大型高爐內置壓力設備及維修方法研究

呂亞鳴

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司檢修事業部，山東 濟南 271104）

隨著社會經濟發展，鋼鐵行業作為我國社會經濟發展的重要支柱，新時期背景下，其面臨著產能過剩、競爭激烈、利潤率低等多種問題，因此，鋼鐵企業需不斷改革創新，對于高爐設備維護工作要利用現代化技術對其進行維修養護，使其加快轉型升級步伐。且由于高爐內置設備較復雜，其工序和維護數據信息獨立存在，缺乏科學合理維護管理技術，因此，要加大對其相關數據信息的整合，通過對數據進行分析和加工利用信息化、智能化在線維修技術，使其充分發揮自身價值，推動高爐設備維護工作有效開展。 通過建立信息化、智能化維護管理模式，最大程度提高企業生產效率，有效控制生產成本，提升企業經濟效益，提高企業市場競爭力[1]。

1 大數據時代下高爐設備的發展

新時代背景下，通過利用現代化科學技術手段構建高爐維護管理作為關鍵大數據處理中心。有效結合信息技術、物聯網技術等多種技術，構建大數據處理中心，將高爐相關工序和數據信息進行整合，將其由部分組成整體。

大型高爐風口設備是爐前重點設備之一，其主要包含風口小套和風口中套(下稱風口和中套)，設備材質為純銅。由于高爐生產時的高溫沖刷、爐內懸料的墜落，往往會導致風口和中套設備損壞，進而致使設備內部的水冷循環系統外露，在這種情況下高爐必須休風對中套設備進行更換。使其在維護時綜合所有工序進行，有效確保其設備的正常運行，針對其主體工序和附屬工序數據信息可實現同步采集和預處理，從而為高爐在線維護管理集約化、精確化的實現提供基礎和前提。如圖1所示為高爐大數據網絡平臺。

針對大型高爐設備本體和其附屬工序相關數據信息，通過大數據云平臺能夠實現數據信息采集自動化。對于其具體采集數量、采集周期需結合數學模型、可視化監控系統相關要求進行。高爐設備維護管理大數據云平臺通過充分利用現代化先進技術，將附屬工序和主體有機結合，促使高爐整體數據鏈充分融合。同時，通過利用全方位高爐風口 CCD 圖像，借助其圖像識別技術搭建高爐風口回旋區三維模型，能夠將回旋區分布情況可視化呈現給工作人員，使維護人員及時發現風口區出現的問題等，有效判斷高爐爐缸工作狀態。并在多種影響因素情況下能夠實現對其侵蝕三維可視化監控，對其進行詳細具體的侵蝕診斷和安全評估，科學合理掌握爐內安全厚度和安全預警線，從而制定針對性安全維護技術措施，確保高爐質量安全。近幾年，我國高爐逐漸完成轉型，且高爐維護技術不斷提高，為高爐在線維護管理規范化、標準化實現提供了有力保障。確保高爐維護管理中能夠進行智能分析、預測、診斷，從而實現可視化管理，促進鋼鐵企業健康長久發展。

圖1 高爐大數據網絡平臺

2 新時代背景下大型高爐設備維修中存在的問題

隨著社會經濟發展，鋼鐵企業發展快速，但其生產過程中大型高爐設備中仍存在一些問題。

（1）高爐設備熱風爐爐頂開裂。主要表現為其焊縫出現裂縫，維修人員將其進行焊接，使用后再次出現拱頂焊縫開裂，并發現靠近爐殼板焊縫地方出現大量裂紋，其母體上也出現部分裂紋。首先，由于在煉鐵過程中，大型高爐內部設備縫隙間焊接質量較差，其咬邊、未熔合等焊接不足之處突出，焊接時的不足導致設備承受應力集中，使得焊縫裂開。其次，高爐內部設備受硫、氯根等多種腐蝕性較強物質腐蝕造成爐殼出現點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應力集中點。最后高爐設備中，受燒爐期和送風期不斷交替影響，爐內壓力具有周期性，很大程度上會產生交互變化應力，進一步導致應力集中部分開裂或已開裂位置裂紋不斷擴大。殘缺應力、腐蝕物質、交互變化應力作為大型高爐設備爐殼開裂的主要影響因素，其開裂本質是應力腐蝕嚴重導致的設備疲勞開裂。如圖2所示：

圖2 高爐設備運行燃燒控制原理

（2）大型高爐設備爐管道溫度過高。其設備在正常工作中焊縫出現開裂漏風，導致煉鐵生產工作不能順利進行，其鍋爐內設備金屬管道部分波紋補償器出現溫度高、焊縫開裂的情況，通常是由于耐熱材料縫隙過大和耐火磚開裂或脫落等，從而使得爐內設備出現竄氣問題。

（3）高爐內金屬結構系統腐蝕嚴重。高爐設備中金屬支管出現腐蝕導致氣體泄漏，主要表現為金屬管道的壁厚逐漸變薄，預熱效果明顯下降。其原因是由于金屬管道和預熱器受腐蝕嚴重，腐蝕物質主要是硫化物和氯根兩種，而氯根含量最大。雖在實際工作中高爐設備維護人員會在高爐內部中噴灑堿液，然而這種方法只是減輕了設備的腐蝕，沒有徹底根除腐蝕物對設備的危害。

3 高爐設備在線維修的有效措施

3.1 建立健全相關高爐維修管理制度

結合大型高爐設備爐頂及熱風管道的實際情況，企業應加強溫度檢測和器件形變檢測手段，建立健全相關維護管理制度，嚴格按照相關標準對其進行維修，使其處于控制范圍內，有效規避安全隱患發生，及故障惡化。根據目前設備情況，改善傳統設計風溫使用，結合實際情況，確保其溫度符合相關標準要求，有效降低溫度。同時，其設備在維修養護時，要嚴格檢測耐熱材料綜合多種因素對其進行分析，并和設計進行比較，其中，針對最為重要的拱頂、出風管道三岔口、波紋補償器、管道接口等極易出現故障的區域，需制訂針對性應對措施，不斷完善相關設計方案。且工作人員要總結以往安全事故教訓，以實際問題為主，制定針對性高爐設備緊急事故預案，從而有效確保其設備的正常使用，將其安全事故徹底根除或將其控制在最小范圍內。可更換金屬管道，增加管道壁厚，爐內刷防腐漆預防安全事故發生。通過將預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，加強其腐蝕性，延長其設備使用壽命等。有效確保大型高爐設備高水平運行，減少材料的消耗，降低高爐設備運行和維修成本。且根據高爐設備特性，制定檢修、養護等一系列安全維護措施，確保工作人員安全。

3.2 加強大數據云平臺維修系統建設

通過利用現代化科學技術進行大型高爐設備的維修，健全大數據云平臺，將其相關數據信息進行綜合整理，從而有效加強對高爐生產維修的管理控制，為其設備操作人員工作開展提供幫助，通過建立數學模型能夠實現其設備的在線維修，如機理數模對設備進行特性分析，工藝計算模型能夠對設備進行相關數據計算整合，確保其設備在線維修的標準化和規范化，有助于提高工藝水平，建立全方位智能化體系，并在其前提下實現集成化和精準化，確保高爐設備各工藝維修階段和其監測預警系統的全面合理。不斷加強大數據挖掘，建立其設備綜合風險評估系統、異常預警和診斷系統，促使高爐設備能夠得到及時維修養護管理，通過根據高爐內原燃料條件變化，對其數據庫進行實時修改和完善，確保其設備在線維修的實效性，有效解決傳統設備維修過程中存在的不足，最大程度提高設備維修水平[2]。由于大型高爐工序復雜，數量龐大，種類繁多，且其分布范圍廣，因此，在對其相關設備進行在線維修時，相關維修人員在日常維修工作開展中，能夠根據大數據平臺實時掌握設備情況，通過對其數據特征分析和故障診斷，從而制定針對性解決措施，有效減少維修時間，降低維修成本，提高企業市場競爭力。

3.3 強化高爐內部設備綜合維護

高爐內部設備的在線維修需加強對其的綜合維護。首先，在高爐設備的維修設計或新建時設計人員要選取長壽技術，例如，科學合理設計其爐型、采取現代化先進設備提高其制造質量、具備高效的冷卻系統、高質量的耐熱材料、較高的專業能力和水平。其次，鋼鐵企業要強化對于高爐的操作工藝管理，嚴格根據相關標準要求選擇原燃料。最后，需提高高爐爐體維修養護技術，使其能夠有效對高爐設備進行維護，確保其設備能夠正常運行。因此，要做好高爐設備在線維護需按照上述三種方式進行，是高爐設備順利健康運行的有力保障，能夠有效延長其設備的使用壽命。通過不斷改進完善高爐操作工藝和爐體維修養護技術等多種措施保證高爐設備工作開展，對鋼鐵企業煉鐵具有重要的影響和作用。

4 結語

總而言之，新時代發展過程中，鋼鐵企業大型高爐設備的在線維修工作需嚴格按照相關規定和標準進行，而高爐大數據在線維修逐漸成為鋼鐵行業發展中的必然趨勢，通過充分利用發揮大數據挖掘和綜合檢測、評估、分析等作用，找出其內在聯系和規律，結合其特性，對其設備情況進行有效評價、預測和診斷，對其操作人員進行操作指導，實現對高爐生產維修的實時監控，確保高爐設備的正常運行。有效提高企業生產效率，促進企業生產活動綠色、高效、可持續開展[3]。