石橫2#高爐直吹管燒穿的原因分析及改進

張凱凱，常 璐，唐 榮，張憲民

（石橫特鋼集團有限公司煉鐵廠，山東 泰安271612）

1 前 言

石橫特鋼2#高爐設計容積為450 m3，第3 代爐役設有 16 個風口，1 個出鐵口，于 2015 年 2 月 20 日開爐。由于第3代爐役由14個風口改造為16個風口后，風口套與直吹管間距縮小，中小套進出水管與管體接觸現象較多，噴吹管槍道處耐材厚度僅約20 mm，火管表面測溫長期在260～330 ℃（夏季達300～350 ℃）。尤其在高冶強、大富氧生產模式下，原直吹管利舊維修后與高爐工況的變化存在不適應問題，以致直吹管前端鋼頭至槍道部位溫度較高，發紅、甚至燒穿等問題逐漸暴露出來；為此，進行原因分析及改進。

2 直吹管燒穿的原因

直吹管由端頭、管體、噴吹管、尾部法蘭四部分組成，是高爐送風支管的一部分，尾部與彎管相連，端頭與風口緊密相連，一旦直吹管耐材出現疲勞或施工過程處理不當，很容易誘發直吹管燒穿事故。2017 年11 月，為提高冶煉強度以增加高爐產量和強化噴吹燃料在風口前燃燒［1］，高爐富氧由2 500 m3/h 增加至 4 100 m3/h，2018 年 11 月 2 日與 2019 年4 月7 日，石橫2#高爐直吹管燒穿兩次，原因分析如下。

2.1 煤槍磨漏造成燒穿

2018年11月2日，6#直吹管前端槍道外側與端頭連接部位燒出，管體前端長度200 mm，整個圓周方向燒損2/3。煤槍露出槍道部位存在寬8 mm、長15 mm的孔洞。通過直吹管鋼殼的燒損程度，槍道周圍耐材燒損情況，結合高爐高富氧高冶強冶煉情況綜合判斷，煤槍磨損導致煤粉泄漏，煤粉在槍道周圍燃燒，溫度升高，造成槍道部位耐材薄弱點出現縫隙，在高溫、富氧催化下，直吹管燒穿。

2.2 直吹管耐材質量造成的燒穿

2019年4月7日，14#直吹管前端管體燒損掉3/4，直吹管耐材燒損掉3/5。根據直吹管燒損的嚴重程度及較短的使用壽命判斷，此件直吹管施工過程中廢舊耐材清理不徹底或耐材質量不穩定，導致耐材疲勞后與管體鋼殼整體脫落，引發直吹管燒穿。

3 提高直吹管壽命和質量的措施

3.1 提高直吹管內襯澆注料的質量

根據使用情況對比分析，利舊修復直吹管質量穩定性較差，石橫2#高爐直吹管到期后全部更換采購新件。要求制作廠家彎頭、直吹管耐材都為一次澆筑成型，減少接縫，槍位澆筑要滿漿，避免槍位與直吹管的耐材存在較大間隙，進而減少薄弱環節的存在。嚴格控制耐材配水量，成型后經24 h自然養護、風干后，再用天燃氣烘烤，自澆注到烘烤完畢始終固定在同一維修臺上，以減少吊裝運輸對彎頭直吹管的磕碰。直吹管前端的球面與鋼殼的焊接必須使用規定的不銹鋼焊條，嚴格按照GB 50683—2011《現場設備、工業管道焊接工程施工質量驗收規范》中第8項焊縫質量檢驗相關條款Ⅰ類等級進行焊接施工。由于送風裝置直接接觸高溫、高壓富氧熱風，工況條件惡劣，且直吹管受空間限制，內襯澆注料厚度相對較薄，這就要求直吹管內襯澆注料必須有更高的耐壓、抗折強度和較低的熱導率。直吹管內襯澆注料指標要求如表1所示。

表1 直吹管內襯澆注料指標要求

3.2 采用新型煤槍

噴煤槍是高爐風口工作條件最惡劣的部件［2］，在高爐富氧狀態下，噴煤槍前端存在一個局部的富氧區和旋流區。隨著噴煤比和富氧率提高，旋流數增大，富氧區域越靠近煤槍，煤槍損壞速度越快。因此改進其結構和材質、提高其壽命，是防止直吹管前端頭燒穿有效方法。石橫2#高爐將高爐噴煤用煤槍材質由不銹鋼TP321改為310S，提高了煤槍的耐磨、耐高溫和抗腐蝕性能［3］。同時部分使用金屬陶瓷復合煤槍，大大延長了煤槍壽命，減少了更換煤槍的頻次，降低了更換煤槍期間對槍道耐材的磨損，進而延長了直吹管壽命。同時為了解決噴煤槍頭折彎部分的磨蝕、燒損等問題，除了對槍包進行改造，嚴格控制噴煤槍插人吹管深度，要求噴煤槍插入小套100 mm。

3.3 加強直吹管進廠檢驗

3.3.1 強度要求

高爐送風裝置的鋼結構殼體應進行殼體強度及耐壓檢驗，所有焊縫均進行無損超聲波探傷檢測，不合格部位必須將原焊口打磨后打坡口重新焊接處理。送風裝置的鋼結構部分給定工作壓力1.5倍的耐壓試驗，保持時間15～20 min，要求無泄漏現象。

3.3.2 內襯澆注要求

內襯耐材澆注必須一次成型，保證耐材不脫落，內襯表面光滑，密實度達標，不存在局部裂紋及空洞。耐火材料澆注后，嚴防受潮和碰撞。高爐進風裝置密封面處（直吹管與彎頭接觸面）應連接可靠，密封、緊固后進行工作壓力1.5倍打壓試驗。

3.3.3 外觀質量要求

高爐送風裝置部件表面進行涂漆前應做除銹處理，涂漆使用底漆、面漆應按適用溫度選用，表面涂漆后不允許出現龜裂、剝落等現象，外觀質量達到YB/T 4191—2009《高爐進風裝置行業標準》。

3.4 加強日常點檢維護

3.4.1 建立臺賬

建立健全所有直吹管的管理臺賬，包括進廠日期、外觀質量、技監部探傷質檢單、直吹管烘烤記錄、上線日期、直吹管編號、噴煤槍使用情況登記等信息。計算好直吹管合理的上下線周期，做到直吹管的運行情況跟蹤，科學、循環使用。

3.4.2 備件維護

新制作的直吹管，增加常溫保養時間和低溫烘烤時間，以便所剩水分在完全不對材料產生強度危害的基礎上完全蒸發。彎頭、直吹管備件進廠后，由水煤崗位負責放置于干燥的環境中，并做好防水、防潮措施。托運吊裝時輕拿輕放，防止重大沖擊造成內部觀察不到的裂紋；若彎頭、直吹管在現場放置40 d后未使用，上線之前需經過低溫長時間烘烤，溫度在300~350 ℃、烘烤時間控制在48 h，以保證水分充分揮發。烘烤設備的作用長度要足夠長，以保證能烘烤到彎頭窺視孔處，水分蒸汽被推移到空氣中。

3.4.3 點檢維護

嚴格點檢標準，將鵝頸管至直吹管之間耐材的點檢頻次改為每4 h1 次，即每班8 h 點檢兩次。彎頭、直吹管溫度控制要求≤350 ℃，超出350 ℃的直吹管必須打高壓風降溫，點檢頻次改為每班8 h 平均3次。溫度超出380 ℃時，除打高壓風冷卻外，每2 h 有針對性的點檢1 次，做好點檢記錄，甚至派專人監護；彎頭、直吹管表面溫度超過400 ℃時，必須休風更換。

4 結 語

石橫2#高爐通過研究直吹管設計尺寸特點、研究其生產工藝流程，對使用過程中的問題進行全面排查。根據直吹管使用情況，制定科學的點檢、使用管理制度，不斷改進耐材和煤槍質量，改進烘烤工藝，對直吹管的使用形成閉環管理，達到延長直吹管使用壽命的目的。采用以上措施后，高爐直吹管發紅和燒穿的問題得到解決，提高了直吹管的質量和使用壽命，實現了小高爐薄壁內襯直吹管的長期安全使用。