热风炉用的热风带(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)

Posted 2023-06-02

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热风炉用的热风带(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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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，投产至今无一例出现上述问题。

郑州安耐克实业有限公司致力于热风炉技术和耐火材料技术的研发与创新，拥有顶燃式热风炉CFD数模冷态热态仿真综合实验室，河南省院士工作站、博士后研发基地、工程技术研究中心。在顶燃式热风炉领域获得省部级科技成果6项、专利及专有技术72项，主持起草热风炉和耐火材料国家标准11项。

先后为江苏沙钢5800m³高炉、首钢京唐3×5500 m³高炉、宝武湛钢3×5050 m³高炉、安阳钢铁4747 m³高炉、山西太钢4747 m³高炉、越南河静2×4350 m³高炉、印度JSW 4233 m³高炉、包头钢铁2×4150 m³高炉、巴西CSP 3800 m³高炉、河钢集团8×3200 m³高炉、土耳其Edemir 3200 m³高炉、纵横丰南2×2850 m³高炉、新疆八钢3×2500 m³高炉、印尼德信2×1800 m³高炉、伊朗Zaland 1800 m³高炉、西昌钢钒3×1780 m³高炉、印尼喀钢Krakatau 1750m³高炉、土耳其Isdemir1600 m³高炉、河钢Serbia 1595 m³高炉、中天钢铁3×1580 m³高炉、越南和发4×1080 m³高炉等国内外600多座高炉2000余座热风炉提供了热风炉技术和耐火材料服务。