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天津某鋼鐵公司3200m3高爐熱風爐系統(tǒng) 損壞情況分析及解決方案

發(fā)布時間：

2020-02-22

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近日，鄭州安耐克實業(yè)有限公司承攬了天津某鋼鐵公司3200m³高爐熱風爐系統(tǒng)維修改造項目。

該高爐2006年竣工投產，配置了4座小帽子頂燃式熱風爐，是國內首次在大型高爐上引進的國外頂燃式熱風爐技術。熱風爐投用14年來由初期的平均送風溫度1230℃逐步降低到1170℃，爐殼表面局部溫度由最初的100℃左右上升到200℃以上。高爐燃料比和煉鐵成本明顯增加，熱風爐目前狀況已難以滿足高爐二代爐役，也不符合現(xiàn)代高爐煉鐵高效、長壽、節(jié)能、環(huán)保的要求。

利用此次高爐大修機會，安耐克和業(yè)主方對熱風爐現(xiàn)狀和損壞進行了全面評估和分析。在熱風爐涼爐后檢查發(fā)現(xiàn)，熱風爐蓄熱室大墻基本保持完好，格子磚無渣化下沉現(xiàn)象，熱風出口、燃燒室、混合室、熱風管道損壞嚴重。安耐克以降低投資、確保工期、滿足二代爐役15年以上為目標，制定了切實可行的實施方案。

1、熱風爐系統(tǒng)主要損壞情況

（1）燃燒器（混合室）噴口錯位、掉磚

圖1 燃燒器內側煤氣噴口圖2 燃燒器外側煤氣噴口

（2）拱頂（燃燒室）磚錯臺、剝落

圖3 人孔上部圖4 變形錯臺

（3）熱風出口變形、坍塌

圖5 熱風出口內側圖6 熱風出口外側

（4）熱風管道坍塌、掉磚

圖7 主管三岔口圖8 熱風主管道

2、損壞原因分析

（1）燃燒器（混合室）噴口錯位、掉磚

1）結構設計原因

燃燒器煤氣環(huán)道噴口位置設計不合理，不利于氮氣吹掃，煤氣環(huán)道內殘余煤氣接觸熱空氣后產生爆燃造成噴口損壞。

煤氣噴口磚子母扣無法對噴口結構進行鎖定，抵抗爆燃沖擊能力差，受沖擊后松動移位。

2）工藝設定原因

熱風爐換爐時，由于氮氣吹掃不徹底，煤氣環(huán)道和煤氣噴口內存有殘余煤氣或高溫空氣，兩者相遇產生爆燃造成噴口損壞。

（2）拱頂（燃燒室）損壞

1）結構設計原因

拱頂設計為斜砌結構，單磚磚型僅上下兩面設計子母扣。膨脹縫未依據(jù)拱頂上下溫度和直徑變化進行合理設置。上部溫度相對較低，硅磚膨脹量不能完全釋放。施工不吊中心線，緊貼爐殼砌筑造成工作層錯臺失圓，受力不均勻，單磚松動向下滑移，造成拱頂?shù)舸u坍塌。

（3）熱風出口變形坍塌

1）結構設計原因

熱風出口開孔位置在拱頂直段和錐段連接處，開孔處鋼結構在熱風爐運行過程中受軸向和縱向應力影響，熱風支管與熱風爐本體爐殼相貫線上部中心位置應力最為集中，鋼殼變形量最大。熱風出口組合磚采用單內環(huán)管道磚+花瓣磚結構設計，受力情況在熱風爐燃燒和送風期間產生周期性變化，熱風出口上半環(huán)變形加劇，導致熱風出口組合磚變形坍塌和爐殼開裂。

熱風出口內環(huán)通道與熱風支管相連接，熱風支管工作層磚膨脹縫設計不合理，熱膨脹應力無法得到有效釋放導致熱風出口內環(huán)向爐內傾斜，損壞熱風出口。

2）材質設計原因

頂燃式熱風爐拱頂（燃燒室）工作層耐火材料采用硅磚，熱風出口采用高鋁磚。硅磚和高鋁磚在相同工況下熱膨脹率差異較大，兩種材質結合處磚縫變大，容易竄風，導致熱風出口周圍爐殼高溫。

（4）熱風管道掉磚

1）結構設計原因

熱風管道三岔口開口不對稱，盲板力分布不均勻。組合磚相貫線處咬合能力差，熱風主管磚周期性膨脹收縮造成三岔口組合磚坍塌掉磚。

熱風管道采用普通“齊頭磚”設計，前后環(huán)管道磚密封性和咬合能力差，造成管道竄風和掉磚。

3、上述問題解決方案

（1）燃燒器（混合室）噴口錯位、掉磚

1）改變煤氣噴口與煤氣環(huán)道下部距離，更加利于環(huán)道內殘余煤氣吹掃。采用“燃燒器無移位防微爆噴口”結構和燃燒器專用低溫燒結泥漿，提高噴口結構穩(wěn)定性。

2）熱風爐換爐時，保證足夠的氮氣吹掃時間和吹掃量，避免因氮氣吹掃不徹底引起的爆燃。

（2）拱頂（燃燒室）損壞

1）采用“互鎖式拱頂平砌”結構，單磚采用四面雙排子母扣設計，施工時拱頂磚不向下滑移，密封性好不竄風，穩(wěn)定性好不掉磚。

2）拱頂采用“板塊化”砌筑結構，膨脹縫根據(jù)拱頂上下溫度和直徑變化進行合理設置，避免膨脹縫過大造成竄風或過小造成拱頂磚擠壓損壞。

（3）熱風出口變形坍塌

1）熱風出口開孔處設計在拱頂（燃燒室）直段，降低熱風爐軸向和縱向應力影響。增加剛性抱箍式拉緊裝置設計，減小熱風爐運行期間熱風出口處耐材和爐殼結構變形。

2）熱風出口組合磚采用“多環(huán)互鎖防竄風熱風出口”結構，提高熱風出口承受上部荷載能力。組合磚上部采用“無應力孔口”結構，分散熱風出口上部荷載并吸收拱頂耐火材料膨脹。

3）熱風支管采用“關節(jié)管組合磚”結構，吸收熱風爐運行中熱風爐本體耐火材料軸向膨脹和縱向膨脹，防止熱風出口內環(huán)磚向熱風爐爐內傾斜。

4）熱風出口組合磚工作層與拱頂直段大墻全部采用硅磚，避免因同樣工況下不同材質設計造成的非同步膨脹變形。局部采用紅柱石磚提高熱風出口承壓能力，同時也避免了熱風閥漏水損壞熱風出口組合磚。

（4）熱風管道掉磚

1）主支管三岔口下半環(huán)采用組合磚，上半環(huán)采用預制塊或整體澆注技術，穩(wěn)定性好，避免三岔口坍塌掉磚。

2）管道磚采用“Z字形”設計，即可密封氣流，且環(huán)環(huán)相扣，結構更加穩(wěn)定。

該3200m³高爐熱風爐系統(tǒng)主要對燃燒器（混合室）、拱頂（燃燒室）、熱風出口、熱風管道進行了局部維修，共應用安耐克專利和專有技術20余項。通過此次檢修，熱風爐系統(tǒng)重新投產后，完全可滿足送風溫度≥1230℃，使用壽命30年以上的預期目標。

鄭州安耐克實業(yè)有限公司通過不斷的自主創(chuàng)新和完善，徹底解決了小帽子頂燃式熱風爐燃燒器（混合室）噴口錯位、拱頂（燃燒室）損壞、熱風出口變形坍塌、熱風管道掉磚、格子磚蓄熱體渣化下沉、爐底跑風等難題。自2010年以來，新建和維修改造的1000余座熱風爐均采用安耐克公司技術和產品，投產自今無一例出現(xiàn)上述問題。

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