馬鋼7.63 m焦?fàn)t爐體長壽技術(shù)分析與實(shí)踐

楊磊，王軍，曹先中，江靜

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山243000）

馬鋼兩座7.63 m 焦?fàn)t引進(jìn)德國伍德公司（UHDE）技術(shù)，爐體由中國十七冶承建，分別于2007 年1 月和4月投產(chǎn)。作為既有廢氣循環(huán)又含燃燒空氣分段供給的“組合火焰型”（COMBIFLAME）焦?fàn)t，7.63 m焦?fàn)t具有爐體嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、熱工效率高及環(huán)保效果優(yōu)良等特點(diǎn)。但由于爐齡老化，伴隨著裝煤、對取爐門、推焦等焦?fàn)t生產(chǎn)操作長期影響，爐體受機(jī)械應(yīng)力、高溫物化作用及管理措施不到位等因素的影響，導(dǎo)致爐墻剝蝕等爐體受損現(xiàn)象逐步惡化。

1 焦?fàn)t爐體及鐵件現(xiàn)狀

1.1 爐墻

在焦?fàn)t生產(chǎn)過程中，正常推焦操作期間爐門敞開到推焦結(jié)束爐門關(guān)閉，炭化室墻面同大氣接觸時(shí)間為240～360 s，抽測機(jī)側(cè)爐口墻47～48層磚處表面溫度下降情況發(fā)現(xiàn)，所測炭化室上部爐頭墻表面溫度為870℃～900℃，爐門敞開后平均每分鐘爐墻表面溫度下降40℃～50℃[2]。當(dāng)爐門摘取時(shí)間過長，爐墻溫度有可能因裝入煤水分偏大而低于硅磚晶形轉(zhuǎn)化點(diǎn)(600℃)以下，導(dǎo)致該部位硅磚晶形轉(zhuǎn)化而致使?fàn)t墻磚碎裂。一般損壞最早并且最快的是燃燒室端部火道即爐頭部位，此處極易產(chǎn)生裂紋及輕度侵蝕，隨后裂紋會(huì)逐漸伸長、變寬，同時(shí)爐頭頂部也出現(xiàn)一些不規(guī)則裂紋和裂縫，剝蝕則逐漸向爐頂深度蔓延，直至過頂磚剝蝕脫落。自2009年10月起，7#-8#焦?fàn)t個(gè)別炭化室焦側(cè)過頂磚出現(xiàn)剝蝕脫落，利用半干法噴補(bǔ)修復(fù)效果不佳。隨著過頂磚剝蝕、掉落的爐號逐步增多，2011 年1 月開始嘗試采用陶瓷焊補(bǔ)技術(shù)處理，效果較好。2016 年8 月，因裝煤量提高焦?fàn)t石墨生長減少，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)炭化室機(jī)側(cè)爐頭過頂磚剝蝕、掉落嚴(yán)重，甚至部分爐號爐門框上橫頭由于過頂磚剝蝕脫落出現(xiàn)高溫開裂、燒熔現(xiàn)象。

圖1 炭化室爐頭區(qū)域剝蝕嚴(yán)重

圖2 機(jī)側(cè)炭化室過頂磚剝蝕脫落

1.2 炭化室底磚

炭化室底磚破損在焦?fàn)t投產(chǎn)初期較為少見，但隨著爐齡增長，底磚破損現(xiàn)象發(fā)生概率增大。底磚修復(fù)需要對炭化室爐墻進(jìn)行降溫處理，對焦?fàn)t爐體損傷較大。煉焦生產(chǎn)過程中作用于炭化室底磚上的物化作用力主要包括：焦?fàn)t砌體本身底磚結(jié)構(gòu)元件之間的膨脹受力，裝爐煤及成焦后焦餅重力，煉焦過程中配合煤由常溫下轉(zhuǎn)化為約1 000℃的紅焦的熱應(yīng)力，推焦桿底板和焦餅對底磚的摩擦力，高溫條件下煤中有害物質(zhì)對砌體的化學(xué)腐蝕作用，以及生產(chǎn)管理措施不當(dāng)造成的底磚損傷等。2013 年4 月發(fā)現(xiàn)71#炭化室底部磚第一層自機(jī)側(cè)1.5 m處到焦側(cè)爐頭已全部掉落。前后分兩次利用陶瓷焊補(bǔ)技術(shù)修復(fù)沒有成功，同年11 月份對整個(gè)炭化室底磚拆除并重新砌筑，目前無異常。2017年9月發(fā)現(xiàn)4#炭化室三道至四道底部磚磨損約200 mm，隨即組織人員拆除并重新砌筑約400 mm，目前無異常。7.63 m 焦?fàn)t原有底部磚尺寸為270 mm×135 mm×135 mm，材質(zhì)為致密硅磚，砌筑方式是三塊磚錯(cuò)開豎砌，機(jī)焦方爐口部位使用硅線石磚砌筑，炭化室底部略高于爐門框下沿。

1.3 蓄熱室

圖3 4#炭化室底磚破損

圖4 4#炭化室底磚修復(fù)

7.63 m焦?fàn)t蓄熱室格子磚設(shè)計(jì)和材質(zhì)較為復(fù)雜，每單元蓄熱室由兩個(gè)空氣小蓄熱室和兩個(gè)煤氣小蓄熱室組成。每個(gè)小蓄熱室長18 m，由17個(gè)單墻分割成18個(gè)單元，高度2.22 m。上部格子磚（0.72 m）主要采用粘土磚，材質(zhì)分為KA 和AW兩種；下部格子磚（1.50 m）主要為半硅磚，材質(zhì)為E65。蓄熱室格子磚是否堵塞主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：爐體阻力增大，煙道廢氣溫度升高，焦?fàn)t橫排溫度分布變化。這是因?yàn)?.63 m 焦?fàn)t加熱方式為“本單后雙”，即同號蓄熱室格子磚變形熔損會(huì)影響對應(yīng)號燃燒室單號立火道以及下一號燃燒室雙號立火道溫度。格子磚部分熔損變形會(huì)引起立火道中煤氣分布不均，變形熔損處煤氣通道受阻，溫度偏低，而其他立火道煤氣壓力偏大，煤氣過量，溫度偏高。

圖5 7#爐抽樣橫排曲線圖

圖6 8#爐抽樣橫排曲線圖

由圖5、圖6 可知7#～8#焦?fàn)t橫排溫度控制較好，橫排溫度曲線形狀很接近于理想曲線圖，說明7#、8#焦?fàn)t格子磚總體運(yùn)行良好。7.63 m 焦?fàn)t無法測定蓄熱室頂部吸力，分廠需通過下降氣流廢氣盤吸力、空氣進(jìn)風(fēng)門開度、煤氣流量孔板尺寸及噴嘴板尺寸優(yōu)化調(diào)整等手段完成橫排溫度調(diào)控。在確保焦炭成熟的前提下，焦?fàn)t橫排溫度均勻性地提高，為降低焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度及煉焦耗熱量提供了有力支撐，同時(shí)也降低了蓄熱室格子磚燒熔變形的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 爐頂

焦?fàn)t爐頂區(qū)域日常爐體維護(hù)工作量較大，主要包括：裝煤孔底座翻修，看火孔磚及表面磚拆除砌筑及直管、橋管更換等。根據(jù)機(jī)車無人化及智能化改造工程推進(jìn)需要，2017年11月份對8#爐爐頂進(jìn)行翻修，2018年4月份起開始進(jìn)行7#焦?fàn)t爐頂翻修，進(jìn)一步改善因石墨清掃造成的裝煤孔底座凸高及表面磚平整度差的問題。

1.5 爐門鐵件

7#～8#焦?fàn)t護(hù)爐鐵件完好程度較高，爐柱曲度、爐體伸長率、S1 和S2 大彈簧負(fù)荷等均保持在合格范圍內(nèi)且較為穩(wěn)定。焦?fàn)t橫拉條自焦?fàn)t投產(chǎn)以來共發(fā)生過6次拉斷現(xiàn)象，基本為生產(chǎn)操作不當(dāng)造成，現(xiàn)場及時(shí)更換。爐門框均存在一定的曲度，機(jī)側(cè)3#、焦側(cè)62#、65#爐門框西上部因炮火燒熔斷裂，現(xiàn)場采取焊接等臨時(shí)處理方式，需對更換方案進(jìn)行討論。爐門框T型螺栓分別于2011 年、2012 年、2014 年、2017 年作了全部緊固處理。為提高爐門密封效果，已將原設(shè)計(jì)的框式刀邊全部更換為腹板式刀邊，爐門冒煙狀況有明顯改善。

目前兩座焦?fàn)t機(jī)側(cè)爐門出現(xiàn)小爐門跑火較為嚴(yán)重，主要原因?yàn)樾t門磚槽燒熔、磚槽與刀邊連接部位燒熔或發(fā)生形變?，F(xiàn)對小爐門磚槽材質(zhì)作了改進(jìn)，試用效果良好。

2 處理方法

自7#～8#焦?fàn)t投產(chǎn)以來，常用的爐體維護(hù)處理方式包括陶瓷焊補(bǔ)作業(yè)、爐墻挖補(bǔ)作業(yè)等。

2.1 陶瓷焊補(bǔ)

陶瓷焊補(bǔ)技術(shù)是利用按一定比例配制的耐火材料中的硅粉或鋁粉間的燃燒熱，通過特制焊槍的出口借助高壓氧氣噴向炭化室高溫爐墻磚表面。借助炭化室墻面的高溫，硅粉與鋁粉共同燃燒熱可形成2 200℃以上高溫，耐火材料燒熔部分與未燒熔部分粘結(jié)形成焊補(bǔ)層，與待修復(fù)的爐墻表面軟化熔融層緊密結(jié)合，屬于堆焊方式，所以可廣泛使用于爐墻剝蝕、掉角、裂縫等修復(fù)。陶瓷焊補(bǔ)的爐墻不僅強(qiáng)度高，而且嚴(yán)密性好，保證了陶瓷焊補(bǔ)的掛料時(shí)間。

2.2 爐墻挖補(bǔ)

7#～8#焦?fàn)t爐墻挖補(bǔ)作業(yè)一般集中在機(jī)側(cè)1～3 火道，主要處理炭化室墻面的小面積缺陷部位的拆除及重新砌筑工作。出現(xiàn)爐墻小面積損傷或通洞時(shí)，需要設(shè)定相關(guān)燜爐號及緩沖號，關(guān)閉兩側(cè)爐墻煤氣加熱。待修復(fù)爐號推焦空爐后3 h 左右，將待修部位破損磚塊扒出。挖補(bǔ)作業(yè)過程中，對裸露墻面要進(jìn)行有效保溫，從而減輕裸露墻面和相鄰火道損壞程度，同時(shí)挖補(bǔ)前先對硅磚進(jìn)行預(yù)熱，保證其干燥，延長新砌爐墻面預(yù)熱時(shí)間，避免因升溫過快導(dǎo)致新砌硅磚破碎的現(xiàn)象發(fā)生。重新砌筑時(shí)應(yīng)保證新舊磚面平整度，防止出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。

所有焦?fàn)t熱修方案的制定，必須充分結(jié)合焦?fàn)t生產(chǎn)及爐體的實(shí)際情況。對于焦?fàn)t重要部位的修理如爐墻挖補(bǔ)、更換炭化室底磚等，都要制定詳細(xì)的施工方案，對要使用的耐火材料、施工工具、安全措施、炭化室降升溫速度、人員安排、相應(yīng)的生產(chǎn)組織等都必須有周密的計(jì)劃安排。

3 焦?fàn)t生產(chǎn)管理

所有對焦?fàn)t爐墻損壞的熱修方法均會(huì)對爐體造成損傷，強(qiáng)化焦?fàn)t生產(chǎn)管理是有效延長焦?fàn)t使用壽命的關(guān)鍵途徑。

3.1 裝煤操作管理

強(qiáng)化煤場管理，關(guān)注配合煤質(zhì)量變化，如配合煤的水分、細(xì)度、收縮性等，減少底角煤的試用。裝煤操作要按照推焦計(jì)劃裝滿、裝實(shí)、裝勻，確保炭化室內(nèi)煤料在高向與長向均勻一致，避免同一燃燒室或相鄰燃燒室各火道溫度有所波動(dòng)。同時(shí)，焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)能力應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力執(zhí)行。待結(jié)焦時(shí)間穩(wěn)定后，不可單純追求焦炭產(chǎn)量而隨意強(qiáng)化生產(chǎn)，提升裝煤量，使焦?fàn)t砌體受損。

3.2 推焦操作管理

推焦操作前應(yīng)檢查機(jī)車設(shè)備狀況，不得使用有嚴(yán)重缺陷的推焦桿進(jìn)行推焦，以免撞壞爐墻或剮蹭底磚。推焦時(shí)嚴(yán)禁提前摘取爐門，機(jī)焦側(cè)爐門敞開時(shí)間不得超過規(guī)定時(shí)間，避免爐墻過分冷卻。對門操作時(shí)要注意取門臺(tái)車擺動(dòng)幅度，避免撞到爐門框，且要求清門清框效果良好。

3.3 PROven系統(tǒng)管理

作為7.63 m 焦?fàn)t代表性技術(shù)之一，PROven 系統(tǒng)通過壓力控制自動(dòng)調(diào)節(jié)固定杯內(nèi)的水封高度，從而實(shí)現(xiàn)對炭化室內(nèi)煤氣壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以除了做好日常設(shè)備消缺工作外，應(yīng)根據(jù)配合煤質(zhì)量變化，如水分、揮發(fā)份等，結(jié)合焦?fàn)t實(shí)際結(jié)焦時(shí)間，合理設(shè)定PROven系統(tǒng)分段壓力設(shè)定值，使得不同結(jié)焦時(shí)間段內(nèi)壓力設(shè)定值與荒煤氣發(fā)生量精確匹配，避免出現(xiàn)結(jié)焦過程中部分區(qū)域出現(xiàn)吸力真空而形成炭化室負(fù)壓吸入空氣，造成炭化室砌體受損。

3.4 焦?fàn)t熱工

不斷優(yōu)化焦?fàn)t熱工制度是保證焦?fàn)t高效、長壽的關(guān)鍵所在。制定合適的加熱制度，堅(jiān)持勤測細(xì)調(diào)，保證爐溫均勻穩(wěn)定。若爐溫偏高，焦炭塊度變小導(dǎo)致難推焦，損傷爐體；爐溫偏低會(huì)損壞爐墻，以爐頭溫度影響更為明顯，故要求燃燒室邊火道溫度不得低于1 100℃。

3.5 現(xiàn)場管理和外部條件

加強(qiáng)現(xiàn)場管理，嚴(yán)禁鐵器入焦?fàn)t炭化室，避免推焦過程中剮蹭爐墻或底磚。做好爐頂清掃，避免積臟進(jìn)入燃燒室立火道內(nèi)，減少斜道口掛料等。關(guān)注高爐煤氣溫度、壓力及含塵量，加強(qiáng)信息溝通，避免高爐煤氣溫度過高、壓力波動(dòng)大或煤氣含塵量高。減少灰塵在格子磚區(qū)域長時(shí)間沉積，影響焦?fàn)t格子磚使用壽命。

4 結(jié)束語

焦?fàn)t長壽是一項(xiàng)綜合管理和技術(shù),涉及到許多方面,包括焦?fàn)t砌筑質(zhì)量和耐火材料質(zhì)量、烘爐質(zhì)量、生產(chǎn)操作管理情況、熱修和鐵件管理質(zhì)量、焦?fàn)t熱工管理、焦?fàn)t設(shè)備管理等。馬鋼7.63 m焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中通過制定科學(xué)的焦?fàn)t加熱熱工制度及強(qiáng)化裝煤操作、推焦操作、PROven 系統(tǒng)、現(xiàn)場等焦?fàn)t生產(chǎn)管理并輔以陶瓷焊補(bǔ)作業(yè)、爐墻挖補(bǔ)作業(yè)等爐體熱修維護(hù)處理手段，有效延長了焦?fàn)t爐體使用壽命，為今后超大型焦?fàn)t爐體維護(hù)工作提供了借鑒。