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大型热风炉出现故障的原因及解决方法?技术核心

文章出处:   发布时间:2017-12-11 22:02:44   浏览:40

目前,我国多家企业的大型高炉热风炉系统均出现不同程度的炉顶裂纹、热风管道温度高、煤气管道腐蚀泄漏等问题。原因是什么?怎么解决?

 

目前,我国大型高炉热风炉系统的设备问题较多,国内多家大型钢铁企业热风炉均出现不同程度的炉顶裂纹、热风管道温度高、煤气管道腐蚀泄漏等设备问题。为此,笔者总结首钢股份企业热风炉设备问题的处理实践经验,为国内大型高炉热风炉系统设备问题的处理提供参考依据。


首钢股份有限企业现有大型高炉3座,其中,1号高炉有效容积为2650m3,2004年10月8日投产;2号高炉有效容积为2650m3,2007年1月4日投产;3号高炉有效容积为4000m3,2010年1月8日投产;目前,达到年产825万吨铁的生产规模。高炉投产后,热风炉系统设备问题较多,处理难度较大,是制约高炉正常生产的一个难题。

运行中常见的设备问题

热风炉炉顶开裂问题。首钢热风炉炉壳钢板材质选用Q235B钢,设计高炉富氧率为3.5%、热风炉风温为1250℃~1280℃,设计使用寿命为30年。2010年底,3号高炉4座热风炉、2号高炉1座热风炉的拱顶均出现焊缝开裂的问题;处理后运行一段时间,拱顶又出现了焊缝开裂的问题,对拆除的壳体的无损检测结果显示,靠近炉壳板焊缝位置存在大量裂纹,母体上也存在部分裂纹。

热风炉高温管系问题。3号高炉热风总管共安装11台波纹补偿器,补偿器本体碳钢焊缝在运行过程中均出现开裂漏风的问题。由于彻底更换波纹补偿器短时间内不具备条件,为了确保生产稳定运行,目前,首钢采用外部再包覆一层不锈钢波纹材料来控制漏风的方法。

煤气系统被腐蚀问题。3座高炉热风炉煤气支管均出现过因腐蚀泄漏煤气的问题,经检查,煤气管道壁厚减薄严重。热风炉煤气预热原设计采用低温热管预热器,投入使用两年左右,出现预热效果下降问题,最终煤气预热效果逐步下降。


设备问题缘何而来?

热风炉炉顶开裂的原因。首钢对热风炉炉顶钢板进行取样,经过理化性能、力学性能分析后,确认炉顶开裂的原因有3个。一是工程施工时,焊接质量差,咬边、未熔合、焊渣等焊接缺陷明显,这些缺陷造成应力集中,诱发开裂。二是硫、氯根等腐蚀性介质使炉壳发生点蚀与均匀腐蚀,形成较深的腐蚀坑,其底部尖端产生应力集中点。三是热风炉内,随着烧炉期和送风期的交替,炉内压力出现周期性变化,产生交变应力,促使应力集中位置开裂或已开裂部位的裂纹扩展。残余应力、腐蚀介质、工作过程中的交变应力是炉壳开裂的3个因素,开裂机理为应力腐蚀疲劳开裂。

热风炉管道温度高的原因。热风管系部分波纹补偿器温度高、出现焊缝开裂的地方,一般是因为出现了耐材缝隙过大、耐火砖开裂或脱落等情况,导致窜气,几次检修期间的现场检查证实了以上问题的存在。

煤气系统被腐蚀的原因。煤气管道及煤气预热器受到腐蚀,首钢通过对高炉煤气现场取样化验发现,腐蚀性成分主要是硫化物和氯根,其中,氯根的含量较大。虽然高炉煤气会经过碱液喷洒(一般将PH值由2~3调整为7左右),但这只能减轻腐蚀,却并不能完全消除氯根的腐蚀。


针对问题采取两方面措施

一方面,应开展专题研究,制订有效控制措施。鉴于目前热风炉炉顶及热风管系局部存在温度高的实际情况,应尽快完善检测(温度、形变)手段,制订控制标准并严格实行,使其处于控制范围内,防止发生恶性事故。

在热风炉状况没有改变之前,不宜再按照原始设计风温使用,应按实际情况(即确保热风炉及热风管系壳体温度不超过规定)降低风温水平,并严格实行有关规定。

热风炉及管系在检修时,须对耐材出现的问题进行深入的检测、取证、分析,并和设计情况进行比较、总结,特别是热风炉拱顶、热风管系的三岔口、波纹补偿器、管系接口等易出现问题的地方,制订改进措施,完善设计方案。

应总结首钢热风炉系统发生的各种事故教训,以问题为导向,有针对性地制订热风炉系统事故预案,防止再次发生事故或将事故控制在最小范围内。

要彻底更换煤气管道,管道壁厚增加至16mm,内部刷防腐漆。煤气预热器更换为板式换热器,克服热管换热器的一些缺点,因为板式换热器传热效率高、耐腐蚀、寿命长、积灰现象不明显。热风炉系统的热效率可以长期维持在高水平运行,从而减少高炉煤气消耗,降低运行成本。

针对热风炉区域特点,制订巡检、检修等安全措施,确保人员安全。

另一方面,应对热风炉存在的问题进行深入研究。应利用热风炉更换炉壳的机会,对焊缝、炉壳母体进行全面检测,确认是否有晶间应力腐蚀;确认何种应力导致钢板母体、焊缝及其附近出现裂纹,以便于有针对性地提出改进措施,解决裂纹问题。

应进一步调研大型高炉热风炉炉壳选材问题(首钢股份企业热风炉选用Q235B钢板,首钢京唐热风炉选用Q345C钢板。据了解,宝钢采用BB41-BF钢板,鞍钢采用ALK420钢板,武钢采用WSM41C钢板。),进行材质性能、使用情况、热风炉性能、操作参数等方面的比较,考虑热风炉恶劣工作条件,对应规范标准,选好炉壳材质。


设备改造实践及总结

改进热风炉拱顶炉壳材质。首钢3号高炉2号热风炉在改造更换拱顶炉壳时,经过多次研讨,最终选用了炉壳专用钢Q345LK,所用钢板全部由首钢自产。Q345LK钢比常规Q345C钢的C、Si、P、S含量低,并且添加了Al、Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素,通过炉外精炼,具有更优的强度、塑性、韧性、防裂性和抗脆性断裂等综合性能,并具有防腐蚀性介质侵蚀的性能。Q345LK钢符合2012年版黑色冶金标准《钢铁冶炼工艺炉炉壳用钢板》(YB/T4281-2012)(由鞍钢企业、冶金工业信息标准研究院、湘钢、首钢总企业编制)的规定。

优化热风炉拱顶结构。热风炉拱顶前期存在问题,炉顶16带~17带炉壳和17带~18带炉壳拐角处应力较为集中。此次改造采用圆弧过渡进行处理,圆弧半径为1500mm;由于生产过程中出现过窜风现象(炉壳局部温度高),新更换的钢壳内部涂耐晶间应力腐蚀的涂料YJ-250,之后,再喷涂一层厚度为50mm的耐酸喷涂料MS-1;为保证原设计砌体结构的完整性,17带炉壳内径由12140mm改为12200mm。

严格控制焊接质量。热风炉壳体的焊接应符合《炼铁工艺炉壳体结构技术规范》(GB50567-2010)中第8章的要求,严格确保焊接质量。

炉壳焊前预热的要求。炉壳预热时应符合下列规定:施焊前,预热及预热温度应根据母材交货状态、化学成分、力学性能、焊接性能、厚度及焊件的拘束程度等因素确定。焊接接头的预热温度除参照相关标准外,一般通过焊接性能试验确定。实施的预热温度,还要考虑到环境温度、结构拘束度等因素的影响。

炉壳焊后热处理。热处理采用内电加热工艺,在工件内腔布置加热热源,工件外壁铺设保温绝热材料,利用热辐射和热空气对流的加热工艺,达到均匀加热之目的。

结合设计院提出的工艺规范,根据制造厂焊接工艺评定结果,首钢提出相应的热处理加热工艺规范:恒温温度为570℃±20℃,恒温时间为4.5小时;200℃~250℃,保温2小时,控制消氢处理;升温速度≤108℃/h(200℃以前可不予控制);降温速度≤140℃/h(400℃以后可不予控制);恒温时最大温差为20℃(≤40℃),升温、降温时最大温差≤120℃。

对煤气预热器进行改型。热管式煤气预热器存在使用寿命短、维修成本高、检修周期长等问题,同时,预热器的换热效率低也导致煤气管道腐蚀严重。将原热管预热器改为新型板式预热器后,煤气系统在生产运行过程中没有新增动力消耗。通过改造,在煤气入口温度不变的情况下,煤气出口温度由40℃升至185℃,可发挥减少燃料消耗的作用,达到了增收节支的目的,同时提高了煤气温度,使煤气不会在管道中结露,解决了煤气管道因腐蚀泄漏的问题。


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