鞍鋼9號高爐1~#熱風爐破損調查與分析

　　劉德軍（鞍鋼集團技術中心）的燃燒室隔墻破損情況和蓄熱室格子磚的傾倒及破損情況的調查、研宄，以及對燃燒室隔墻、蓄熱室等處耐火磚的化學成分和各項耐火指標進行檢驗、檢測，深入細致地分析了其破損原因，提出了今后檢修、改進的意見1概況鞍鋼9號高爐有3座內燃式熱風爐上一次大修是在1996年6月進行的大修后，熱風爐燒單一高爐煤氣，采用煙氣預熱煤氣，煤氣溫度為120°C左右，空氣溫度為大氣溫度，送風制度為“二燒一送”，送風時間為80min燃燒時間為150min大修時保留了原來的熱風爐大墻、爐箅子，更換了拱頂、燃燒室、陶瓷燃燒器蓄熱室砌體采用了三項新技術：多孔中空陶瓷燃燒器；冷風分流技術；煙氣均勻分布技術使用后效果明顯，燒純高爐煤氣時，溫度即可很容易達到1100°c以上，且風溫波動很小。這一點從表1中數據可以看至到1996年大修后，爐頂*高溫度可達1280C，兩爐燒煤2000年鞍鋼9號高爐熱風溫度年份平均風溫，°c年份平均風溫，°c爐煤氣量用不上去，風溫下降于是，于2002年9月16日白班在熱風爐底部開始打開人孔扒磚。扒出磚量約為10t，扒出磚主要是火井隔墻磚，還有少量的格子磚但由于掉進燃燒器的磚在燃燒器縮口處己卡住，燒爐煤氣量只能維持在18000m3/h左右（正常時約為36000m3 /h左右），爐頂溫度為1000C，風溫降至750~劉德軍，高級工程師，1989年畢業于鞍山科技大學鋼鐵冶金系，現于鞍鋼集團技術中心冶金工藝研宄所從事煉鐵工藝研宄送風時間為45min，被迫于2002年9月19日停爐檢修。為了對其破損情況進行研究，以便為今后熱風爐的設計、砌筑及使用提供依據，我們在其大修期間進行了詳細的調查2破損情況調查結果21燃燒室部分從鞍鋼煉鐵總廠歷年來熱風爐破損情況來看，主要原因都是由燃燒室火井隔墻破損造成的，故此次的破損調查依然從該部位開始，并以此為調查的重點調查結果如下：火井燒穿的位置在熱風出口上沿大約1m處（熱風出口中心線標高為46500mm），方位正西略偏北，孔洞形狀為一個高1m的不規則橢圓形（見）5m范圍內，火井隔墻有多處并且該部位的火井隔墻向內突出，形成一鼓肚，其頂點即為孔洞處孔洞處的隔墻磚己嚴重燒損、破碎、粉化另外，整個火井上部己由原來的圓形變為橢圓形22蓄熱室部分在整個1熱風爐扒爐檢修期間我們觀察到，整個蓄熱室格子磚的砌筑都是采用由下到上一直砌到頂的獨立格子磚柱方式，并且整個蓄熱室的獨立格子磚柱都不同程度地以上下多層疊加的S形向火井墻燒穿孔洞方向扭曲、突出（見圖調查過程中還發現，蓄熱室大墻與格子磚之間存在多處的楔形孔洞，其長度大約為600~900mm底寬約為50~ 120mm，而高度上貫通于整個熱風爐。這應該是當初砌筑時留下來的缺陷（見），該處的格子磚和大墻磚粉化嚴重（見圖從取出的磚樣和現場調查情況看，蓄熱室格子磚普遍存在渣化、裂紋和變形現象由于渣化和裂紋，蓄熱室格子磚的孔中、獨立格子磚柱之間的。net裂紋大約為卜3mm23大墻磚情況3破損原因分析3.1施工質量差蓄熱室格子磚的砌筑必須按設計要求進行整體型砌筑，即在縱向上相鄰兩層的格子磚錯開相互咬合砌筑實際情況是該熱風爐采用了由下到上一直砌到頂的獨立格子磚柱方式這種砌筑方式必然帶來極差的穩定性，加之蓄熱室內長期的急冷急熱的惡劣環境，極易出現格子磚柱的傾斜、扭曲和位移在爐內一旦某處火井隔墻磚對其的側面支撐力減弱到一定程度后，即某處火井隔墻嚴重破損，便會出現孔洞，此時蓄熱室內在孔洞附近的己失去橫向側面支撐力的格子磚便會隨著該處己破碎的火井隔墻磚一起涌進燃燒室初期可能會有一個量的積累的過程，但后期會很迅速因為該處的孔洞一旦形成，燃燒室產生的廢氣就會與蓄熱室短路，該處格子磚所處的工作環境會更加惡劣，使破損加速大量的隔墻磚和格子磚掉進燃燒器內，使煤氣用不上去，燃燒廢氣或冷風在孔洞處短路，造成熱風溫度大幅降低、送風時間縮短，只能被迫停爐檢修。但如果按設計要求進行整體型砌筑，那么即使火井隔墻燒穿，也只會有少量破碎的隔墻磚掉進燃燒器內，而格子磚基本不會掉下來這樣熱風爐尚能保持正常運行。

　　爐大修，它一般都屬于搶修性質，時間緊、任務重，加之工程質量的監督檢查由于多方面原因不夠落實，缺乏長期穩定的規程或行之有效的措施，使短暫的工期難以保證砌筑質量。這一點從蓄熱室格子磚不按設計要求進行整體型砌筑而采用獨立格子磚柱砌筑方式，以及隔墻磚砌筑磚縫不一且灰漿不夠均勻等便可以看出可見，施工質量差是該熱風爐破損的主要原因3.2設計上的缺陷根據鞍山科技大學日前對該熱風爐采用的圓形燃燒器進行的模擬測試結果，該型燃燒器存在嚴重的設計缺陷由于它的結構直接造成這樣一種現象：空氣和煤氣混合后瞬間燃燒，即產生“膨爆”，“膨爆”的結果造成了隨后的空氣和煤氣混合的極度不均及流量上的“喘息”，隨著“膨爆”能量的迅速釋放，空氣和煤氣的流量及混合的均勻度又都恢復正常但空氣與煤氣混合后的瞬間燃燒，又產生下一次燃燒的“膨爆”。這樣的結果，勢必造成該處的燃燒及燃燒廢氣的流量、溫度及速度都產生脈動這種脈動長期存在于火井中，對整個隔墻磚的破壞作用是可想而知的設計中沒有考慮在適當的部位留膨脹縫和滑動縫如果火井隔墻及大墻的中高溫部位在三維方向上都設有膨脹縫和滑動縫，燃燒和送風時的受熱和冷卻就不至于產生三維方向上的應力，隔墻也就不會被燒穿。

　　隔墻強固鋼板的上沿過低。

　　從高爐的設計圖紙看，火井隔墻的強固鋼板應達到熱風出口附近因為這樣可以使火井隔墻得以有效地加強，隔墻燒穿的可能性會大大降低。

　　而在扒爐期間觀察到，本熱風爐的強固鋼板的上沿比熱風出口中心線低3000mm有余。

　　內燃式熱風爐固有的缺陷。

　　內燃式熱風爐的燃燒室內上下部的溫度較為接近，而蓄熱室上下部的溫差可達1000C以上，這種自上而下逐漸加大的垂直于隔墻的溫度差也是造成隔墻磚破損以致氣流短路的重要原因3.3耐火材料質量差熱風爐的檢y除非是新建盛遍釀丨為了了解屈耐火材1料的質量情況：/在扒爐期net間，我們在多部位共取了6塊隔墻磚樣、9塊格子檢測，結果見表2磚樣，并從中選出4塊磚樣進行了相關的化驗和由表2可以看出：表2鞍鋼9號高爐1熱風爐磚樣的理化檢驗結果磚樣化學成分耐火度，°c荷重軟化點，°C體積密度，g/cm3熱震穩定性，次隔墻磚樣：格子磚樣：格子磚樣2 1550C之間，而一般的設計值在1700C以上，兩者相差150~ 300°C，明顯偏低；Na2含量明顯偏高計值為0.5%fcOf含量偏高也是造成耐火材料抗粉化抗熱震性及其常壓耐壓強度明顯降低的重要原因總之，鞍鋼9號高爐1號熱風爐磚樣的理化檢驗結果十分不理想，耐火材料抗粉化、抗熱震性、耐火度及其常壓耐壓強度等明顯偏低，其綜合理化性能十分低劣。在扒爐期間發現蓄熱室內格子磚多處出現粉化現象（見）如此差的耐火材料是決然不能保證熱風爐正常運行的蓄熱室內格子磚的粉化情況（編輯孫永方）4改進意見根據以上調查和分析，提出改進意見如下：切實加強熱風爐的施工管理，并形成制度。如建立專業的施工監理組織，完善考核制度。要嚴格按設計圖紙進行施工。在熱風爐內部具體施工過程中，必須按設計要求進行整體型砌筑，即縱向相鄰兩層的格子磚錯開、相互咬合砌筑，而不要采用由下到上一直砌到頂的獨立格子磚柱這種砌筑方式在今后的熱風爐設計中，一定要堅決克服固有的弊端：如采用新型燃燒器，以克服當前這種燃燒器產生較強烈脈動的缺陷；根據熱風爐內部的熱工條件，在適當的部位加可吸收應力的三維膨脹縫；適當加強固鋼板的高度；適當加火井隔墻絕熱層的厚度和強度選擇符合設計要求的各種耐火材料在施工前，一定要嚴把質量關，對其各項理化指標要進行認真嚴格的檢驗，切不可敷衍2）1994215ChhaAcademico腿1Electronic釀裂隙中都發e現了1己破碎r粉化的格子磚：/格子磚的i