單蓄熱燒嘴燒穿冒火原因分析及解決措施

韓奇生，李曉鋒，薛鴻雁，李彩霞，李 強(qiáng)

（1.焦作金鑫恒拓新材料股份有限公司，河南 焦作454450；2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司 熱軋廠，山西 太原030003）

近年來(lái)，單蓄熱加熱爐在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)單蓄熱燒嘴脊背處耐材內(nèi)襯剝落，導(dǎo)致金屬殼體燒紅、燒穿冒火[1]現(xiàn)象頻繁發(fā)生，使生產(chǎn)受到影響。單蓄熱燒嘴鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，燒嘴噴口與蓄熱箱連為一體，內(nèi)襯由耐火澆注料澆注而成，耐材生產(chǎn)制作工序比較復(fù)雜，屬于特異形件，耐材廠家把耐火澆注料在金屬殼體上澆注完畢后，將燒嘴放置于熱處理裝備中，以一定曲線最高200℃進(jìn)行烘干處理，燒嘴受結(jié)構(gòu)形狀影響，內(nèi)腔較為封閉，烘干熱煙氣在燒嘴內(nèi)側(cè)無(wú)法流通，致使烘干過(guò)程蓄熱箱體內(nèi)襯實(shí)際溫度與曲線溫度相差較大，不能夠?qū)沧⒘蟽?nèi)襯中的游離水充分排出，即便延長(zhǎng)烘干時(shí)間，烘干效果及工藝也不好掌握和控制；從燒嘴內(nèi)腔連通熱煙氣的烘干方式效率極低，無(wú)法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)；提升烘干溫度又存在殼體變形的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)過(guò)度膨脹拉裂耐材內(nèi)襯，所以現(xiàn)場(chǎng)烘爐便成為生產(chǎn)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以山西太鋼不銹鋼股份有限公司熱軋廠更換單蓄熱燒嘴項(xiàng)目為依托，進(jìn)行了烘爐工藝試驗(yàn)及總結(jié)。

1 單蓄熱燒嘴制作烘干工藝概況

圖1 為單蓄熱燒嘴外形圖，單蓄熱燒嘴分燒嘴噴口和蓄熱箱體兩大部分，內(nèi)襯為硅酸鋁纖維棉和耐火澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)，噴口部位和箱體工作層均由耐火澆注料支模澆注成型，蓄熱箱體內(nèi)側(cè)鋼板焊有金屬錨固件來(lái)固定耐火澆注料，澆注料內(nèi)襯含有一定量的自由水和結(jié)晶水，脫模后以一定曲線最高200℃烘干處理。該類產(chǎn)品屬于特異形件，在烘干過(guò)程受結(jié)構(gòu)形狀影響和烘干工藝限制，不易達(dá)到理想的熱處理效果。

圖1 單蓄熱燒嘴外形圖

2 單蓄熱燒嘴運(yùn)行易出現(xiàn)的問(wèn)題

圖2 所示是單蓄熱燒嘴在某鋼廠使用一段時(shí)間后出現(xiàn)的燒紅、燒穿現(xiàn)象，圖3為停爐檢修時(shí)所拍攝的還未燒穿蓄熱箱體內(nèi)襯剝落照片，損壞的部位均為蓄熱箱內(nèi)填裝蓄熱球后的上部空間裸露內(nèi)襯面，剝落厚度約60～80 mm左右，且裂紋嚴(yán)重，一般蓄熱箱體內(nèi)襯厚度設(shè)計(jì)在100 mm左右。

圖2 單蓄熱燒嘴外部易燒穿部位圖片

圖3 單蓄熱燒嘴箱體內(nèi)襯剝落圖片

大部分設(shè)計(jì)和使用單位將蓄熱箱體運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的內(nèi)襯剝落冒火現(xiàn)象歸結(jié)為耐材制作過(guò)程的質(zhì)量問(wèn)題，或者認(rèn)為是耐火澆注料的選材問(wèn)題，便不斷地提高、優(yōu)化耐火材料指標(biāo)，然而白白增加了成本，也沒(méi)有得到良好的改善。

3 單蓄熱燒嘴運(yùn)行過(guò)程內(nèi)襯剝落原因分析

分析單蓄熱燒嘴設(shè)計(jì)和制作工藝（見(jiàn)圖4、圖5），蓄熱球上側(cè)為空間裸露面，屬于換向時(shí)高溫?zé)煔馐紫葲_擊的部位；耐火澆注料內(nèi)襯因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)影響和烘烤工藝受限原因，不易達(dá)到安裝前的有效熱處理[2]，澆注料內(nèi)襯中的游離水和結(jié)晶水排出不夠充分，在受到換向時(shí)瞬間高溫?zé)煔獾臒釠_擊時(shí)，澆注料產(chǎn)生爆裂[3]剝落；爆裂剝落后的剩余澆注料襯體裂紋較多，結(jié)構(gòu)疏松，在后續(xù)使用中逐步損壞直至燒穿冒火。

圖4 單蓄熱燒嘴與換向煙氣垂直方向斷面示意圖

圖5 單蓄熱燒嘴與換向煙氣平行方向斷面示意圖

從現(xiàn)場(chǎng)烘爐工藝角度分析；烘爐期間考慮到煤氣安全因素，一般設(shè)計(jì)要求800℃以下不開(kāi)啟蓄熱燒嘴，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，大多數(shù)項(xiàng)目650℃保溫完畢后便開(kāi)啟蓄熱燒嘴。650℃以前的整個(gè)烘爐過(guò)程靠煙道排煙，對(duì)蓄熱燒嘴而言只對(duì)燒嘴噴口處起到了烘烤作用，蓄熱箱體內(nèi)襯沒(méi)受到有效烘烤，所以在650℃以后開(kāi)啟蓄熱燒嘴換向時(shí)，箱體耐火澆注料內(nèi)襯受到瞬間高溫?zé)煔鉀_擊產(chǎn)生爆裂剝落，導(dǎo)致單蓄熱燒嘴損壞[4]，使其壽命降低。

4 單蓄熱燒嘴箱體內(nèi)襯剝落解決措施驗(yàn)證

因本檢修項(xiàng)目只對(duì)單蓄熱燒嘴進(jìn)行了更換，沒(méi)有涉及到爐頂、爐墻澆注料的更換，所以制定了只對(duì)單蓄熱燒嘴烘烤5 d的烘爐曲線（見(jiàn)圖6）。選定一個(gè)蓄熱燒嘴為代表，對(duì)排煙前、后溫度變化檢測(cè)驗(yàn)證，定為A燒嘴；另外選定一個(gè)備用燒嘴，一直未進(jìn)行排煙操作，對(duì)內(nèi)側(cè)溫度檢測(cè)驗(yàn)證，定為B燒嘴。B燒嘴650℃以后繼續(xù)保持關(guān)閉，為確保質(zhì)量安全，下次啟爐時(shí)B燒嘴進(jìn)行烘烤處理后方可正常使用，本次只作為效果驗(yàn)證。

圖6 單蓄熱加熱爐燒嘴改造項(xiàng)目5 d烘爐曲線圖

中、低溫烘爐過(guò)程切斷蓄熱燒嘴燃?xì)庠?，采用烘爐燒嘴烘爐（也可采用烘爐管），在爐溫100℃左右時(shí)開(kāi)始通過(guò)蓄熱燒嘴進(jìn)行手動(dòng)控制向外排煙，排煙周期為90 s，間隔時(shí)間為15 min，直至650℃烘爐過(guò)程完成，650℃后切換蓄熱燒嘴自動(dòng)換向進(jìn)行烘爐。

圖7 為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)烘爐過(guò)程溫度記錄所繪制的曲線圖。首先分析B燒嘴曲線圖，因?yàn)锽燒嘴650℃以前一直未采取手動(dòng)排煙操作，所以內(nèi)腔溫度僅靠熱輻射有輕微提高，但在650℃以前，一直沒(méi)有超過(guò)100℃，曲線很平穩(wěn)，可以判斷如果烘爐過(guò)程不進(jìn)行排煙操作，所有的單蓄熱燒嘴均得不到有效的烘烤。A燒嘴排煙后的溫度曲線基本向理論曲線靠攏，符合蓄熱箱體耐火澆注料的烘烤要求；A燒嘴排煙前的溫度曲線，是基于每一次排煙前、后同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度對(duì)應(yīng)記錄曲線顯示；內(nèi)腔耐材排煙過(guò)程得到了蓄熱而溫度上升，在間隔暫停階段溫度有所下降，但隨著一次次的排煙操作，蓄熱球也在逐步蓄熱，內(nèi)腔溫度隨之升高，650℃切換蓄熱燒嘴自動(dòng)換向烘爐以后，A燒嘴兩條曲線與理論曲線基本一致，最終完成了對(duì)蓄熱箱體耐火澆注料的有效烘烤。

圖7 烘爐過(guò)程各溫度檢測(cè)曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）單蓄熱燒嘴在運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的燒紅、燒穿冒火現(xiàn)象，屬于耐火澆注料內(nèi)襯未經(jīng)過(guò)有效的烘烤，在高溫?fù)Q向時(shí)受到瞬間高溫?zé)煔鉀_擊爆裂剝落所致。

（2）在低溫和中溫烘爐階段通過(guò)對(duì)單蓄熱燒嘴進(jìn)行間歇性排煙操作，能夠?qū)崿F(xiàn)燒嘴內(nèi)襯有效烘烤，從而避免運(yùn)行過(guò)程因耐火澆注料爆裂剝落造成的燒紅、燒穿冒火問(wèn)題。