大型高爐內(nèi)置壓力設(shè)備及維修方法研究

呂亞鳴

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司檢修事業(yè)部，山東 濟(jì)南 271104）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，新時(shí)期背景下，其面臨著產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)激烈、利潤(rùn)率低等多種問(wèn)題，因此，鋼鐵企業(yè)需不斷改革創(chuàng)新，對(duì)于高爐設(shè)備維護(hù)工作要利用現(xiàn)代化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，使其加快轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。且由于高爐內(nèi)置設(shè)備較復(fù)雜，其工序和維護(hù)數(shù)據(jù)信息獨(dú)立存在，缺乏科學(xué)合理維護(hù)管理技術(shù)，因此，要加大對(duì)其相關(guān)數(shù)據(jù)信息的整合，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和加工利用信息化、智能化在線(xiàn)維修技術(shù)，使其充分發(fā)揮自身價(jià)值，推動(dòng)高爐設(shè)備維護(hù)工作有效開(kāi)展。 通過(guò)建立信息化、智能化維護(hù)管理模式，最大程度提高企業(yè)生產(chǎn)效率，有效控制生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

1 大數(shù)據(jù)時(shí)代下高爐設(shè)備的發(fā)展

新時(shí)代背景下，通過(guò)利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段構(gòu)建高爐維護(hù)管理作為關(guān)鍵大數(shù)據(jù)處理中心。有效結(jié)合信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)處理中心，將高爐相關(guān)工序和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，將其由部分組成整體。

大型高爐風(fēng)口設(shè)備是爐前重點(diǎn)設(shè)備之一，其主要包含風(fēng)口小套和風(fēng)口中套(下稱(chēng)風(fēng)口和中套)，設(shè)備材質(zhì)為純銅。由于高爐生產(chǎn)時(shí)的高溫沖刷、爐內(nèi)懸料的墜落，往往會(huì)導(dǎo)致風(fēng)口和中套設(shè)備損壞，進(jìn)而致使設(shè)備內(nèi)部的水冷循環(huán)系統(tǒng)外露，在這種情況下高爐必須休風(fēng)對(duì)中套設(shè)備進(jìn)行更換。使其在維護(hù)時(shí)綜合所有工序進(jìn)行，有效確保其設(shè)備的正常運(yùn)行，針對(duì)其主體工序和附屬工序數(shù)據(jù)信息可實(shí)現(xiàn)同步采集和預(yù)處理，從而為高爐在線(xiàn)維護(hù)管理集約化、精確化的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)和前提。如圖1所示為高爐大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

針對(duì)大型高爐設(shè)備本體和其附屬工序相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集自動(dòng)化。對(duì)于其具體采集數(shù)量、采集周期需結(jié)合數(shù)學(xué)模型、可視化監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)要求進(jìn)行。高爐設(shè)備維護(hù)管理大數(shù)據(jù)云平臺(tái)通過(guò)充分利用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，將附屬工序和主體有機(jī)結(jié)合，促使高爐整體數(shù)據(jù)鏈充分融合。同時(shí)，通過(guò)利用全方位高爐風(fēng)口 CCD 圖像，借助其圖像識(shí)別技術(shù)搭建高爐風(fēng)口回旋區(qū)三維模型，能夠?qū)⒒匦齾^(qū)分布情況可視化呈現(xiàn)給工作人員，使維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)口區(qū)出現(xiàn)的問(wèn)題等，有效判斷高爐爐缸工作狀態(tài)。并在多種影響因素情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其侵蝕三維可視化監(jiān)控，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)具體的侵蝕診斷和安全評(píng)估，科學(xué)合理掌握爐內(nèi)安全厚度和安全預(yù)警線(xiàn)，從而制定針對(duì)性安全維護(hù)技術(shù)措施，確保高爐質(zhì)量安全。近幾年，我國(guó)高爐逐漸完成轉(zhuǎn)型，且高爐維護(hù)技術(shù)不斷提高，為高爐在線(xiàn)維護(hù)管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)提供了有力保障。確保高爐維護(hù)管理中能夠進(jìn)行智能分析、預(yù)測(cè)、診斷，從而實(shí)現(xiàn)可視化管理，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)健康長(zhǎng)久發(fā)展。

圖1 高爐大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

2 新時(shí)代背景下大型高爐設(shè)備維修中存在的問(wèn)題

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鋼鐵企業(yè)發(fā)展快速，但其生產(chǎn)過(guò)程中大型高爐設(shè)備中仍存在一些問(wèn)題。

（1）高爐設(shè)備熱風(fēng)爐爐頂開(kāi)裂。主要表現(xiàn)為其焊縫出現(xiàn)裂縫，維修人員將其進(jìn)行焊接，使用后再次出現(xiàn)拱頂焊縫開(kāi)裂，并發(fā)現(xiàn)靠近爐殼板焊縫地方出現(xiàn)大量裂紋，其母體上也出現(xiàn)部分裂紋。首先，由于在煉鐵過(guò)程中，大型高爐內(nèi)部設(shè)備縫隙間焊接質(zhì)量較差，其咬邊、未熔合等焊接不足之處突出，焊接時(shí)的不足導(dǎo)致設(shè)備承受應(yīng)力集中，使得焊縫裂開(kāi)。其次，高爐內(nèi)部設(shè)備受硫、氯根等多種腐蝕性較強(qiáng)物質(zhì)腐蝕造成爐殼出現(xiàn)點(diǎn)蝕和均勻腐蝕的情況，從而形成較大的腐蝕坑，且其底部突出部分出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)。最后高爐設(shè)備中，受燒爐期和送風(fēng)期不斷交替影響，爐內(nèi)壓力具有周期性，很大程度上會(huì)產(chǎn)生交互變化應(yīng)力，進(jìn)一步導(dǎo)致應(yīng)力集中部分開(kāi)裂或已開(kāi)裂位置裂紋不斷擴(kuò)大。殘缺應(yīng)力、腐蝕物質(zhì)、交互變化應(yīng)力作為大型高爐設(shè)備爐殼開(kāi)裂的主要影響因素，其開(kāi)裂本質(zhì)是應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致的設(shè)備疲勞開(kāi)裂。如圖2所示：

圖2 高爐設(shè)備運(yùn)行燃燒控制原理

（2）大型高爐設(shè)備爐管道溫度過(guò)高。其設(shè)備在正常工作中焊縫出現(xiàn)開(kāi)裂漏風(fēng)，導(dǎo)致煉鐵生產(chǎn)工作不能順利進(jìn)行，其鍋爐內(nèi)設(shè)備金屬管道部分波紋補(bǔ)償器出現(xiàn)溫度高、焊縫開(kāi)裂的情況，通常是由于耐熱材料縫隙過(guò)大和耐火磚開(kāi)裂或脫落等，從而使得爐內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)竄氣問(wèn)題。

（3）高爐內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重。高爐設(shè)備中金屬支管出現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致氣體泄漏，主要表現(xiàn)為金屬管道的壁厚逐漸變薄，預(yù)熱效果明顯下降。其原因是由于金屬管道和預(yù)熱器受腐蝕嚴(yán)重，腐蝕物質(zhì)主要是硫化物和氯根兩種，而氯根含量最大。雖在實(shí)際工作中高爐設(shè)備維護(hù)人員會(huì)在高爐內(nèi)部中噴灑堿液，然而這種方法只是減輕了設(shè)備的腐蝕，沒(méi)有徹底根除腐蝕物對(duì)設(shè)備的危害。

3 高爐設(shè)備在線(xiàn)維修的有效措施

3.1 建立健全相關(guān)高爐維修管理制度

結(jié)合大型高爐設(shè)備爐頂及熱風(fēng)管道的實(shí)際情況，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)溫度檢測(cè)和器件形變檢測(cè)手段，建立健全相關(guān)維護(hù)管理制度，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行維修，使其處于控制范圍內(nèi)，有效規(guī)避安全隱患發(fā)生，及故障惡化。根據(jù)目前設(shè)備情況，改善傳統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)溫使用，結(jié)合實(shí)際情況，確保其溫度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，有效降低溫度。同時(shí)，其設(shè)備在維修養(yǎng)護(hù)時(shí)，要嚴(yán)格檢測(cè)耐熱材料綜合多種因素對(duì)其進(jìn)行分析，并和設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，其中，針對(duì)最為重要的拱頂、出風(fēng)管道三岔口、波紋補(bǔ)償器、管道接口等極易出現(xiàn)故障的區(qū)域，需制訂針對(duì)性應(yīng)對(duì)措施，不斷完善相關(guān)設(shè)計(jì)方案。且工作人員要總結(jié)以往安全事故教訓(xùn)，以實(shí)際問(wèn)題為主，制定針對(duì)性高爐設(shè)備緊急事故預(yù)案，從而有效確保其設(shè)備的正常使用，將其安全事故徹底根除或?qū)⑵淇刂圃谧钚》秶鷥?nèi)。可更換金屬管道，增加管道壁厚，爐內(nèi)刷防腐漆預(yù)防安全事故發(fā)生。通過(guò)將預(yù)熱器換為板式換熱器，能夠有效解決其不足，有效提高傳熱效率，加強(qiáng)其腐蝕性，延長(zhǎng)其設(shè)備使用壽命等。有效確保大型高爐設(shè)備高水平運(yùn)行，減少材料的消耗，降低高爐設(shè)備運(yùn)行和維修成本。且根據(jù)高爐設(shè)備特性，制定檢修、養(yǎng)護(hù)等一系列安全維護(hù)措施，確保工作人員安全。

3.2 加強(qiáng)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)維修系統(tǒng)建設(shè)

通過(guò)利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)進(jìn)行大型高爐設(shè)備的維修，健全大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，將其相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合整理，從而有效加強(qiáng)對(duì)高爐生產(chǎn)維修的管理控制，為其設(shè)備操作人員工作開(kāi)展提供幫助，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型能夠?qū)崿F(xiàn)其設(shè)備的在線(xiàn)維修，如機(jī)理數(shù)模對(duì)設(shè)備進(jìn)行特性分析，工藝計(jì)算模型能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算整合，確保其設(shè)備在線(xiàn)維修的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，有助于提高工藝水平，建立全方位智能化體系，并在其前提下實(shí)現(xiàn)集成化和精準(zhǔn)化，確保高爐設(shè)備各工藝維修階段和其監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的全面合理。不斷加強(qiáng)大數(shù)據(jù)挖掘，建立其設(shè)備綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)、異常預(yù)警和診斷系統(tǒng)，促使高爐設(shè)備能夠得到及時(shí)維修養(yǎng)護(hù)管理，通過(guò)根據(jù)高爐內(nèi)原燃料條件變化，對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改和完善，確保其設(shè)備在線(xiàn)維修的實(shí)效性，有效解決傳統(tǒng)設(shè)備維修過(guò)程中存在的不足，最大程度提高設(shè)備維修水平[2]。由于大型高爐工序復(fù)雜，數(shù)量龐大，種類(lèi)繁多，且其分布范圍廣，因此，在對(duì)其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)維修時(shí)，相關(guān)維修人員在日常維修工作開(kāi)展中，能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備情況，通過(guò)對(duì)其數(shù)據(jù)特征分析和故障診斷，從而制定針對(duì)性解決措施，有效減少維修時(shí)間，降低維修成本，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 強(qiáng)化高爐內(nèi)部設(shè)備綜合維護(hù)

高爐內(nèi)部設(shè)備的在線(xiàn)維修需加強(qiáng)對(duì)其的綜合維護(hù)。首先，在高爐設(shè)備的維修設(shè)計(jì)或新建時(shí)設(shè)計(jì)人員要選取長(zhǎng)壽技術(shù)，例如，科學(xué)合理設(shè)計(jì)其爐型、采取現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備提高其制造質(zhì)量、具備高效的冷卻系統(tǒng)、高質(zhì)量的耐熱材料、較高的專(zhuān)業(yè)能力和水平。其次，鋼鐵企業(yè)要強(qiáng)化對(duì)于高爐的操作工藝管理，嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇原燃料。最后，需提高高爐爐體維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，使其能夠有效對(duì)高爐設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，確保其設(shè)備能夠正常運(yùn)行。因此，要做好高爐設(shè)備在線(xiàn)維護(hù)需按照上述三種方式進(jìn)行，是高爐設(shè)備順利健康運(yùn)行的有力保障，能夠有效延長(zhǎng)其設(shè)備的使用壽命。通過(guò)不斷改進(jìn)完善高爐操作工藝和爐體維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)等多種措施保證高爐設(shè)備工作開(kāi)展，對(duì)鋼鐵企業(yè)煉鐵具有重要的影響和作用。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，新時(shí)代發(fā)展過(guò)程中，鋼鐵企業(yè)大型高爐設(shè)備的在線(xiàn)維修工作需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，而高爐大數(shù)據(jù)在線(xiàn)維修逐漸成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展中的必然趨勢(shì)，通過(guò)充分利用發(fā)揮大數(shù)據(jù)挖掘和綜合檢測(cè)、評(píng)估、分析等作用，找出其內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，結(jié)合其特性，對(duì)其設(shè)備情況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和診斷，對(duì)其操作人員進(jìn)行操作指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐生產(chǎn)維修的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保高爐設(shè)備的正常運(yùn)行。有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)綠色、高效、可持續(xù)開(kāi)展[3]。