混酸再生焙燒爐中間爐底翹曲變形的改進

李益華，史文軍，朱 平

（寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

不銹鋼在冷軋加工過程中，要經受酸洗過程，在此將硝酸和氫氟酸混合用作酸洗劑。酸洗產生的廢酸中含有與不銹鋼成份類似的金屬。當金屬在酸洗劑中達到一定濃度之后，必須將這些金屬從酸洗液中除去。混酸再生工藝從廢酸中回收所有寶貴的物質：這些物質是以可再用的、混合酸形式存在的氫氟酸和硝酸以及以氧化物形式存在的金屬。

1 混酸再生回收系統焙燒爐工作原理

焙燒爐是硝酸、氫氟酸混酸廢酸再生回收系統中的核心設備。爐體設備全部采用價值昂貴的高鎳不銹鋼板焊接而成，爐體中間爐底的鋼板用進口20 mm厚的1.4876高鎳不銹鋼板焊接而成，焙燒爐分成上下2層結構，工作溫度約600℃（圖1）。廢酸（硝酸、氫氟酸）通過酸槍噴射到焙燒爐內，通過爐內燒嘴加熱，使酸液和水分蒸發并進行一系列化學反應，產生酸霧和氧化鐵粉。酸霧從爐頂排出，氧化鐵粉下落在焙燒爐的中間層爐底上。由于氧化鐵粉中還含有少量液態硝酸、氫氟酸、氟化鐵等成分需要通過二次焙燒才能去除，同時，一部分未全部汽化的酸液滴也將落在中間層上面。因此，在高溫條件下，氧化鐵粉和酸液滴接觸到中間層鋼板容易導致鋼板腐蝕而大幅縮短中間層爐底使用壽命。

為達到降低維修成本和提高使用壽命的目的，采用了12 mm厚的316L不銹鋼板整體代替原中間層20 mm厚的高鎳不銹鋼板，并在鋼板上鋪設一層耐火耐酸磚，以提高耐腐蝕性能并延長中間爐底的使用壽命。

2 混酸再生焙燒爐存在問題與分析

圖1 焙燒爐結構

由于鋼和耐火耐酸磚的熱膨脹系數差距非常大，烘爐及運行階段檢查中發現316L鋼板出現不同程度的翹曲，鋼板翹曲帶動鋼板上方的耐火耐酸磚整體拱起，個別磚脫落，影響設備正常運行。爐底翹曲點與焙燒爐內部氧化鐵粉攪拌耙子的齒接觸后造成耙子主軸過載斷裂。同時，脫落的磚也落在焙燒爐的下層爐底，容易堵住氧化鐵粉的輸出孔。最終影響焙燒爐的正常運行。

導致鋼板和耐火耐酸磚出現整體或局部翹曲和磚脫落的原因有3個。

（1）鋼板厚薄影響其變形量。原設計中間爐底層采用20 mm厚的1.4876（DIN標準）高鎳不銹鋼板焊接而成，為節約維修成本采用12 mm厚的316鋼板進行代替并在鋼板上敷設一層耐火耐酸磚。在同等溫度及工況下，鋼板越薄越容易產生變形。

（2）原設計中間爐底層無膨脹空間導致鋼板翹曲變形。用316L鋼板代替1.4876高鎳鋼板時未考慮其膨脹系數，所有焊縫仍然采用滿焊的方式進行焊接，導致鋼板受熱后無空間延伸，使鋼板熱變形，同時也帶動鋼板表面上的耐酸磚整體翹曲。

圖2 爐子鋼板及耐火耐酸磚變形翹曲

（3）鋼板與耐酸磚的膨脹系數不同，導致耐酸磚隨鋼板變形而翹曲或脫落。在同等溫度及工況下，316L不銹鋼鋼板的線膨脹系數為18.0×10-6℃-1，耐酸磚的線膨脹系數為（8～15）×10-6℃-1，用膠泥將耐酸磚黏貼在鋼板上后，因為2種材料膨脹系數的不同，從而導致耐酸磚出現不同程度的脫落。

3 混酸再生焙燒爐改進措施

（1）鋼板的焊接方式創新，爐子中間層內外圓采用分段式焊接代替原設計的滿焊焊接結構（圖3a）。

（2）整個中間層爐底鋼板留出了6條膨脹縫，讓鋼板有足夠的熱膨脹自由延伸空間，從源頭上消除了鋼板受熱后不能自由膨脹而出現翹曲的問題，膨脹縫的大小根據鋼板的尺寸和溫度計算，膨脹縫采用鋸齒狀交替布置結構（圖3b）。

圖3 新設計的爐底鋼板結構

（3）耐火耐酸磚與鋼板之間的連接材料創新，在鋼板與耐火耐酸磚之間用高溫卷毯（1430含鋯型高溫卷毯）代替之前的黏貼膠泥，高溫卷毯使鋼板與耐火耐酸磚得到有效的隔離，使耐酸磚成為一個堅固的整體而鋼板僅起到支撐作用，解決了因2種材料的膨脹系數不同所產生的翹曲和脫落問題。

4 實施后效果檢查

以上措施實施后，對設計圖紙中間爐底鋼板進行了重新安裝，自2013年7月投入使用至今，中間爐底的鋼板及耐火耐酸磚均無異常變形、翹曲、脫落等現象，使用良好。該項技術改進有效消除了設備隱患，重點設備可靠性大大增加，充分保證了連續作業機組的穩定順行。此外，該項技術改進方案也在寧波寶新不銹鋼有限公司內其他同類設備上進行了推廣運用，有效提高了設備的本質安全性。