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          大型熱風爐出現故障的原因及解決方法?技術核心

          文章出處:   發布時間:2017-12-11 22:02:44   瀏覽:45

          目前,我國多家企業的大型高爐熱風爐系統均出現不同程度的爐頂裂紋、熱風管道溫度高、煤氣管道腐蝕泄漏等問題。原因是什么?怎么解決?

           

          目前,我國大型高爐熱風爐系統的設備問題較多,國內多家大型鋼鐵企業熱風爐均出現不同程度的爐頂裂紋、熱風管道溫度高、煤氣管道腐蝕泄漏等設備問題。為此,筆者總結首鋼股份公司熱風爐設備問題的處理實踐經驗,為國內大型高爐熱風爐系統設備問題的處理提供參考依據。


          首鋼股份有限公司現有大型高爐3座,其中,1號高爐有效容積為2650m3,2004年10月8日投產;2號高爐有效容積為2650m3,2007年1月4日投產;3號高爐有效容積為4000m3,2010年1月8日投產;目前,達到年產825萬噸鐵的生產規模。高爐投產后,熱風爐系統設備問題較多,處理難度較大,是制約高爐正常生產的一個難題。

          運行中常見的設備問題

          熱風爐爐頂開裂問題。首鋼熱風爐爐殼鋼板材質選用Q235B鋼,設計高爐富氧率為3.5%、熱風爐風溫為1250℃~1280℃,設計使用壽命為30年。2010年底,3號高爐4座熱風爐、2號高爐1座熱風爐的拱頂均出現焊縫開裂的問題;處理后運行一段時間,拱頂又出現了焊縫開裂的問題,對拆除的殼體的無損檢測結果顯示,靠近爐殼板焊縫位置存在大量裂紋,母體上也存在部分裂紋。

          熱風爐高溫管系問題。3號高爐熱風總管共安裝11臺波紋補償器,補償器本體碳鋼焊縫在運行過程中均出現開裂漏風的問題。由于徹底更換波紋補償器短時間內不具備條件,為了確保生產穩定運行,目前,首鋼采用外部再包覆一層不銹鋼波紋材料來控制漏風的方法。

          煤氣系統被腐蝕問題。3座高爐熱風爐煤氣支管均出現過因腐蝕泄漏煤氣的問題,經檢查,煤氣管道壁厚減薄嚴重。熱風爐煤氣預熱原設計采用低溫熱管預熱器,投入使用兩年左右,出現預熱效果下降問題,最終煤氣預熱效果逐步下降。


          設備問題緣何而來?

          熱風爐爐頂開裂的原因。首鋼對熱風爐爐頂鋼板進行取樣,經過理化性能、力學性能分析后,確認爐頂開裂的原因有3個。一是工程施工時,焊接質量差,咬邊、未熔合、焊渣等焊接缺陷明顯,這些缺陷造成應力集中,誘發開裂。二是硫、氯根等腐蝕性介質使爐殼發生點蝕與均勻腐蝕,形成較深的腐蝕坑,其底部尖端產生應力集中點。三是熱風爐內,隨著燒爐期和送風期的交替,爐內壓力出現周期性變化,產生交變應力,促使應力集中位置開裂或已開裂部位的裂紋擴展。殘余應力、腐蝕介質、工作過程中的交變應力是爐殼開裂的3個因素,開裂機理為應力腐蝕疲勞開裂。

          熱風爐管道溫度高的原因。熱風管系部分波紋補償器溫度高、出現焊縫開裂的地方,一般是因為出現了耐材縫隙過大、耐火磚開裂或脫落等情況,導致竄氣,幾次檢修期間的現場檢查證實了以上問題的存在。

          煤氣系統被腐蝕的原因。煤氣管道及煤氣預熱器受到腐蝕,首鋼通過對高爐煤氣現場取樣化驗發現,腐蝕性成分主要是硫化物和氯根,其中,氯根的含量較大。雖然高爐煤氣會經過堿液噴灑(一般將PH值由2~3調整為7左右),但這只能減輕腐蝕,卻并不能完全消除氯根的腐蝕。


          針對問題采取兩方面措施

          一方面,應開展專題研究,制訂有效控制措施。鑒于目前熱風爐爐頂及熱風管系局部存在溫度高的實際情況,應盡快完善檢測(溫度、形變)手段,制訂控制標準并嚴格執行,使其處于控制范圍內,防止發生惡性事故。

          在熱風爐狀況沒有改變之前,不宜再按照原始設計風溫使用,應按實際情況(即確保熱風爐及熱風管系殼體溫度不超過規定)降低風溫水平,并嚴格執行有關規定。

          熱風爐及管系在檢修時,須對耐材出現的問題進行深入的檢測、取證、分析,并和設計情況進行比較、總結,特別是熱風爐拱頂、熱風管系的三岔口、波紋補償器、管系接口等易出現問題的地方,制訂改進措施,完善設計方案。

          應總結首鋼熱風爐系統發生的各種事故教訓,以問題為導向,有針對性地制訂熱風爐系統事故預案,防止再次發生事故或將事故控制在最小范圍內。

          要徹底更換煤氣管道,管道壁厚增加至16mm,內部刷防腐漆。煤氣預熱器更換為板式換熱器,克服熱管換熱器的一些缺點,因為板式換熱器傳熱效率高、耐腐蝕、壽命長、積灰現象不明顯。熱風爐系統的熱效率可以長期維持在高水平運行,從而減少高爐煤氣消耗,降低運行成本。

          針對熱風爐區域特點,制訂巡檢、檢修等安全措施,確保人員安全。

          另一方面,應對熱風爐存在的問題進行深入研究。應利用熱風爐更換爐殼的機會,對焊縫、爐殼母體進行全面檢測,確認是否有晶間應力腐蝕;確認何種應力導致鋼板母體、焊縫及其附近出現裂紋,以便于有針對性地提出改進措施,解決裂紋問題。

          應進一步調研大型高爐熱風爐爐殼選材問題(首鋼股份公司熱風爐選用Q235B鋼板,首鋼京唐熱風爐選用Q345C鋼板。據了解,寶鋼采用BB41-BF鋼板,鞍鋼采用ALK420鋼板,武鋼采用WSM41C鋼板。),進行材質性能、使用情況、熱風爐性能、操作參數等方面的比較,考慮熱風爐惡劣工作條件,對應規范標準,選好爐殼材質。


          設備改造實踐及總結

          改進熱風爐拱頂爐殼材質。首鋼3號高爐2號熱風爐在改造更換拱頂爐殼時,經過多次研討,最終選用了爐殼專用鋼Q345LK,所用鋼板全部由首鋼自產。Q345LK鋼比常規Q345C鋼的C、Si、P、S含量低,并且添加了Al、Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素,通過爐外精煉,具有更優的強度、塑性、韌性、防裂性和抗脆性斷裂等綜合性能,并具有防腐蝕性介質侵蝕的性能。Q345LK鋼符合2012年版黑色冶金標準《鋼鐵冶煉工藝爐爐殼用鋼板》(YB/T4281-2012)(由鞍鋼公司、冶金工業信息標準研究院、湘鋼、首鋼總公司編制)的規定。

          優化熱風爐拱頂結構。熱風爐拱頂前期存在問題,爐頂16帶~17帶爐殼和17帶~18帶爐殼拐角處應力較為集中。此次改造采用圓弧過渡進行處理,圓弧半徑為1500mm;由于生產過程中出現過竄風現象(爐殼局部溫度高),新更換的鋼殼內部涂耐晶間應力腐蝕的涂料YJ-250,之后,再噴涂一層厚度為50mm的耐酸噴涂料MS-1;為保證原設計砌體結構的完整性,17帶爐殼內徑由12140mm改為12200mm。

          嚴格控制焊接質量。熱風爐殼體的焊接應符合《煉鐵工藝爐殼體結構技術規范》(GB50567-2010)中第8章的要求,嚴格確保焊接質量。

          爐殼焊前預熱的要求。爐殼預熱時應符合下列規定:施焊前,預熱及預熱溫度應根據母材交貨狀態、化學成分、力學性能、焊接性能、厚度及焊件的拘束程度等因素確定。焊接接頭的預熱溫度除參照相關標準外,一般通過焊接性能試驗確定。實施的預熱溫度,還要考慮到環境溫度、結構拘束度等因素的影響。

          爐殼焊后熱處理。熱處理采用內電加熱工藝,在工件內腔布置加熱熱源,工件外壁鋪設保溫絕熱材料,利用熱輻射和熱空氣對流的加熱工藝,達到均勻加熱之目的。

          結合設計院提出的工藝規范,根據制造廠焊接工藝評定結果,首鋼提出相應的熱處理加熱工藝規范:恒溫溫度為570℃±20℃,恒溫時間為4.5小時;200℃~250℃,保溫2小時,控制消氫處理;升溫速度≤108℃/h(200℃以前可不予控制);降溫速度≤140℃/h(400℃以后可不予控制);恒溫時最大溫差為20℃(≤40℃),升溫、降溫時最大溫差≤120℃。

          對煤氣預熱器進行改型。熱管式煤氣預熱器存在使用壽命短、維修成本高、檢修周期長等問題,同時,預熱器的換熱效率低也導致煤氣管道腐蝕嚴重。將原熱管預熱器改為新型板式預熱器后,煤氣系統在生產運行過程中沒有新增動力消耗。通過改造,在煤氣入口溫度不變的情況下,煤氣出口溫度由40℃升至185℃,可發揮減少燃料消耗的作用,達到了增收節支的目的,同時提高了煤氣溫度,使煤氣不會在管道中結露,解決了煤氣管道因腐蝕泄漏的問題。


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