昆鋼2500 m3高爐熱風(fēng)管道溫度異常分析及處理

王華兵 楊開(kāi)智 王春林 彭光強(qiáng)

（本部環(huán)保搬遷改造項(xiàng)目指揮部）

1 前言

昆鋼新區(qū)2 500 m3高爐（以下簡(jiǎn)稱1#高爐）于2012年6月26日開(kāi)爐投產(chǎn)，有效容積2 500 m3，配備3座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，使用風(fēng)溫1 200 ℃。自開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)以來(lái)取得了較好的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，高爐產(chǎn)量7 000 t/d，燃料比520 kg/t，在全國(guó)同類型高爐處于領(lǐng)先。1#高爐開(kāi)爐6年多來(lái)，一直使用高風(fēng)溫進(jìn)行操作。自2016年1月下旬開(kāi)始，昆鋼新區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐管道部分區(qū)域溫度明顯升高。通過(guò)紅外線測(cè)溫儀及熱成像測(cè)量發(fā)現(xiàn)，共有熱風(fēng)主管與圍管三岔口、混風(fēng)室進(jìn)風(fēng)與熱風(fēng)主管三岔口、混風(fēng)室出口與熱風(fēng)主管三岔口、1#熱風(fēng)爐支管與主管三岔口、1#風(fēng)爐出口、1#熱風(fēng)爐支管、2#熱風(fēng)爐支管與主管三岔口、2#熱風(fēng)爐出口、2#熱風(fēng)爐膨脹節(jié)、3#熱爐出口、3#熱風(fēng)爐支管與主管三岔口等11個(gè)區(qū)域溫度區(qū)域出現(xiàn)溫度異常。針對(duì)這一情況，昆鋼新區(qū)煉鐵廠利用計(jì)劃?rùn)z修機(jī)會(huì)，分別對(duì)熱風(fēng)管道溫升幅度較大的區(qū)域進(jìn)行灌漿和澆注處理。從處理后的結(jié)果看，取得了一定的效果，有些區(qū)域溫度明顯降低，但有些區(qū)域因停爐時(shí)間短處理不徹底效果不明顯，溫度持續(xù)偏高，繼續(xù)惡化將進(jìn)一步影響高爐生產(chǎn)。為了消除生產(chǎn)隱患，2018年5月，新區(qū)煉鐵廠利用高爐降料面噴涂造襯長(zhǎng)期停爐時(shí)機(jī)對(duì)熱風(fēng)管道高溫區(qū)域進(jìn)行澆注處理。處理后效果明顯，溫度得到控制，通過(guò)開(kāi)爐后一段時(shí)間的跟蹤測(cè)量，溫度都處于規(guī)定范圍內(nèi)，為高爐穩(wěn)定生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2 熱風(fēng)管道溫度異常原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道體系結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，有垂直管道、彎管、拉桿、膨脹節(jié)、支座等構(gòu)成，而且還是一組高溫、高壓管道。正常生產(chǎn)情況下，熱風(fēng)管道承受的熱風(fēng)溫度為1 100～1 300 ℃，壓力為0.3～0.6 MPa；管道工作層耐火磚的平均溫度可達(dá)1 000～1 300 ℃，管殼正常溫度為80～150 ℃。管道在工作時(shí)的高溫、高壓作用下極易產(chǎn)生線性膨脹，其對(duì)管道系統(tǒng)的破壞作用表現(xiàn)為：在管道垂直處、封頭、彎頭處、不對(duì)稱開(kāi)孔處等凡有阻擋氣流趨勢(shì)的地方都會(huì)產(chǎn)生盲板力，在巨大盲板力作用下管道會(huì)產(chǎn)生位移、變形，造成管殼交界處出現(xiàn)較大的變形量。外部鋼殼的變形必將擠壓內(nèi)部磚襯，磚襯極易被擠碎，造成串風(fēng)引起管殼溫度的升高，進(jìn)而出現(xiàn)變形加劇，最終出現(xiàn)管殼發(fā)紅、開(kāi)裂、內(nèi)襯變形掉磚等問(wèn)題。

2.2 熱風(fēng)管系磚襯設(shè)計(jì)

熱風(fēng)管系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其承受的高溫?zé)釕?yīng)力和高壓力致使管道產(chǎn)生膨脹。雖然設(shè)置了波紋補(bǔ)償器和拉桿來(lái)消除管道的膨脹力，但是由于工況不同產(chǎn)生的工況應(yīng)力變化不盡相同，導(dǎo)致各波紋補(bǔ)償器工作的無(wú)序和混亂。熱風(fēng)總管與支管垂直相連，熱風(fēng)總管的熱膨脹無(wú)序和混亂必將造成個(gè)別熱風(fēng)支管橫向變形過(guò)大，耐火磚內(nèi)襯將受擠壓而損壞。所以在熱風(fēng)管系磚襯的設(shè)計(jì)中不但要提高磚襯的整體穩(wěn)定性，在熱風(fēng)出口和三岔口還應(yīng)采用組合磚砌筑，同時(shí)加厚工作層磚襯和將管道上半圈部分隔熱耐火磚改為重質(zhì)澆注料來(lái)增強(qiáng)抗應(yīng)力性。而昆鋼新區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐的隔熱磚選擇為輕質(zhì)粘土隔熱磚易被管道變形擠壓損壞，導(dǎo)致竄風(fēng)引起管殼溫度升高、發(fā)紅，圖1。

2.3 砌筑質(zhì)量問(wèn)題

熱風(fēng)管道施工質(zhì)量的好壞將直接影響熱風(fēng)爐的壽命，磚縫的均勻性、灰漿的飽滿程度都影響熱風(fēng)爐砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。磚縫偏大、灰漿不飽滿在外力作用下灰漿容易被擠碎形成空縫，引起串風(fēng)導(dǎo)致?tīng)t殼溫度升高、發(fā)紅。更甚者在形成空縫后側(cè)邊的磚在外力作用下易被擠動(dòng)，最終松動(dòng)脫落。昆鋼新區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐的熱風(fēng)管道在砌筑施工過(guò)程中也存在類似問(wèn)題，特別是在三岔口管道垂直交接地方易出現(xiàn)問(wèn)題（圖2）。

2.4 烘爐存在不均勻情況

熱風(fēng)爐烘爐時(shí)，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣幾乎被煙道抽走，只有極少一部分煙氣能烘烤到熱風(fēng)出口，熱風(fēng)支管、主管、圍管烘爐時(shí)烘烤不到，只有烘高爐時(shí)才能烘烤到。烘高爐時(shí)烘烤時(shí)間周期短、溫度低，造成熱風(fēng)管道烘烤達(dá)不到要求，泥漿烘烤溫度不夠，泥漿粘接強(qiáng)度不夠，高爐投產(chǎn)送風(fēng)時(shí)，磚縫泥漿易被吹走形成空縫，導(dǎo)致熱風(fēng)管道砌體串風(fēng)、管殼溫度高發(fā)紅，甚者垮磚影響風(fēng)溫、影響高爐生產(chǎn)。

3 熱風(fēng)管道澆注

3.1 澆注前的準(zhǔn)備工作

為了消除生產(chǎn)安全隱患，新區(qū)煉鐵廠決定利用2018年5月降料面停爐噴涂造襯的機(jī)會(huì)對(duì)熱風(fēng)管道溫度高的區(qū)域進(jìn)行挖補(bǔ)澆注處理。通過(guò)停爐之前對(duì)熱風(fēng)管道的跟蹤監(jiān)測(cè)及溫度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)3座熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口、三岔口、混風(fēng)室出口區(qū)域溫度較高，各區(qū)域溫度情況見(jiàn)表1。

圖 1 2#熱風(fēng)爐三岔口隔熱磚受擠壓損壞示意圖

圖 2 混風(fēng)室熱風(fēng)出口磚縫示意圖

表 1 熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道各區(qū)域溫度情況 ℃

從表中可看出各區(qū)域溫度都在200 ℃左右而且還有進(jìn)一步升高的趨勢(shì)，如果不處理最終將可能因熱風(fēng)管道出問(wèn)題影響生產(chǎn)。

3.2 澆注

由于此次停爐時(shí)間較長(zhǎng)，有充足的時(shí)間來(lái)處理管道存在的問(wèn)題，停下來(lái)后先冷卻一段時(shí)間然后對(duì)各區(qū)域開(kāi)孔，開(kāi)孔后冷卻到溫度合適時(shí)再進(jìn)行支模、澆注、焊接等工序工作。

3.2.1 開(kāi)孔情況

根據(jù)測(cè)溫跟蹤情況分別對(duì)3座熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口、三岔口、混風(fēng)室出口開(kāi)孔。開(kāi)孔時(shí)在需要澆注的區(qū)域割除鋼殼、清除磚襯，待冷卻后進(jìn)行支模澆注，開(kāi)孔情況如下圖3所示。

圖 3 熱風(fēng)管道三岔口開(kāi)孔示意圖

3.2.2 澆注料的選擇

根據(jù)情況，此次澆注后不再單獨(dú)進(jìn)行烘干，而是利用管道自身的溫度烘干。根據(jù)熱風(fēng)管道的工作工況，澆注料選擇牌號(hào)為YQ-50的耐高溫、耐沖刷的高鋁高強(qiáng)快干隔熱壓入料，其理化性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表 2 高鋁高強(qiáng)快干隔熱壓入料理化性能指標(biāo)

3.2.3 支模澆注

圖 4 內(nèi)弧支模示意圖

待溫度降到合適后，先把需要澆注開(kāi)孔區(qū)域周邊松動(dòng)磚取走，并盡量修規(guī)整，清理干凈管道內(nèi)部的磚。其次內(nèi)弧支模，為了方便，此次澆注所用模具就在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用圓弧鋼板代替，模支好并固定牢固，用纖維粘堵嚴(yán)鋼板與磚襯之間的縫隙。支模工作完成后進(jìn)行澆注，澆注料要低于管壁，澆注完成后將割好的鋼殼焊接好，然后在鋼殼上開(kāi)孔灌漿，最后通過(guò)自然烘烤干后再進(jìn)行一次灌漿。灌漿完后到管道內(nèi)拆除模具及支架，至此澆注結(jié)束。支模情況如圖4所示。

4 效果檢查

高爐復(fù)產(chǎn)后對(duì)所有澆注區(qū)域進(jìn)行效果檢查，通過(guò)跟蹤測(cè)量溫度并做好記錄，具體情況如表3所示。

表 3 各區(qū)域溫度情況（℃）

續(xù)表

從表中可看出各區(qū)域的溫度與澆注前（表1中溫度）都有明顯下降，降幅達(dá)50～80 ℃，而且后期測(cè)量的溫度也比較穩(wěn)定，都保持在一個(gè)合理的水平，證明澆注層工作良好，起到了預(yù)期效果。

5 建議

通過(guò)昆鋼新區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐管道溫度異常分析及處理，結(jié)合學(xué)習(xí)、了解到的最新熱風(fēng)爐技術(shù)得出以下幾點(diǎn)建議：

（1）鑒于熱風(fēng)管系結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及工作環(huán)境，在熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮降低盲板力、減小管徑膨脹應(yīng)力，從而減小因管道變形對(duì)磚襯產(chǎn)生的擠壓而損壞磚襯。

（2）隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，紅外線熱成像儀已經(jīng)很好的運(yùn)用于高爐煉鐵，并取得好評(píng)，建議在熱風(fēng)爐管道管殼加裝智能紅外線熱成像儀，時(shí)時(shí)監(jiān)控管殼溫度，避免因管道溫度異常，磚襯垮塌影響生產(chǎn)。

（3）由于管徑變形對(duì)磚襯產(chǎn)生擠壓損壞磚襯，引起掉磚甚至垮塌，建議三岔口上半環(huán)采用耐高溫、耐擠壓、高強(qiáng)度的耐火材料直接澆注。

（4）基于熱風(fēng)爐烘爐時(shí)熱風(fēng)管道烘烤存在的問(wèn)題，在熱風(fēng)爐烘爐時(shí)建議通過(guò)倒流休風(fēng)閥、熱風(fēng)管道人孔安裝臨時(shí)煙氣引風(fēng)機(jī)引煙氣對(duì)管道進(jìn)行烘烤，達(dá)到烘烤目的和要求。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）熱風(fēng)管道破損的原因較為復(fù)雜，熱風(fēng)管道的長(zhǎng)壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。為保證熱風(fēng)管道長(zhǎng)壽，須從設(shè)計(jì)、耐材選擇、砌筑施工、烘爐就要嚴(yán)格把關(guān)，精心做好每一道工序；另外在使用過(guò)程中要做好平時(shí)的維護(hù)，定期測(cè)溫做好記錄，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)處理。

（2）熱風(fēng)爐烘爐及投產(chǎn)后的高溫工作環(huán)境，使熱風(fēng)爐砌體水分蒸發(fā)后產(chǎn)生間隙。所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在投產(chǎn)一段時(shí)間（一般3～5個(gè)月）都要對(duì)熱風(fēng)爐進(jìn)行整體灌漿封堵間隙，如熱風(fēng)管道砌體與鋼殼之間、耐材之間的間隙，避免竄風(fēng)引起管道溫度升高，甚至發(fā)紅，出現(xiàn)異常情況。

（3）澆注處理過(guò)程雖然不是很復(fù)雜，但開(kāi)孔位置的確認(rèn)、支模、澆注料的選擇、澆注完后的灌漿等都要嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。

（4）此次澆注處理熱風(fēng)管道取得了良好效果，也為今后處理類似問(wèn)題積累了經(jīng)驗(yàn)。