热风炉里短管破损分析及其解决方案

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热风炉里短管破损分析及其解决方案

鞍钢股份有限公司王志李恒旭于成忠

摘要：热风炉里短管是热风炉的关键设备．鞍钢炼铁总厂目前27座热风炉中有7座热风炉的里短譬存在问题。解决这一勃约热风炉长寿和高炉高风温冶炼的问题，成为炼铁总厂炉窑管理的一个难题．通过对热风炉里短管破损原因进行详细的调查和综合分析。提出7有效的解决方案．目前热风炉运行稳定。

关键词：热风炉里短管破损分析

1 鞍钢高炉热风炉现状

1．1 7号高炉热风炉现状

炼铁总厂7号高炉2004年9月11日投入使用，新建4座外燃新日铁式热风炉。在热风炉投入使用3个月后热风炉里短管波纹补偿器上部的温度全部升高到290～350℃，为防止事故发生，在热风炉里短管波纹补偿器上部采用空气冷却方式降温保产。为解决波纹补偿器上部温度高的问题，在7号高炉定修时，点检人员将波纹补偿器中心的管皮割开检查发现，波纹补偿器套管间的膨胀缝局部已经红热，膨胀缝的尺寸比原设计的尺寸增大。点检人员

采用自流浇注料将该缝隙封闭后，管皮温度降到150℃左右，但高炉送风一月后，该部位温度又升高到290—350℃。为彻底解决7号高炉热风炉里短管的问题，2006年8月炼铁总厂将7号高炉1号、2号热风炉分别凉炉，然后将里短管的波纹补偿器和组合砖全部更换，在耐火材料砌筑时将组合砖的膨胀缝由原设计的25 mm改为15 mm，但高炉投产后该短管的管皮温度又急剧升高到290～310℃。目前在热风炉里短管波纹补偿器上部采用空气冷却方式降温保产。

1．2 11号高炉1号热风炉现状

2002年9月炼铁ll号高炉1号热风炉投入使用。2007年11月17日1号热风炉里短管波纹补偿器开裂，目前采取管外包铁壳和浇注料保产。

1．3 10号高炉4号热风炉现状

2006年2月炼铁10号高炉热风炉里短管换波纹补偿器和里短管组合砖。2007年11月19日10号高炉4号热风炉里短管波纹补偿器漏风，目前采取管外包铁壳和浇注料保产。

综上所述，热风炉里短管破损存在极大的共性，即全部为波纹补偿器表面温度过高(超过300℃)或波纹补偿器漏风，导致最后波纹补偿器被吹开而破损。

2 热风炉里短管破损原因分析

2．1 设计结构严重不合理

2．1．1 波纹种楼器不应该设计在里短管上

目前炼铁总厂7个有问题的热风炉里短管全部是长短管，即波纹补偿器在里短管上，其里短管长度一般大于3．5m，其中7号高炉和10号高炉热风炉中心到热风阀中心长度为6．125 m，短管长度为3．631 m；11号高炉热风炉中心到热风阀中心长度为8．990 m，短管长度为4．096 m。由于波纹补偿器设计在里短管上，热风炉在烧炉和送风期的不同膨胀量所产生的应力完全需要由该波纹补偿器来吸收，在长期反复的应力作用下波纹补偿器很容易破损，即开焊或漏风。

2．2 组合砖膨胀缝设计不合理

在短管组合砖的膨胀缝设计上7号高炉和10号高炉为两道，尺寸为25mm；11号高炉为3道，尺寸为15mm。

目前对组合砖膨胀缝的设计依据来自于热风炉里短管的膨胀量，在正常工作状态，热风炉里短管的膨胀量：

△L=λL△t

式中 △L——热风炉里短管的膨胀量，m；

λ——线膨胀系数，mrn／(m·℃)，查得λ=12×10－6m／(m·℃)；

L——里短管的长度，m；

△t——温度差(热风炉里管工作温度与管道安装时的环境温度之差)。

但对于高铝质耐火材料砌体而言，其高温下的重烧线变化率为负值，并且在高温下无论是组合砖或非组合砖都将失去其常温下的强度，因此如果波纹补偿器变形，组合砖的膨胀缝也必然随着出现变化。7号高炉2号热风炉里短管2007年7月26日拆除组合砖时，实际检测数据为膨胀缝上半圆为48 mm，下半圆为l0 mm，由于上半圆的膨胀缝变大，在送风期热风的高温和高压作用下，热风必然窜入膨胀缝，从而导致波纹补偿器的上半圆温度升高，进一步加剧波纹补偿器的破损，最后导致波纹补偿器漏风或崩开。

2．3 轻质保温砖的厚度设计不合理

根据鞍钢最近几年引进国外技术分析，破损的热风炉里短管的耐火材料设计中，轻质保温砖的厚度比较薄，如：7号高炉和10号高炉热风炉里短管轻质砖的厚度为两层，即123 71=194 mm，组合砖的厚度为200 mm，轻质砖厚度／组合砖厚度=0．97。而11号高炉热风炉里短管的轻质砖厚度为228 mm(2×114 mm)，组合砖的厚度为160 mm，轻质砖厚度／组合砖厚度为1．43。

国外设计的热风炉里短管轻质砖厚度比较合理，如：荷兰D．C．E公司的设计原则为轻质砖厚度／组合砖厚度为1．5，即200 mm组合砖外部保温砖厚度为：300 mm；德国设计的跋鱼圈高炉热风炉里短管的轻质砖厚度／组合砖厚度为2．0，即200 mm组合砖外部保温砖厚度为400 mm(实际设计为5层轻质砖)；新5号高炉的俄罗斯卡洛金设计的热风炉里短管轻质砖厚度为452m (114 114 114 110)，组合砖的厚度为230 mm，轻质砖厚度／组合砖厚度为1．97。

2．2 耐火材料砌筑质量不合格

耐火材料的砌筑质量也是决定热风炉里短管是否破损的一个重要原因，目前对于砌筑质量要求误区是普遍认为泥浆缝必须是2 mm，实际上，砌筑质量的好坏，关键是泥浆的质量是否合格，搅拌后是否达到施工要求，砌筑时泥浆是否饱满。如果泥浆足够饱满，即使泥浆缝为3～4 mm，热风炉里短管也可保持长寿，在泥浆材质的选择上要求达到或高

于组合砖质量要求。

2．3 波纹补偿器或耐火材料的质量不合格

如果波纹补偿器质量不合格，可能造成短期使用后焊肉开裂等破损，另外耐火材料质量不合格也会造成组合砖脱落，从而使温度急剧升高，破坏热风炉里短管结构。

2．4 热风阀或水冷法兰漏水

热风阀或水冷法兰漏水会直接造成高温下的耐火材料破损，进一步脱落，导致热风炉里短管破损。

3 解决热风炉里短管破损的方案

通过对热风炉里短管的破损原因分析，并充分考虑、目前炼铁总厂高炉热风炉的内燃和外燃的结构形式，解决热风炉里短管的破损，提高其使用寿命是完全可行的，具体方案如下：

1)改变热风炉里短管的没计结构。

将热风炉里短管缩短，最主要的是将波纹补偿器调整到外短管上，由于外短管与热风炉的送风管道连接，其管道内的温度比较稳定，即长期保持高温(1200℃左右)，无论是烧炉或送风期都没有大的变化。管道内的组合砖不会由于温度的波动而产生膨胀或收缩，如果组合砖的膨胀缝预留的合理，热风就不会通过膨胀缝进入轻质砖，进而到达波纹补偿器的表面，因此波纹补偿器的使用寿命会大大提高，从而保证热风炉短管的长寿命。但如果将波纹补偿器调整到外短管上，在现有的条件下实现的难度比较大，高炉停炉至少需13天才可以实现(凉炉3天，拆除3天．汲纹管安装3天，砌筑3天，热风阀安装1天)，建议新建高炉和改造大修高炉时采用该方案。

2)调整组合砖的膨胀缝设计。

高铝质耐火材料在高温下的永久线变化率是负的，所以膨胀缝应称为收缩缝。预留膨胀缝原因之一是为了配合热风炉烧炉和送风期炉壳的胀缩所产生的应力在波纹管上的补偿，即波纹补偿器变形时，组合砖必须随之变化，否则组合砖就会脱落；其二是由于热风在流速方

向上产生的应力f即盲板力)需要通过膨胀缝来补偿，否则组合砖的结构也会不稳定。因此，建议单道膨胀缝不宜大于10 mm，膨胀缝的数量应根据管道的长度而定，在短管的长度方向每2 m设一道膨胀缝。波纹膨胀部位和膨胀缝隙采用迷宫式，膨胀缝处还要采取挡缝

环砖技术。

3)调整轻质砖的结构。

根据对国内外热风短管轻质砖和工作砖厚度比例的计算，目前在热风管道组合砖厚度为200 mm的情况下，认为轻质砖适宜的厚度应为400 mm，里短管保温层宜选用高档的轻质低铁高铝砖，其他部位可选用聚轻高铝绝热砖。如果管道直径无法改变，建议管道上半圈可用一层0．5 kg／cmz的保温砖，降低其导热系数，保障波纹补偿器的表面温度，从而达到长寿的目的。

4)保证耐火材料的砌筑质量。

耐火材料的砌筑质量对短管的寿命至关重要，必须严格按照组合砖预砌图进行施工，砌筑泥浆必须百分之百饱满，砖缝适宜大小为3～4mm。不能随意加工轻质砖，同时轻质砖砌筑时不允许形成通缝。

5)加强对耐火材料质量的检验。

组合砖生产出来后，一定要进行预砌筑，并进行编号，绘制完整的预砌图和装箱单，同时进行耐火材料理化性能的检验，待检验合格后才可使用。

6)及时处理热风阀的漏水等情况。

耐火材料在高温使用情况下，水对其的破坏作用是毁灭性的，组合砖与水接触后会产生炸裂，从而破坏整体结构，进一步导致热风炉短管的破损。如果发现热风阀有漏水的迹象，必须进行及时检修更换，保证组合砖的使用寿命，从而保证热风炉里短管的长寿。

4 检修实例

7号高炉3号热风炉2008年3月17日停炉，其里短管检修方案是将I同波纹补偿器更新，短管组合砖重新砌筑，膨胀缝的位置和尺寸适当预留，组合砖上部轻质砖适当加厚。2008年5月30日7号高炉3号热风炉投产后，热风炉里短管膨胀缝部位实测温度为100℃，热风炉一直平稳、运行。

5 结语

根据目前炼铁总厂7座高炉热风炉里短管的使用现状，改变热风炉里短管的设计结构，即组合砖的膨胀缝设计和调整轻质砖的材质厚度是可行的，同时严格控制波纹补偿器和耐火材料的质量，并加强对耐火材料砌筑质量的管理，通过采取这些措施，完全可以解决热风炉里短管破损的问题。

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