高爐生產(chǎn)過程中直吹管燒穿問題探析

楊軍昌，申 偉，楊海東

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠，山西 長治 046031）

0 引言

高爐送風(fēng)系統(tǒng)是指給高爐送風(fēng)的系列裝置，它包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、冷風(fēng)管道、熱風(fēng)管道、混風(fēng)管道、煤氣管道以及管道上的閥門等[1]。正常生產(chǎn)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)吸入空氣，輸送至熱風(fēng)爐進(jìn)行燃燒加熱，溫度升高后打開熱風(fēng)爐的熱風(fēng)閥把熱風(fēng)由熱風(fēng)總管道輸送至熱風(fēng)圍管，再經(jīng)單獨(dú)的送風(fēng)裝置分別鼓入高爐。

高爐的送風(fēng)裝置主要包括：熱風(fēng)圍管、鵝頸管、膨脹器、短接、彎管、直吹管、風(fēng)口等。直吹管是高爐送風(fēng)裝置中的一個(gè)重要的連接輸送部件，主要由水冷鋼套、鋼殼、噴煤槍孔、彈子閥、連接法蘭等組成。高爐正常生產(chǎn)過程中，送風(fēng)裝置經(jīng)受著高溫、高壓的持續(xù)沖刷和磨損，尤其在高爐冶煉強(qiáng)度提高后，送風(fēng)裝置的工作條件更加惡化，直吹管承受的負(fù)荷更高，極易出現(xiàn)發(fā)紅和燒穿現(xiàn)象，極大地影響著高爐的安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)化。

1 長鋼燒穿事故簡介

長鋼九號(hào)高爐有效爐容1 080 m3，采用磚壁一體化薄壁內(nèi)襯設(shè)計(jì)，全覆蓋式冷卻壁，工業(yè)水開路循環(huán)冷卻方式，設(shè)計(jì)有20 個(gè)風(fēng)口，2 個(gè)鐵口，配套有4 座熱風(fēng)爐。高爐正常送風(fēng)風(fēng)量在3 350～3 400 m3/min，富氧量在6 000～6 500 m3/h，熱風(fēng)溫度在1 190～1 200 ℃，高爐冶強(qiáng)控制在1.76 左右水平，具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1 所示。

表1 九高爐部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2023 年3 月31 日中班接班前期風(fēng)量3350m3/min，風(fēng)壓360 kPa，風(fēng)溫1 190 ℃，透氣性指數(shù)11.0，爐況穩(wěn)定順行。19：00 打開北場(chǎng)919979 爐次鐵口，出鐵到220 t 時(shí)，爐外風(fēng)口平臺(tái)位置發(fā)出異常聲音，6 號(hào)風(fēng)口直吹管突然吹開，燒穿位置冒火、冒煤氣現(xiàn)象嚴(yán)重，并有灼熱的紅焦炭吹出。發(fā)現(xiàn)異常情況后，對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行大幅度減風(fēng)控制，同時(shí)停煤停氧，執(zhí)行緊急休風(fēng)程序；爐外迅速向燒穿部位打水。高爐于20：30 休風(fēng)，休風(fēng)后，進(jìn)行煤氣倒流，檢查6 號(hào)風(fēng)口情況，發(fā)現(xiàn)直吹管前端燒損嚴(yán)重，前端約1/3 的位置被全部燒損，約1/2 位置的鋼殼被燒毀?，F(xiàn)場(chǎng)立即組織人員清理燒損的舊直吹管及現(xiàn)場(chǎng)吹出的焦炭，對(duì)6 號(hào)直吹管及6 號(hào)風(fēng)口小套、二套進(jìn)行更換，同時(shí)檢查其余風(fēng)口，待安裝上新的直吹管，確認(rèn)安裝嚴(yán)密后，高爐開始復(fù)風(fēng)。

2 直吹管燒穿引發(fā)的危害

高爐生產(chǎn)過程中，發(fā)生直吹管突然燒穿時(shí)，爐內(nèi)操作畫面熱風(fēng)壓力降低，爐外風(fēng)口平臺(tái)位置發(fā)出異常聲音，燒穿位置的直吹管端冒火、冒煤氣，大量灼熱的焦炭和熔融渣鐵外噴，容易燒壞設(shè)備和燒傷人員；如果發(fā)生的位置在鐵口部位，將可能燒毀泥炮和開口機(jī)，使事故擴(kuò)大，損失增加；如果控制不及時(shí)，還會(huì)燒壞風(fēng)口小套、二套。為了找出直吹管燒損的原因，對(duì)其提前進(jìn)行預(yù)防并改進(jìn)，避免類似事情再次發(fā)生。因此，對(duì)直吹管燒出情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并制定了相應(yīng)的預(yù)防改進(jìn)措施。

3 直吹管燒穿的原因分析

1）直吹管內(nèi)襯耐火材料不合格，局部區(qū)域內(nèi)襯脫落。由直吹管的構(gòu)造可知，直吹管外部是鋼結(jié)構(gòu)件，內(nèi)部是澆注料，在澆筑過程中由于澆筑料強(qiáng)度不夠或者澆筑質(zhì)量較差，在高風(fēng)溫、高風(fēng)速的條件下，耐火材料抗沖刷能力不足；或者是高爐在停、送風(fēng)過程中冷熱變化時(shí)產(chǎn)生裂紋，內(nèi)襯被高速氣流沖刷侵蝕、剝落，導(dǎo)致直吹管被燒壞。

2）直吹管安裝不正確，直吹管與風(fēng)口接觸間隙過大。高爐直吹管在安裝過程中，常常會(huì)出現(xiàn)不同程度的安裝誤差，強(qiáng)行安裝后，直吹管與風(fēng)口接觸間隙產(chǎn)生縫隙，生產(chǎn)過程中受到溫度、壓力影響，應(yīng)力加劇，最終發(fā)生燒穿。

3）噴槍長度、角度不正確，直接吹掃直吹管鋼套。噴煤槍是高爐風(fēng)口工作條件最惡劣的部件[2]，在高爐富氧狀態(tài)下，噴煤槍前端存在一個(gè)局部的富氧區(qū)和旋流區(qū)。隨著噴煤比和富氧率提高，旋流數(shù)增大，富氧區(qū)域越靠近煤槍，煤槍損壞速度越快。噴煤槍由槍孔插入，受插槍深度的影響，噴槍位置不在風(fēng)口小套中心，出槍的煤粉直接吹掃到鋼套，或者煤槍被磨爛后，部分煤粉在噴槍頭部位聚集、結(jié)焦，達(dá)到一定量后急劇燃燒，造成該部位溫度迅速上升，導(dǎo)致直吹管前端燒穿。直吹管的噴槍管夾角為9°～11°，噴煤槍位置插不到風(fēng)口前端的中心線，噴煤槍被迫在直吹管前端頭部位拐彎防止煤粉磨損風(fēng)口小套。當(dāng)噴煤槍槍管耐熱耐磨性能不足時(shí)，噴吹煙煤時(shí)容易結(jié)焦堵煤造成噴煤槍嚴(yán)重氧化燒爛。另外煤粉中含有小部分的煤矸石顆粒，很容易在噴煤槍打彎處磨損并泄漏煤粉燃燒，造成直吹管前端頭燒穿。

4）直吹管前端鋼套冷卻強(qiáng)度不夠，焊縫開裂。九號(hào)高爐使用的直吹管前段是水冷鋼套，鋼套和直吹管焊接在一起，鋼套內(nèi)部通水冷卻，水質(zhì)不好或是水壓降低會(huì)影響冷卻強(qiáng)度，當(dāng)焊縫開裂時(shí)或是當(dāng)冷卻強(qiáng)度不夠時(shí)，極易出現(xiàn)發(fā)紅、燒穿情況。

5）處理異常爐況時(shí)。高爐復(fù)風(fēng)時(shí)采用堵風(fēng)口作業(yè)，堵風(fēng)口炮泥在直吹管內(nèi)沒有進(jìn)入風(fēng)口，開風(fēng)后煤氣倒流。爐況難行，導(dǎo)致懸料及自動(dòng)來渣，嚴(yán)重崩料、坐料，液態(tài)渣灌入直吹管發(fā)生燒穿。

本次九號(hào)高爐直吹管燒穿，從現(xiàn)場(chǎng)情況分析，直吹管前端燒損約800 mm，風(fēng)口小套完好，二套沒有漏水，但內(nèi)側(cè)右偏下燒損約300 mm×50 mm 凹槽，燒損部位距二套與風(fēng)口接觸面130 mm，正好與直吹管前端鋼套焊縫處吻合，判斷為直吹管前端鋼套焊縫開裂引起[3]。在發(fā)生燒穿事故后，迅速對(duì)高爐采取控制措施，沒有造成更大的損失。為避免類似事情再次發(fā)生，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際制定出了針對(duì)性的預(yù)防改進(jìn)措施。

4 預(yù)防改進(jìn)措施

1）規(guī)范安裝工藝，避免出現(xiàn)漏風(fēng)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，安裝直吹管的步驟主要包括：移動(dòng)直吹管，使直吹管前端出風(fēng)口外球密封面抵住風(fēng)口小套后端內(nèi)球密封面；拉起直吹管，使直吹管的上法蘭與送風(fēng)管的下法蘭對(duì)接，將銷軸穿入對(duì)應(yīng)的螺栓孔，然后將銷子穿入銷軸，然后打緊固定，使直吹管與上送風(fēng)管緊緊地固定連接。直吹管下部用張緊拉絲與爐殼連在一起，然后緊固。受溫度、壓力、熱壓力變形等因素影響，直吹管的上法蘭與送風(fēng)管的下法蘭對(duì)接難度非常大，必要時(shí)可調(diào)整拉桿，使兩個(gè)法蘭面對(duì)正，如果直吹管中心和風(fēng)口小套中心沒有對(duì)正，兩個(gè)部件的球面接觸位置就會(huì)產(chǎn)生縫隙，出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，為燒穿留下隱患。所以，安裝步驟要正確，緊固要嚴(yán)密，避免出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。

2）澆筑耐材合格，澆筑質(zhì)量合格。澆筑直吹管時(shí)采用高質(zhì)量的澆筑料，澆筑過程中應(yīng)優(yōu)化澆筑工藝，提高澆筑質(zhì)量。九號(hào)高爐的直吹管是與其他送風(fēng)裝置一起招標(biāo)進(jìn)廠，要求供貨商保證澆筑質(zhì)量滿足生產(chǎn)要求，內(nèi)襯耐材澆注必須一次成型，保證耐材不脫落，內(nèi)襯表面光滑，密實(shí)度達(dá)標(biāo)，不存在局部裂紋及空洞，耐火材料澆注后，嚴(yán)防受潮和碰撞。

3）噴槍位置安裝適宜。九號(hào)高爐使用的噴槍材質(zhì)為310S 不銹鋼材質(zhì)，管壁厚3 mm，內(nèi)徑14 mm，槍身長度2 100～2 500 mm，各處管徑統(tǒng)一，噴煤槍由槍孔位置插入，槍頭伸入風(fēng)口小套，距離前段插入深度380～410 mm，適當(dāng)調(diào)整煤槍前段頭部，使其處于風(fēng)口小套通道中心，使噴槍吹出的煤粉硫位于中間位置。并對(duì)噴槍實(shí)施壽命管理，定期進(jìn)行更換。

4）強(qiáng)化直吹管的冷卻，實(shí)施直吹管壽命管理。九號(hào)高爐使用中壓水對(duì)直吹管前端實(shí)施冷卻，中壓水壓力為0.55 MPa，直吹管上進(jìn)出冷卻水管采取斜轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，有效降低轉(zhuǎn)彎部位的高度，避免與風(fēng)口小套的進(jìn)出水管產(chǎn)生擠靠，影響安裝效果。通過添加藥物對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制，水中懸浮物質(zhì)量濃度11 mg/L 左右，鈣硬度+總堿度在75 mg/L 左右，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。對(duì)于直吹管的使用，按壽命周期進(jìn)行管理，利用檢修或者其他休風(fēng)時(shí)間進(jìn)行更換。

5）處理異常爐況時(shí)做好監(jiān)護(hù)。高爐爐況出現(xiàn)異常，在處理異常爐況過程中，做好爐前風(fēng)口、直吹管的監(jiān)護(hù)工作，由配管、副工長定期巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)采取應(yīng)急措施。

6）加強(qiáng)日常點(diǎn)檢維護(hù)。建立直吹管的管理臺(tái)賬，包括進(jìn)廠日期、外觀質(zhì)量、技監(jiān)部探傷質(zhì)檢單、直吹管編號(hào)情況等信息。日常生產(chǎn)過程中做好巡檢工作，嚴(yán)格點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，每4 h 點(diǎn)檢1 次，每班點(diǎn)檢2 次；彎頭、直吹管溫度控制要求為≤350 ℃，直吹管溫度超出350 ℃時(shí)，必須對(duì)高溫點(diǎn)進(jìn)行吹氮?dú)饨禍兀c(diǎn)檢頻次改為每班平均3 次。溫度超出380℃時(shí)，除氮?dú)饫鋮s外，每2 h 有針對(duì)性地點(diǎn)檢1 次，做好點(diǎn)檢記錄，必要時(shí)派專人監(jiān)護(hù)；彎頭、直吹管表面溫度超過400 ℃時(shí)，必須休風(fēng)更換，做到對(duì)直吹管的運(yùn)行情況跟蹤及科學(xué)維護(hù)使用。

5 結(jié)語

直吹管燒穿不僅會(huì)對(duì)高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)造成影響，還可能會(huì)引發(fā)安全事故，造成更大的損失。所以，要加強(qiáng)對(duì)直吹管預(yù)防措施和使用過程管控，避免發(fā)生燒穿問題。

從引發(fā)直吹管燒穿的原因入手，通過提高安裝、澆筑質(zhì)量、科學(xué)使用、加強(qiáng)日常巡檢、建立臺(tái)賬等措施，對(duì)直吹管的使用形成閉環(huán)管理，達(dá)到了安全使用的目的。