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走進(jìn)安耐克

高效低碳熱風(fēng)爐 綠色智慧安耐克

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

發(fā)布時(shí)間：

2020-02-22

來(lái)源：

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

該高爐2006年竣工投產(chǎn)，配置了4座小帽子頂燃式熱風(fēng)爐，是國內首次在大型高爐上引進(jìn)的國外頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)。熱風(fēng)爐投用14年來(lái)由初期的平均送風(fēng)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(fēng)爐目前狀況已難以滿(mǎn)足高爐二代爐役，也不符合現代高爐煉鐵高效、長(cháng)壽、節能、環(huán)保的要求。

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

1、熱風(fēng)爐系統主要損壞情況

（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(fēng)出口變形、坍塌

  

圖5 熱風(fēng)出口內側                 圖6 熱風(fēng)出口外側

（4）熱風(fēng)管道坍塌、掉磚

  

圖7 主管三岔口                  圖8 熱風(fēng)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(chǎn)生爆燃造成噴口損壞。

煤氣噴口磚子母扣無(wú)法對噴口結構進(jìn)行鎖定，抵抗爆燃沖擊能力差，受沖擊后松動(dòng)移位。

2）工藝設定原因

熱風(fēng)爐換爐時(shí)，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(chǎn)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。膨脹縫未依據拱頂上下溫度和直徑變化進(jìn)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(xiàn)，緊貼爐殼砌筑造成工作層錯臺失圓，受力不均勻，單磚松動(dòng)向下滑移，造成拱頂掉磚坍塌。

（3）熱風(fēng)出口變形坍塌

1）結構設計原因

熱風(fēng)出口開(kāi)孔位置在拱頂直段和錐段連接處，開(kāi)孔處鋼結構在熱風(fēng)爐運行過(guò)程中受軸向和縱向應力影響，熱風(fēng)支管與熱風(fēng)爐本體爐殼相貫線(xiàn)上部中心位置應力最為集中，鋼殼變形量最大。熱風(fēng)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(fēng)爐燃燒和送風(fēng)期間產(chǎn)生周期性變化，熱風(fēng)出口上半環(huán)變形加劇，導致熱風(fēng)出口組合磚變形坍塌和爐殼開(kāi)裂。

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

2）材質(zhì)設計原因

頂燃式熱風(fēng)爐拱頂（燃燒室）工作層耐火材料采用硅磚，熱風(fēng)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(zhì)結合處磚縫變大，容易竄風(fēng)，導致熱風(fēng)出口周?chē)鸂t殼高溫。

（4）熱風(fēng)管道掉磚

1）結構設計原因

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

熱風(fēng)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(fēng)和掉磚。

3、上述問(wèn)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(wú)移位防微爆噴口”結構和燃燒器專(zhuān)用低溫燒結泥漿，提高噴口結構穩定性。

2）熱風(fēng)爐換爐時(shí)，保證足夠的氮氣吹掃時(shí)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(shí)拱頂磚不向下滑移，密封性好不竄風(fēng)，穩定性好不掉磚。

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

（3）熱風(fēng)出口變形坍塌

1）熱風(fēng)出口開(kāi)孔處設計在拱頂（燃燒室）直段，降低熱風(fēng)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(fēng)爐運行期間熱風(fēng)出口處耐材和爐殼結構變形。

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

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

4）熱風(fēng)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(zhì)設計造成的非同步膨脹變形。局部采用紅柱石磚提高熱風(fēng)出口承壓能力，同時(shí)也避免了熱風(fēng)閥漏水損壞熱風(fēng)出口組合磚。

（4）熱風(fēng)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(shù)，穩定性好，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，結構更加穩定。

該3200m3高爐熱風(fēng)爐系統主要對燃燒器（混合室）、拱頂（燃燒室）、熱風(fēng)出口、熱風(fēng)管道進(jìn)行了局部維修，共應用安耐克專(zhuān)利和專(zhuān)有技術(shù)20余項。通過(guò)此次檢修，熱風(fēng)爐系統重新投產(chǎn)后，完全可滿(mǎn)足送風(fēng)溫度≥1230℃，使用壽命30年以上的預期目標。

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