降低雙膛豎窯窯殼溫度的工藝技術(shù)措施

賈培剛

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司煉鋼廠，山東 肥城 271612）

1 前 言

雙膛豎窯由于能耗低，已經(jīng)列為國內(nèi)重點推薦的兩種窯型之一。近幾年在國內(nèi)推廣較為迅速，主要應(yīng)用于鋼廠生產(chǎn)活性石灰。雙膛豎窯兩個窯膛對稱布置，并通過窯體下部的連接通道相連。煅燒工藝有兩大特點，并流和蓄熱。所謂并流就是在石灰石煅燒時，燃燒產(chǎn)物和石灰石一起向下流動，這樣利于煅燒出高質(zhì)量的活性石灰；所謂蓄熱就是窯膛1 的燃燒后的高溫廢氣通過兩窯膛下部的連接通道進(jìn)入窯膛2，在窯膛2 隨高溫廢氣向上流動，將預(yù)熱帶的石灰石預(yù)熱到較高溫度，把熱量積蓄起來，同時高溫廢氣下降到一個很低的溫度后排出窯膛。

石橫特鋼選擇雙膛豎窯作為石灰煅燒裝備，同時利用低熱值煤氣作為燃料進(jìn)行石灰煅燒。兩座低熱值煤氣氣燒雙膛窯分別于2020年11月1日和11月20日正式出灰，經(jīng)過試生產(chǎn)后，轉(zhuǎn)入正式生產(chǎn)階段。因受煤氣不足及煤氣壓力波動等因素影響，造成兩窯頻繁停窯。使用半年時間后，煅燒帶撥火孔上500 mm位置多點出現(xiàn)窯殼溫度超過300 ℃的情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)順行以及耐材的長壽安全使用，造成生產(chǎn)安全隱患。為此，對雙膛豎窯窯殼溫度升高的原因進(jìn)行了分析，制定出控制措施以及高溫點處理措施。

2 形成因素及原因分析

耐火材料在使用過程中，經(jīng)常受到使用環(huán)境溫度的交替變化作用，導(dǎo)致耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、甚至崩裂，耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不被破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性。各種材料的熱震穩(wěn)定性相差較大，石橫特鋼借鑒同行業(yè)的經(jīng)驗，氣燒雙膛豎窯煅燒帶采用鎂85 磚，鎂磚具有良好的耐高溫性，明顯優(yōu)于高鋁磚。為了防止耐火材料熱膨脹對爐窯造成破壞，爐窯砌筑時需預(yù)留膨脹縫，而耐火材料的熱膨脹系數(shù)是設(shè)計預(yù)留膨脹縫大小的關(guān)鍵參數(shù)。此外，耐火材料的熱膨脹對其抗熱震性有直接的影響，也是生產(chǎn)、使用耐火材料時應(yīng)考慮的重要性能之一。任何材料都有優(yōu)缺點的，考慮了材料的綜合性能后進(jìn)行取舍，鎂質(zhì)材料的缺點之一就是熱震穩(wěn)定性差，拱橋部分特種鎂磚的950 ℃風(fēng)冷熱震大于40次，其他部位的熱震還要差一些。

兩座雙膛窯投產(chǎn)后，公司將石灰窯作為煤氣調(diào)節(jié)用戶，煤氣不足隨時停窯，煤氣富裕隨時開窯，部分時段存在1 d停兩次的情況。雖然鎂磚的綜合性能優(yōu)于高鋁磚，即使這樣也不能承受環(huán)境溫度頻繁冷熱大幅度交替的變化。頻繁的開停窯造成襯磚頻繁收縮與膨脹，保溫層收縮、開裂或者缺失，導(dǎo)致爐殼與保溫層出現(xiàn)大量縫隙、空隙，形成貫穿的熱風(fēng)通道，造成局部出現(xiàn)高溫點。2021年9月份因煤氣不足，需要停窯封窯，窯內(nèi)耐材溫度降至室溫，出現(xiàn)拱橋磚下沉情況。

3 處理措施

3.1 灌漿工藝的應(yīng)用

雙膛豎窯內(nèi)襯耐材可大體概述為由保溫層和工作層組成，根據(jù)停窯觀察工作襯磚情況，除部分磚縫較大外，其余部位工作襯磚基本沒有損壞，也沒有明顯變形和移位情況。因此進(jìn)一步推斷，造成窯殼高溫點的原因主要是保溫層出現(xiàn)串風(fēng)形成貫通縫，研究后可采用窯殼外部灌漿的方式填充保溫層以及串風(fēng)的縫隙。

3.2 灌漿材料的選擇

由于雙膛豎窯煅燒帶工作襯溫度較高，灌漿主要消除保溫層出現(xiàn)的空隙以及串風(fēng)的縫隙，因此灌漿所用材料要以隔熱為主，故需隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低，但也要耐高溫風(fēng)沖刷和一定流動性，作為填充工作襯與爐殼之間的填充材料。考慮公司雙膛豎窯煅燒帶采用的鎂磚（M85），鎂磚遇水易出現(xiàn)水化，在高溫作用下極易出現(xiàn)鎂磚粉化的情況，因此灌漿料不得采用水作為溶劑或結(jié)合劑。鎂磚為堿性耐材，因此灌漿料必須采用中性材料或者堿性材料，并且不得與鎂磚在高溫下出現(xiàn)降低鎂磚強(qiáng)度的反應(yīng)，綜合考慮后選擇了高鋁質(zhì)無水壓入料作為灌漿料，同時采用液態(tài)樹脂作為結(jié)合劑。灌漿料性能指標(biāo)見表1。

表1 灌漿料性能指標(biāo)

3.3 施工方案

（1）因該窯爐是正壓生產(chǎn)，正常生產(chǎn)時窯壓20～30 kPa，在窯殼開孔比較困難，因此在窯停產(chǎn)檢修的情況下進(jìn)行開孔作業(yè)，局部開孔采取錯位法，確保灌漿達(dá)到最佳效果。

（2）根據(jù)現(xiàn)場情況，采取控制單孔灌漿量的措施，防止?jié){料進(jìn)入爐膛內(nèi)影響生產(chǎn)，適當(dāng)增加開孔數(shù)量，每個膛大約開孔15～20個。

（3）開孔部位進(jìn)行灌漿管的焊接工作以及球閥的安裝工作，開孔直徑32 mm；采用Φ40、長80 mm無縫鋼管，一端帶螺紋便于安裝球閥。

（4）開孔、焊接灌漿管以及安裝球閥工作結(jié)束后，需要窯體打壓對球閥以及焊接的灌漿管進(jìn)行檢漏，出現(xiàn)異常及時焊補處理。

（5）灌漿需在正常生產(chǎn)情況進(jìn)行，窯壓穩(wěn)定在20 kPa為宜。

（6）灌漿前對攪拌機(jī)進(jìn)行清洗以及涮洗，確保無雜質(zhì)、無其他料混入。

（7）灌漿料攪拌混合以65%高鋁質(zhì)灌漿料和35%樹脂結(jié)合劑，攪拌時間不低于30 min。

（8）嚴(yán)格控制灌漿機(jī)的壓力，灌漿壓力控制在2～2.5 MPa（灌漿機(jī)壓力），每處灌漿量依據(jù)壓力表壓差來確定，在灌漿過程中發(fā)現(xiàn)突然增壓或是降壓立即停止。

（9）結(jié)合現(xiàn)場實際情況，灌漿部位可能內(nèi)部存在磚縫較大的情況，施工過程采用勤換孔、少灌入、間歇性反復(fù)灌入的方式進(jìn)行灌入施工，防止灌漿料通過縫隙進(jìn)入窯。

（10）在灌漿施工過程中，遵循由下到上的順序，并將周圍的灌漿孔打開，以便觀測灌漿料的流向。在灌漿施工過程中，要嚴(yán)密注視和檢查灌漿機(jī)的壓力表、灌漿管和各連接處以及耐壓膠管的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)相鄰的其他灌漿孔出料立即將其閥門關(guān)閉。

（11）灌漿結(jié)束后，拆除球閥采用安裝絲堵，堵塞灌漿管。灌漿施工部位如圖1所示。

圖1 灌漿部位

3.4 工藝技術(shù)措施

石灰窯作為煤氣調(diào)節(jié)用戶，頻繁開停窯對生產(chǎn)順行、耐材壽命等都有影響。為避免問題擴(kuò)大化，煤氣供應(yīng)不足情況下，可先考慮降低雙膛窯產(chǎn)量至450 t/d維持連續(xù)生產(chǎn)。

預(yù)判煤氣供應(yīng)情況，并結(jié)合石灰?guī)齑?，在必須停窯時做到有序停窯、有序開窯。開停窯提前1 h通知，車間適當(dāng)做好有關(guān)措施，停窯時車間適當(dāng)提高2～3 個周期的控制溫度，避免停窯期間通道溫度降溫大，開窯時提前0.5～1 h 通知，車間適當(dāng)做好開窯準(zhǔn)備，如進(jìn)行光學(xué)高溫計的擦拭，避免溫度控制異常。

開窯后務(wù)必確保石灰窯連續(xù)生產(chǎn)12 h以上，避免頻繁停窯。

煤氣不足單窯生產(chǎn)時，兩窯交替生產(chǎn)，停機(jī)時間最長不超過24 h，兩窯執(zhí)行1 d一倒，避免窯體長時間停窯溫降大的情況。

兩窯正常運行時，降低窯體日產(chǎn)負(fù)荷，煤氣充足情況下，最高日產(chǎn)按580 t控制。

恢復(fù)生產(chǎn)時的開窯升溫建議控制在50 ℃/h 以內(nèi)，因此車間對開窯時做以下升溫控制要求，見表2。

表2 開窯溫度升溫原則

3.5 應(yīng)用效果

通過灌漿技術(shù)的研究應(yīng)用以及管理技術(shù)的提升，確保了雙膛豎窯運行情況良好。本次灌漿拖磚板50 cm 以上的高溫異常區(qū)均得到很好的改善，以往的高溫點均降低至150 ℃以下。原4-2 膛16 號撥火孔灌漿后溫度下降明顯，由原來的350 ℃降至原來的110 ℃，效果明顯。

4 結(jié) 語

雙膛豎窯煅燒系統(tǒng)作為正壓高溫窯體，通常使用壽命5～10 a，煅燒帶耐材壽命決定了雙膛豎窯的使用壽命。石橫特鋼低熱值氣燒雙膛窯通過對高溫部位分析，找到了窯殼溫度高的原因，通過實施灌漿技術(shù)以及工藝管理措施的改進(jìn)，消除了安全隱患，窯殼溫度平均降低70 ℃，減少了窯殼表面的熱量損失，降低燃料能耗約1.5 kgce/t。