)掉磚、更換熱風(fēng)閥熱風(fēng)支管掉磚需要進(jìn)行挖補(bǔ)澆注施工時(shí),使用好運(yùn)祥高溫陶瓷耐磨澆注料涼爐支模澆注或熱態(tài)吊模澆注方法,均取得良好效果。
3號(hào)高爐大修期間對(duì)混風(fēng)室磚襯進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)入口磚襯倒塌,采用頂桿支模澆筑新工藝,從管道降溫至修復(fù)完成,僅用72小時(shí),修復(fù)效果良好,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合管道修復(fù)不影響熱風(fēng)爐正常保溫的技術(shù)創(chuàng)新。
根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際,在龍鋼新建5#高爐項(xiàng)目中,通過(guò)與項(xiàng)目總包方進(jìn)行深度技術(shù)交流,對(duì)容易出問(wèn)題的熱風(fēng)支管三岔口采用下半圓砌磚,上半圓采用好運(yùn)祥高溫陶瓷耐磨澆注料整體澆筑優(yōu)化結(jié)構(gòu),高爐投運(yùn)5年,熱風(fēng)支管三岔口鋼殼溫度穩(wěn)定,整體結(jié)構(gòu)良好。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)熱風(fēng)出口、熱風(fēng)管道三岔口存在問(wèn)題,通過(guò)系統(tǒng)分析,系統(tǒng)管控,科學(xué)運(yùn)用新技術(shù)新材料、新裝備,找準(zhǔn)處置措施,龍鋼高爐熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及熱風(fēng)管道三岔口得到有效控制,在高爐風(fēng)溫達(dá)到1200℃工況條件下,熱風(fēng)爐狀態(tài)穩(wěn)定,說(shuō)明管控處置效果良好,為煉鐵高爐工藝安全做出貢獻(xiàn)。
5 參考文獻(xiàn)
[1] 陳秀娟,王永濤,呂宇來(lái),吳啟常.頂燃式熱風(fēng)管道盲板力問(wèn)題分析[J].煉鐵,2012.6.
[2] 中冶武建院公司《熱風(fēng)爐壓漿技術(shù)說(shuō)明》.
[3] 河南好運(yùn)祥耐火材料公司《高溫耐磨澆注料技術(shù)說(shuō)明》.
[4] 中冶南方龍鋼1800m3高爐設(shè)計(jì)說(shuō)明.
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