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天津某钢铁公司3200m3高炉热风炉系统 损坏情况分析及解决方案

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【摘要】:
近日,郑州安耐克实业有限公司承揽了天津某钢铁公司3200m3高炉热风炉系统维修改造项目。安耐克以降低投资、确保工期、满足二代炉役15年以上为目标,制定了切实可行的实施方案。

近日,郑州安耐克实业有限公司承揽了天津某钢铁公司3200m3高炉热风炉系统维修改造项目。

该高炉2006年竣工投产,配置了4座小帽子顶燃式热风炉,是国内首次在大型高炉上引进的国外顶燃式热风炉技术。热风炉投用14年来由初期的平均送风温度1230℃逐步降低到1170℃,炉壳表面局部温度由最初的100℃左右上升到200℃以上。高炉燃料比和炼铁成本明显增加,热风炉目前状况已难以满足高炉二代炉役,也不符合现代高炉炼铁高效、长寿、节能、环保的要求。

利用此次高炉大修机会,安耐克和业主方对热风炉现状和损坏进行了全面评估和分析。在热风炉凉炉后检查发现,热风炉蓄热室大墙基本保持完好,格子砖无渣化下沉现象,热风出口、燃烧室、混合室、热风管道损坏严重。安耐克以降低投资、确保工期、满足二代炉役15年以上为目标,制定了切实可行的实施方案。

1、热风炉系统主要损坏情况

(1)燃烧器(混合室)喷口错位、掉砖

  

图1 燃烧器内侧煤气喷口          图2 燃烧器外侧煤气喷口

(2)拱顶(燃烧室)砖错台、剥落

  

图3 人孔上部                     图4 变形错台

(3)热风出口变形、坍塌

  

图5 热风出口内侧                 图6 热风出口外侧

(4)热风管道坍塌、掉砖

  

图7 主管三岔口                  图8 热风主管道

2、损坏原因分析

(1)燃烧器(混合室)喷口错位、掉砖

1)结构设计原因

燃烧器煤气环道喷口位置设计不合理,不利于氮气吹扫,煤气环道内残余煤气接触热空气后产生爆燃造成喷口损坏。

煤气喷口砖子母扣无法对喷口结构进行锁定,抵抗爆燃冲击能力差,受冲击后松动移位。

2)工艺设定原因

热风炉换炉时,由于氮气吹扫不彻底,煤气环道和煤气喷口内存有残余煤气或高温空气,两者相遇产生爆燃造成喷口损坏。

(2)拱顶(燃烧室)损坏

1)结构设计原因

拱顶设计为斜砌结构,单砖砖型仅上下两面设计子母扣。膨胀缝未依据拱顶上下温度和直径变化进行合理设置。上部温度相对较低,硅砖膨胀量不能完全释放。施工不吊中心线,紧贴炉壳砌筑造成工作层错台失圆,受力不均匀,单砖松动向下滑移,造成拱顶掉砖坍塌。

(3)热风出口变形坍塌

1)结构设计原因

热风出口开孔位置在拱顶直段和锥段连接处,开孔处钢结构在热风炉运行过程中受轴向和纵向应力影响,热风支管与热风炉本体炉壳相贯线上部中心位置应力最为集中,钢壳变形量最大。热风出口组合砖采用单内环管道砖+花瓣砖结构设计,受力情况在热风炉燃烧和送风期间产生周期性变化,热风出口上半环变形加剧,导致热风出口组合砖变形坍塌和炉壳开裂。

热风出口内环通道与热风支管相连接,热风支管工作层砖膨胀缝设计不合理,热膨胀应力无法得到有效释放导致热风出口内环向炉内倾斜,损坏热风出口。

2)材质设计原因

顶燃式热风炉拱顶(燃烧室)工作层耐火材料采用硅砖,热风出口采用高铝砖。硅砖和高铝砖在相同工况下热膨胀率差异较大,两种材质结合处砖缝变大,容易窜风,导致热风出口周围炉壳高温。

(4)热风管道掉砖

1)结构设计原因

热风管道三岔口开口不对称,盲板力分布不均匀。组合砖相贯线处咬合能力差,热风主管砖周期性膨胀收缩造成三岔口组合砖坍塌掉砖。

热风管道采用普通“齐头砖”设计,前后环管道砖密封性和咬合能力差,造成管道窜风和掉砖。

3、上述问题解决方案

(1)燃烧器(混合室)喷口错位、掉砖

1)改变煤气喷口与煤气环道下部距离,更加利于环道内残余煤气吹扫。采用“燃烧器无移位防微爆喷口”结构和燃烧器专用低温烧结泥浆,提高喷口结构稳定性。

2)热风炉换炉时,保证足够的氮气吹扫时间和吹扫量,避免因氮气吹扫不彻底引起的爆燃。

(2)拱顶(燃烧室)损坏

1)采用“互锁式拱顶平砌”结构,单砖采用四面双排子母扣设计,施工时拱顶砖不向下滑移,密封性好不窜风,稳定性好不掉砖。

2)拱顶采用“板块化”砌筑结构,膨胀缝根据拱顶上下温度和直径变化进行合理设置,避免膨胀缝过大造成窜风或过小造成拱顶砖挤压损坏。

(3)热风出口变形坍塌

1)热风出口开孔处设计在拱顶(燃烧室)直段,降低热风炉轴向和纵向应力影响。增加刚性抱箍式拉紧装置设计,减小热风炉运行期间热风出口处耐材和炉壳结构变形。

2)热风出口组合砖采用“多环互锁防窜风热风出口”结构,提高热风出口承受上部荷载能力。组合砖上部采用“无应力孔口”结构,分散热风出口上部荷载并吸收拱顶耐火材料膨胀。

3)热风支管采用“关节管组合砖”结构,吸收热风炉运行中热风炉本体耐火材料轴向膨胀和纵向膨胀,防止热风出口内环砖向热风炉炉内倾斜。

4)热风出口组合砖工作层与拱顶直段大墙全部采用硅砖,避免因同样工况下不同材质设计造成的非同步膨胀变形。局部采用红柱石砖提高热风出口承压能力,同时也避免了热风阀漏水损坏热风出口组合砖。

(4)热风管道掉砖

1)主支管三岔口下半环采用组合砖,上半环采用预制块或整体浇注技术,稳定性好,避免三岔口坍塌掉砖。

2)管道砖采用“Z字形”设计,即可密封气流,且环环相扣,结构更加稳定。

该3200m3高炉热风炉系统主要对燃烧器(混合室)、拱顶(燃烧室)、热风出口、热风管道进行了局部维修,共应用安耐克专利和专有技术20余项。通过此次检修,热风炉系统重新投产后,完全可满足送风温度≥1230℃,使用寿命30年以上的预期目标。

郑州安耐克实业有限公司通过不断的自主创新和完善,彻底解决了小帽子顶燃式热风炉燃烧器(混合室)喷口错位、拱顶(燃烧室)损坏、热风出口变形坍塌、热风管道掉砖、格子砖蓄热体渣化下沉、炉底跑风等难题。自2010年以来,新建和维修改造的1000余座热风炉均采用安耐克公司技术和产品,投产自今无一例出现上述问题。