朱士杰
（江陰興澄特種鋼鐵有限公司, 江蘇 214429）
[摘 要] 2021年12月24日興澄特鋼2號(hào)高爐2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管與預(yù)混室接口處出現(xiàn)開裂、漏氣現(xiàn)象，存在較大的安全隱患，已影響到2號(hào)高爐的正常生產(chǎn)，需要進(jìn)行停爐處理。本文根據(jù)2號(hào)熱風(fēng)爐損壞情況和損壞部位提出了修復(fù)方案，介紹了熱風(fēng)爐修復(fù)的施工工藝和安全措施，對(duì)同期高爐的生產(chǎn)情況以及熱風(fēng)爐修復(fù)后的投運(yùn)情況進(jìn)行總結(jié)。通過對(duì)陶瓷耐磨澆筑料的精心選擇，以及嚴(yán)密組織現(xiàn)場支模和澆筑修復(fù)，2號(hào)熱風(fēng)爐從停爐到投用用時(shí)4天時(shí)間，修復(fù)后熱風(fēng)爐使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。
[關(guān)鍵詞] 熱風(fēng)爐；預(yù)混室；開裂；澆筑料；修復(fù)方案
0 引言
熱風(fēng)爐是高爐主要的附屬設(shè)備，一座高爐視爐容大小一般配 3～4 座熱風(fēng)爐，其作用是向高爐持續(xù)穩(wěn)定的提供1000℃以上的熱風(fēng)，一般使用壽命為1～2代高爐爐齡。但熱風(fēng)爐在實(shí)際使用中，其內(nèi)襯耐材不可避免會(huì)發(fā)生一定程度的損壞，會(huì)出現(xiàn)變形、破裂、渣化、脫磚甚至垮塌等現(xiàn)象[1]，造成熱風(fēng)爐本體及相關(guān)管道出現(xiàn)局部溫度過熱、爐殼發(fā)紅變形、漏氣竄風(fēng)等安全隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生爆裂、燒穿等惡性生產(chǎn)事故。
興澄特鋼 2 號(hào)高爐配置 3 座旋切頂燃式熱風(fēng)爐，采用“兩燒一送”的工作制度，燃料采用高爐煤氣 ，配有空氣 、煤氣雙預(yù)熱設(shè)施 ，設(shè)計(jì)風(fēng)溫 ＞ 1200℃。熱風(fēng)爐采用三段式砌體結(jié)構(gòu)，包括爐體三段式砌體結(jié)構(gòu)和蓄熱室格子磚三段式砌體結(jié)構(gòu)[2]。
2021年 12月 24日發(fā)現(xiàn)2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管與預(yù)混室連接處開裂、漏氣，現(xiàn)場紅外測溫顯示400℃，存在較大的安全隱患，需要進(jìn)行停爐處理。本文介紹了 2 號(hào)高爐 2 號(hào)熱風(fēng)爐損壞狀況，根據(jù)熱風(fēng)爐損壞情況和損壞部位提出了修復(fù)方案，同時(shí)對(duì)熱風(fēng)爐的修復(fù)過程、高爐的生產(chǎn)、施工安全措施以及修復(fù)后的投運(yùn)情況進(jìn)行詳細(xì)概述。
1 熱風(fēng)爐損壞狀況
圖 1為 2號(hào)高爐 2號(hào)熱風(fēng)爐本體及煤氣支管入口損壞情況。由圖 1 可以看出，2 號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管入口上部一圈及相連的熱風(fēng)爐本體左右兩側(cè)相貫線各延伸1.5～2m處最外環(huán)耐材均有不同程度脫落翹起?？赡茉蚴怯捎跓犸L(fēng)爐煤氣入口與預(yù)混室處采用斜口連接（角度為 60°），因煤氣入口處襯磚受熱膨脹，其膨脹力沿上方斜口擠向預(yù)混室方向，從而造成煤氣支管預(yù)混室入口上部及相連的熱風(fēng)爐本體左右兩側(cè)出現(xiàn)襯磚脫落翹起。
2 熱風(fēng)爐修復(fù)澆注料的選擇
熱風(fēng)爐耐材結(jié)構(gòu)由保溫層和工作襯體組成，本次修復(fù)主要是恢復(fù)熱風(fēng)爐煤氣管道及內(nèi)部的工作襯體。熱風(fēng)爐修復(fù)襯體所用的材料，要根據(jù)損壞部位采用與其設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的材料，特別是在熱修條件下。經(jīng)研究最終選擇強(qiáng)度高，耐磨、穩(wěn)定性好，并且在高溫?zé)Y(jié)后與原磚襯能夠良好結(jié)合的陶瓷耐磨澆筑材料，其理化性能見表 1。陶瓷耐磨澆筑料有以下特征[3]：
（1）該澆筑料與紅柱石磚同屬氧化鋁型耐火材料，各項(xiàng)理化性能指標(biāo)有一定的保證；
（2）構(gòu)成澆筑料的硬質(zhì)粒料、結(jié)合劑、微粉、耐磨劑和超微粉等，均含有較高純度的氧化鋁，化學(xué)和物料穩(wěn)定性有一定保證；
（3）硬質(zhì)粒料構(gòu)成陶瓷耐磨料的骨架部分，超微粉對(duì)縫隙進(jìn)行填充，再通過結(jié)合劑形成整體致密結(jié)構(gòu)，達(dá)到耐磨抗腐蝕的目的；
（4）利用超微粉，讓澆筑體與原磚襯充分接觸，起到密封效果；
（5）施工周期短，施工方便，施工后無需烘烤。
3 熱風(fēng)爐修復(fù)現(xiàn)場施工情況
熱風(fēng)爐修復(fù)工程主要工藝流程：檢查→涼爐→清理→下半環(huán)支模→下半環(huán)澆筑→上半環(huán)支模→開孔位兩側(cè)熱風(fēng)爐爐殼安裝焊接→上半環(huán)澆筑→封人孔→中間位熱風(fēng)爐爐殼安裝焊接→頂部開孔→頂部澆筑→檢查→空部位頂部開孔→再次澆筑→爐殼孔洞焊接→抽盲板→打壓檢漏→補(bǔ)焊→投用燒爐。
3.1 停爐切割爐殼
2 號(hào)熱風(fēng)爐停爐后，對(duì)其煤氣支管與預(yù)混室接口上方開兩個(gè)孔，以確認(rèn)耐材脫落程度，通過孔洞可以明顯的看到內(nèi)部紅磚，用鐵棍伸入探不到抵擋物，確認(rèn) 2號(hào)熱風(fēng)爐預(yù)混室耐材存在大面積脫落可能，因此放棄對(duì) 2 號(hào)熱風(fēng)爐進(jìn)行開孔灌漿修復(fù)方案，改用分段支模澆筑的修復(fù)方案。在 2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管入口處兩側(cè)搭建平臺(tái)，以便對(duì)殼體進(jìn)行切割拆除作業(yè)。
3.2 涼爐清理耐材
為了方便清理內(nèi)部脫落的耐材，先打開 2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管人孔，用排風(fēng)扇吹掃涼爐，并用隔熱棉對(duì)煤氣洞進(jìn)行封堵（起到隔熱保溫的作用）。待爐體冷卻到一定程度后，由工人清理已脫落的耐材及不穩(wěn)定的耐材至爐外。
3.3 下半環(huán)澆筑
施工人員對(duì)煤氣入口兩側(cè)最外環(huán)采用3mm 厚薄鋼板進(jìn)行支模。先用電鎬對(duì)支模處爐殼上耐材進(jìn)行清理，后使用鋼筋作為橋梁焊接模板與爐殼從而固定模板，然后對(duì)煤氣支管入口管道底部下半圓進(jìn)行支模，在底層模板縫隙塞石棉，支模完畢驗(yàn)收合格后再對(duì)下半環(huán)進(jìn)行澆筑。煤氣入口下半環(huán)清理、支模及澆筑情況如圖2所示。
3.4 上半環(huán)澆筑
煤氣支管入口管道下半環(huán)支模澆筑后，對(duì)其上半環(huán)支模（支模分左上、右上、中間合門），再對(duì)煤氣入口中間封板支模安裝，安裝結(jié)束后對(duì)模板縫隙檢查焊補(bǔ)，再對(duì)兩側(cè)縫隙進(jìn)行填充石棉，后對(duì)左右兩側(cè)的爐殼進(jìn)行安裝焊接，爐殼焊接結(jié)束后對(duì)上半環(huán)進(jìn)行澆筑，上半環(huán)澆筑完成后對(duì)空氣和煤氣支管人孔進(jìn)行封堵，封堵時(shí)磚貼里面砌，磚外層確保均勻敷滿澆注料，最外層再敷上保溫棉，之后墊墊片封人孔。上半環(huán)支模及澆筑情況如圖3所示。
3.5 頂部澆筑
在熱風(fēng)爐頂部開孔，孔下焊擋板方便料進(jìn)入，之后灌澆筑料。澆筑完成后紅外測溫檢查發(fā)現(xiàn)澆筑的右側(cè)中上部溫度 135℃左右，左側(cè)上下均 70℃左右，因此懷疑右側(cè)中上部未灌進(jìn)料，可能是由于澆注料流動(dòng)性不好所致，于是立即在右側(cè)上部開孔并灌流動(dòng)性好的澆注料。澆筑完成后右側(cè)溫度下降明顯，溫度穩(wěn)定后左右兩側(cè)溫度基本維持在70～ 80℃，之后對(duì) 2 個(gè)灌漿孔清理并塞石棉封堵焊接。頂部開孔及澆筑情況如圖4所示。
3.6 試壓檢漏
澆筑完成后開始抽出空氣管路、煤氣管路盲板，再對(duì)熱風(fēng)爐進(jìn)行打壓檢漏，沖壓 200kpa時(shí)發(fā)現(xiàn)8個(gè)漏點(diǎn)，后對(duì)測出的漏點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊，再次沖壓檢漏補(bǔ)焊，于 28日 7點(diǎn)對(duì) 2號(hào)熱風(fēng)爐進(jìn)行投用燒爐。抽盲板、檢漏及補(bǔ)焊情況如圖5所示。
4 停爐期間爐內(nèi)操作
2 號(hào)熱風(fēng)爐檢修期間，熱風(fēng)爐操作按“一燒一送”執(zhí)行。為保證風(fēng)溫，1、3號(hào)熱風(fēng)爐按煤氣量上限燒爐，風(fēng)量維持 4300～4450m3 /min；視理論燃燒溫度及保產(chǎn)需要，高爐富氧量維持14000m3 /h；在逐步降低熱風(fēng)溫度過程中，減風(fēng)溫所損失的熱量主要以煤量、焦炭、焦丁補(bǔ)償（若引起爐內(nèi)氣流變亂，可外加一定量焦炭、焦丁退足負(fù)荷）。
自熱風(fēng)爐“一燒一送”起，2 號(hào)高爐風(fēng)溫逐步降低至 1050℃（1190℃→1150℃→1100℃→1050℃）。以100℃風(fēng)溫影響燃料比20kg/t，風(fēng)溫的作用時(shí)間按1.5h 計(jì)，煤粉滯后時(shí)間按 4h 計(jì)，在調(diào)整負(fù)荷到達(dá)風(fēng)口前 2h，將風(fēng)溫撤至 2h 后所要反應(yīng)的調(diào)整負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的計(jì)劃風(fēng)溫。退風(fēng)溫后如果送風(fēng)末期出現(xiàn)“甩尾”現(xiàn)象，則進(jìn)一步撤風(fēng)溫 50℃，同時(shí)退全焦負(fù)荷，焦比增加 10kg/t，焦丁批不變。同時(shí)注意好該階段熱量銜接，在輕負(fù)荷料未下達(dá)前進(jìn)一步提高煤比，以補(bǔ)償撤風(fēng)溫帶來的熱量損失。
2號(hào)熱風(fēng)爐檢修期間，高爐操作焦比逐步由310kg/t增至 365kg/t，之后根據(jù)爐溫水平及熱風(fēng)爐風(fēng)溫使用情況焦比由365kg/t降至345kg/t；12月28日2號(hào)熱風(fēng)爐恢復(fù)燒爐，風(fēng)溫逐步恢復(fù)至1170℃，焦比逐步恢復(fù)正常水平310kg/t，具體調(diào)整如表2所示。
檢修期間，2 號(hào)熱風(fēng)爐硅質(zhì)格磚界面溫度由945℃下降至 861℃，平均每小時(shí)下降 1℃左右，后期溫度大于硅質(zhì)格磚界面要求溫度。
5 修復(fù)期間安全措施
2 號(hào)熱風(fēng)爐修復(fù)期間，為了確?，F(xiàn)場檢修人員安全，制定如下安全措施，并由專門監(jiān)護(hù)人員檢查落實(shí)。
（1）2 號(hào)熱風(fēng)爐閥門現(xiàn)場操作開關(guān)打在“禁止” 位，除現(xiàn)場人員外其他人不得私自操作變更閥門狀態(tài)。操作工不得在主控私自操作 2 號(hào)熱風(fēng)爐任何閥門，操作 2號(hào)熱風(fēng)爐任一閥門都須提前與現(xiàn)場作業(yè)人員聯(lián)系確認(rèn)。
（2）每次換爐前需要由爐內(nèi)工通知能源總調(diào)、換爐撤爐前確認(rèn)現(xiàn)場檢修人員撤離、并由爐內(nèi)工和工長簽字確認(rèn)。
（3）關(guān)閉2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣盲板閥，確保煤氣支管煤氣吹掃干凈，對(duì)煤氣、空氣管道進(jìn)行插盲板作業(yè)。
（4）登高作業(yè)要做好安全防護(hù)。搭設(shè)腳手架及簡易施工平臺(tái)時(shí)，要做好護(hù)桿；平臺(tái)跳板要鋪設(shè)均勻并綁扎牢靠；作業(yè)人員登高前要檢查并規(guī)范系好雙背雙扣安全帶，作業(yè)時(shí)將安全帶分開系好，安全帶高掛低用，安全繩或掛點(diǎn)確認(rèn)牢靠、安全后方可作業(yè)。
（5）各類施工用電設(shè)備、儀表等由專業(yè)電工接電。
（6）煤氣支管管道冷卻到一定程度后方可進(jìn)人，進(jìn)管道前必須用 CO 和 O2分析儀測量煤氣支管內(nèi)氣體是否滿足進(jìn)人施工需求。
6 熱風(fēng)爐修復(fù)效果
2號(hào)高爐 2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管及預(yù)混室采用陶瓷耐磨澆注料分段支模澆筑的修復(fù)方法，從停爐到投用共用時(shí) 4天，修復(fù)后風(fēng)溫可以穩(wěn)定再 1170℃以上，澆筑部位送風(fēng)狀態(tài)下溫度在100℃以內(nèi)，不同狀態(tài)下各熱風(fēng)爐煤氣支管結(jié)合處溫度見表3。
由表 3 可以看出，修復(fù)后 2 號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管入口處溫度有大幅度下降，且低于 1 號(hào)和 3 號(hào)熱風(fēng)爐，說明此次澆筑效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。2號(hào)熱風(fēng)爐 12 月 28 日投用后，修復(fù)前后單座熱風(fēng)爐燒爐煤氣流量變化（熱風(fēng)爐正常運(yùn)行情況下）如表 4所示。由表 4 可以看出，3 座熱風(fēng)爐煤氣流量呈下降趨勢，而且 3 座熱風(fēng)爐煤氣流量相差不大，煤氣流量下降主要是因?yàn)楦谎趼噬仙挠绊懀?.29%→ 4.71%）。而且 2 號(hào)熱風(fēng)爐處理后煤氣流量最高可達(dá)到 102617m3 /h（煤氣調(diào)節(jié)閥開度 63%），這證明處理后對(duì)2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣流量無影響。
7 結(jié)語
本文通過對(duì)興澄特鋼2號(hào)高爐2號(hào)熱風(fēng)爐煤氣支管入口損壞狀況的檢查和分析，制定了 2號(hào)熱風(fēng)爐損壞部位的修復(fù)方案。經(jīng)分析對(duì)比確定采用強(qiáng)度高，耐磨性、穩(wěn)定性好的陶瓷耐磨澆筑材料對(duì)熱風(fēng)爐損壞部位進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)制定了詳細(xì)的施工安全措施和停爐期間爐內(nèi)工藝操作要點(diǎn)。
本次 2 號(hào)熱風(fēng)爐修復(fù)采用了對(duì)煤氣支管及預(yù)混室分段支模澆筑的施工方法。經(jīng)過涼爐清理、支模澆筑、打壓檢漏等一系列施工過程的精心組織，2 號(hào)熱風(fēng)爐煤氣入口處溫度下降明顯，最大煤氣量未受影響，修復(fù)后熱風(fēng)爐使用效果良好，降低了熱風(fēng)爐安全風(fēng)險(xiǎn)，確保了熱風(fēng)爐穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。
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