昆钢2500m3高炉热风管道温度异常分析及处理

本文对昆钢2500m3高炉热风管道发生温度异常状况的处理实践进行了总结和分析。针对昆钢2500m3高炉在开炉6年多后出现的热风管道部分区域温度升高的情况进行原因分析,并根据情况对温度异常部位进行浇注处理,取得了较好的效果,有效抑制了温度的进一步升高,避免了热风管道烧穿恶性事故的发生,为高炉稳定生产奠定了基础。

1前言

昆钢新区2500m3高炉(以下简称1#高炉)于2012626日开炉投产,有效容积2500m3,配备3座改进型顶燃式热风炉,使用风温1200℃。自开炉达产以来取得了较好的生产经济指标,高炉产量7000t/d,燃料比520kg/t,在全国同类型高炉处于领先。1#高炉开炉6年多来,一直使用高风温进行操作。自20161月下旬开始,昆钢新区1#高炉热风炉管道部分区域温度明显升高。通过红外线测温仪及热成像测量发现,共有热风主管与围管三岔口、混风室进风与热风主管三岔口、混风室出口与热风主管三岔口、1#热风炉支管与主管三岔口、1#风炉出口、1#热风炉支管、2#热风炉支管与主管三岔口、2#热风炉出口、2#热风炉膨胀节、3#热炉出口、3#热风炉支管与主管三岔口等11个区域温度区域出现温度异常。针对这一情况,昆钢新区炼铁厂利用计划检修机会,分别对热风管道温升幅度较大的区域进行灌浆和浇注处理。从处理后的结果看,取得了一定的效果,有些区域温度明显降低,但有些区域因停炉时间短处理不彻底效果不明显,温度持续偏高,继续恶化将进一步影响高炉生产。为了消除生产隐患,20185月,新区炼铁厂利用高炉降料面喷涂造衬长期停炉时机对热风管道高温区域进行浇注处理。处理后效果明显,温度得到控制,通过开炉后一段时间的跟踪测量,温度都处于规定范围内,为高炉稳定生产奠定基础。

2热风管道温度异常原因分析

2.1结构特点

热风炉热风管道体系结构很复杂,有垂直管道、弯管、拉杆、膨胀节、支座等构成,而且还是一组高温、高压管道。正常生产情况下,热风管道承受的热风温度为1100~1300℃,压力为0.3~0.6MPa管道工作层耐火砖的平均温度可达1000~1300℃,管壳正常温度为80150℃。管道在工作时的高温、高压作用下极易产生线性膨胀,其对管道系统的破坏作用表现为:在管道垂直处、封头、弯头处、不对称开孔处等凡有阻挡气流趋势的地方都会产生盲板力,在巨大盲板力作用下管道会产生位移、变形,造成管壳交界处出现较大的变形量。外部钢壳的变形必将挤压内部砖衬,砖衬极易被挤碎,造成串风引起管壳温度的升高,进而出现变形加剧,最终出现管壳发红、开裂、内衬变形掉砖等问题。

2.2热风管系砖衬设计

热风管系结构复杂,其承受的高温热应力和高压力致使管道产生膨胀。虽然设置了波纹补偿器和拉杆来消除管道的膨胀力,但是由于工况不同产生的工况应力变化不尽相同,导致各波纹补偿器工作的无序和混乱。热风总管与支管垂直相连,热风总管的热膨胀无序和混乱必将造成个别热风支管横向变形过大,耐火砖内衬将受挤压而损坏。所以在热风管系砖衬的设计中不但要提高砖衬的整体稳定性,在热风出口和三岔口还应采用组合砖砌筑,同时加厚工作层砖衬和将管道上半圈部分隔热耐火砖改为重质浇注料来增强抗应力性。而昆钢新区1#高炉热风炉的隔热砖选择为轻质粘土隔热砖易被管道变形挤压损坏,导致窜风引起管壳温度升高、发红,图1

2.3砌筑质量问题

热风管道施工质量的好坏将直接影响热风炉的寿命,砖缝的均匀性、灰浆的饱满程度都影响热风炉砌体结构的稳定性。砖缝偏大、灰浆不饱满在外力作用下灰浆容易被挤碎形成空缝,引起串风导致炉壳温度升高、发红。更甚者在形成空缝后侧边的砖在外力作用下易被挤动,最终松动脱落。昆钢新区1#高炉热风炉的热风管道在砌筑施工过程中也存在类似问题,特别是在三岔口管道垂直交接地方易出现问题(图2)。

2.4烘炉存在不均匀情况

热风炉烘炉时,燃烧产生的热烟气几乎被烟道抽走,只有极少一部分烟气能烘烤到热风出口,热风支管、主管、围管烘炉时烘烤不到,只有烘高炉时才能烘烤到。烘高炉时烘烤时间周期短、温度低,造成热风管道烘烤达不到要求,泥浆烘烤温度不够,泥浆粘接强度不够,高炉投产送风时,砖缝泥浆易被吹走形成空缝,导致热风管道砌体串风、管壳温度高发红,甚者垮砖影响风温、影响高炉生产。

3热风管道浇注

3.1浇注前的准备工作

为了消除生产安全隐患,新区炼铁厂决定利用20185月降料面停炉喷涂造衬的机会对热风管道温度高的区域进行挖补浇注处理。通过停炉之前对热风管道的跟踪监测及温度测量,发现3座热风炉热风出口、三岔口、混风室出口区域温度较高,各区域温度情况见表1

从表中可看出各区域温度都在200℃左右而且还有进一步升高的趋势,如果不处理最终将可能因热风管道出问题影响生产。

3.2浇注

由于此次停炉时间较长,有充足的时间来处理管道存在的问题,停下来后先冷却一段时间然后对各区域开孔,开孔后冷却到温度合适时再进行支模、浇注、焊接等工序工作。

3.2.1开孔情况

根据测温跟踪情况分别对3座热风炉热风出口、三岔口、混风室出口开孔。开孔时在需要浇注的区域割除钢壳、清除砖衬,待冷却后进行支模浇注,开孔情况如下图3所示。

3.2.2浇注料的选择

根据情况,此次浇注后不再单独进行烘干,而是利用管道自身的温度烘干。根据热风管道的工作工况,浇注料选择牌号为YQ-50的耐高温、耐冲刷的高铝高强快干隔热压入料,其理化性能指标见表2

待温度降到合适后,先把需要浇注开孔区域周边松动砖取走,并尽量修规整,清理干净管道内部的砖。其次内弧支模,为了方便,此次浇注所用模具就在现场临时用圆弧钢板代替,模支好并固定牢固,用纤维粘堵严钢板与砖衬之间的缝隙。支模工作完成后进行浇注,浇注料要低于管壁,浇注完成后将割好的钢壳焊接好,然后在钢壳上开孔灌浆,最后通过自然烘烤干后再进行一次灌浆。灌浆完后到管道内拆除模具及支架,至此浇注结束。支模情况如图4所示。

4效果检查

高炉复产后对所有浇注区域进行效果检查,通过跟踪测量温度并做好记录,具体情况如表3所示。

从表中可看出各区域的温度与浇注前(表1中温度)都有明显下降,降幅达5080℃,而且后期测量的温度也比较稳定,都保持在一个合理的水平,证明浇注层工作良好,起到了预期效果。

5建议

通过昆钢新区1#高炉热风炉管道温度异常分析及处理,结合学习、了解到的最新热风炉技术得出以下几点建议:

1)鉴于热风管系结构复杂性及工作环境,在热风炉设计时就要考虑降低盲板力、减小管径膨胀应力,从而减小因管道变形对砖衬产生的挤压而损坏砖衬。

2)随着炼铁技术的发展,红外线热成像仪已经很好的运用于高炉炼铁,并取得好评,建议在热风炉管道管壳加装智能红外线热成像仪,时时监控管壳温度,避免因管道温度异常,砖衬垮塌影响生产。

3)由于管径变形对砖衬产生挤压损坏砖衬,引起掉砖甚至垮塌,建议三岔口上半环采用耐高温、耐挤压、高强度的耐火材料直接浇注。

4)基于热风炉烘炉时热风管道烘烤存在的问题,在热风炉烘炉时建议通过倒流休风阀、热风管道人孔安装临时烟气引风机引烟气对管道进行烘烤,达到烘烤目的和要求。

6结语

1)热风管道破损的原因较为复杂,热风管道的长寿是一项系统工程。为保证热风管道长寿,须从设计、耐材选择、砌筑施工、烘炉就要严格把关,精心做好每一道工序;另外在使用过程中要做好平时的维护,定期测温做好记录,发现异常要及时处理。

2)热风炉烘炉及投产后的高温工作环境,使热风炉砌体水分蒸发后产生间隙。所以根据经验,在投产一段时间(一般35个月)都要对热风炉进行整体灌浆封堵间隙,如热风管道砌体与钢壳之间、耐材之间的间隙,避免窜风引起管道温度升高,甚至发红,出现异常情况。

3)浇注处理过程虽然不是很复杂,但开孔位置的确认、支模、浇注料的选择、浇注完后的灌浆等都要严格按操作规程进行。

4)此次浇注处理热风管道取得了良好效果,也为今后处理类似问题积累了经验。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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