张凯凯,常 璐,唐 荣,张宪民
(石横特钢集团有限公司炼铁厂,山东 泰安271612)
石横特钢2#高炉设计容积为450 m3,第3 代炉役设有 16 个风口,1 个出铁口,于 2015 年 2 月 20 日开炉。由于第3代炉役由14个风口改造为16个风口后,风口套与直吹管间距缩小,中小套进出水管与管体接触现象较多,喷吹管枪道处耐材厚度仅约20 mm,火管表面测温长期在260~330 ℃(夏季达300~350 ℃)。尤其在高冶强、大富氧生产模式下,原直吹管利旧维修后与高炉工况的变化存在不适应问题,以致直吹管前端钢头至枪道部位温度较高,发红、甚至烧穿等问题逐渐暴露出来;为此,进行原因分析及改进。
直吹管由端头、管体、喷吹管、尾部法兰四部分组成,是高炉送风支管的一部分,尾部与弯管相连,端头与风口紧密相连,一旦直吹管耐材出现疲劳或施工过程处理不当,很容易诱发直吹管烧穿事故。2017 年11 月,为提高冶炼强度以增加高炉产量和强化喷吹燃料在风口前燃烧[1],高炉富氧由2 500 m3/h 增加至 4 100 m3/h,2018 年 11 月 2 日与 2019 年4 月7 日,石横2#高炉直吹管烧穿两次,原因分析如下。
2018年11月2日,6#直吹管前端枪道外侧与端头连接部位烧出,管体前端长度200 mm,整个圆周方向烧损2/3。煤枪露出枪道部位存在宽8 mm、长15 mm的孔洞。通过直吹管钢壳的烧损程度,枪道周围耐材烧损情况,结合高炉高富氧高冶强冶炼情况综合判断,煤枪磨损导致煤粉泄漏,煤粉在枪道周围燃烧,温度升高,造成枪道部位耐材薄弱点出现缝隙,在高温、富氧催化下,直吹管烧穿。
2019年4月7日,14#直吹管前端管体烧损掉3/4,直吹管耐材烧损掉3/5。根据直吹管烧损的严重程度及较短的使用寿命判断,此件直吹管施工过程中废旧耐材清理不彻底或耐材质量不稳定,导致耐材疲劳后与管体钢壳整体脱落,引发直吹管烧穿。
根据使用情况对比分析,利旧修复直吹管质量稳定性较差,石横2#高炉直吹管到期后全部更换采购新件。要求制作厂家弯头、直吹管耐材都为一次浇筑成型,减少接缝,枪位浇筑要满浆,避免枪位与直吹管的耐材存在较大间隙,进而减少薄弱环节的存在。严格控制耐材配水量,成型后经24 h自然养护、风干后,再用天燃气烘烤,自浇注到烘烤完毕始终固定在同一维修台上,以减少吊装运输对弯头直吹管的磕碰。直吹管前端的球面与钢壳的焊接必须使用规定的不锈钢焊条,严格按照GB 50683—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》中第8项焊缝质量检验相关条款Ⅰ类等级进行焊接施工。由于送风装置直接接触高温、高压富氧热风,工况条件恶劣,且直吹管受空间限制,内衬浇注料厚度相对较薄,这就要求直吹管内衬浇注料必须有更高的耐压、抗折强度和较低的热导率。直吹管内衬浇注料指标要求如表1所示。
表1 直吹管内衬浇注料指标要求
喷煤枪是高炉风口工作条件最恶劣的部件[2],在高炉富氧状态下,喷煤枪前端存在一个局部的富氧区和旋流区。随着喷煤比和富氧率提高,旋流数增大,富氧区域越靠近煤枪,煤枪损坏速度越快。因此改进其结构和材质、提高其寿命,是防止直吹管前端头烧穿有效方法。石横2#高炉将高炉喷煤用煤枪材质由不锈钢TP321改为310S,提高了煤枪的耐磨、耐高温和抗腐蚀性能[3]。同时部分使用金属陶瓷复合煤枪,大大延长了煤枪寿命,减少了更换煤枪的频次,降低了更换煤枪期间对枪道耐材的磨损,进而延长了直吹管寿命。同时为了解决喷煤枪头折弯部分的磨蚀、烧损等问题,除了对枪包进行改造,严格控制喷煤枪插人吹管深度,要求喷煤枪插入小套100 mm。
3.3.1 强度要求
高炉送风装置的钢结构壳体应进行壳体强度及耐压检验,所有焊缝均进行无损超声波探伤检测,不合格部位必须将原焊口打磨后打坡口重新焊接处理。送风装置的钢结构部分给定工作压力1.5倍的耐压试验,保持时间15~20 min,要求无泄漏现象。
3.3.2 内衬浇注要求
内衬耐材浇注必须一次成型,保证耐材不脱落,内衬表面光滑,密实度达标,不存在局部裂纹及空洞。耐火材料浇注后,严防受潮和碰撞。高炉进风装置密封面处(直吹管与弯头接触面)应连接可靠,密封、紧固后进行工作压力1.5倍打压试验。
3.3.3 外观质量要求
高炉送风装置部件表面进行涂漆前应做除锈处理,涂漆使用底漆、面漆应按适用温度选用,表面涂漆后不允许出现龟裂、剥落等现象,外观质量达到YB/T 4191—2009《高炉进风装置行业标准》。
3.4.1 建立台账
建立健全所有直吹管的管理台账,包括进厂日期、外观质量、技监部探伤质检单、直吹管烘烤记录、上线日期、直吹管编号、喷煤枪使用情况登记等信息。计算好直吹管合理的上下线周期,做到直吹管的运行情况跟踪,科学、循环使用。
3.4.2 备件维护
新制作的直吹管,增加常温保养时间和低温烘烤时间,以便所剩水分在完全不对材料产生强度危害的基础上完全蒸发。弯头、直吹管备件进厂后,由水煤岗位负责放置于干燥的环境中,并做好防水、防潮措施。托运吊装时轻拿轻放,防止重大冲击造成内部观察不到的裂纹;若弯头、直吹管在现场放置40 d后未使用,上线之前需经过低温长时间烘烤,温度在300~350 ℃、烘烤时间控制在48 h,以保证水分充分挥发。烘烤设备的作用长度要足够长,以保证能烘烤到弯头窥视孔处,水分蒸汽被推移到空气中。
3.4.3 点检维护
严格点检标准,将鹅颈管至直吹管之间耐材的点检频次改为每4 h1 次,即每班8 h 点检两次。弯头、直吹管温度控制要求≤350 ℃,超出350 ℃的直吹管必须打高压风降温,点检频次改为每班8 h 平均3次。温度超出380 ℃时,除打高压风冷却外,每2 h 有针对性的点检1 次,做好点检记录,甚至派专人监护;弯头、直吹管表面温度超过400 ℃时,必须休风更换。
石横2#高炉通过研究直吹管设计尺寸特点、研究其生产工艺流程,对使用过程中的问题进行全面排查。根据直吹管使用情况,制定科学的点检、使用管理制度,不断改进耐材和煤枪质量,改进烘烤工艺,对直吹管的使用形成闭环管理,达到延长直吹管使用寿命的目的。采用以上措施后,高炉直吹管发红和烧穿的问题得到解决,提高了直吹管的质量和使用寿命,实现了小高炉薄壁内衬直吹管的长期安全使用。