朱士杰
（江陰興澄特種鋼鐵有限公司, 江蘇 214429）
[摘 要] 2021年12月24日興澄特鋼2號高爐2號熱風爐煤氣支管與預混室接口處出現開裂、漏氣現象，存在較大的安全隱患，已影響到2號高爐的正常生產，需要進行停爐處理。本文根據2號熱風爐損壞情況和損壞部位提出了修復方案，介紹了熱風爐修復的施工工藝和安全措施，對同期高爐的生產情況以及熱風爐修復后的投運情況進行總結。通過對陶瓷耐磨澆筑料的精心選擇，以及嚴密組織現場支模和澆筑修復，2號熱風爐從停爐到投用用時4天時間，修復后熱風爐使用效果良好，達到了預期效果。
[關鍵詞] 熱風爐；預混室；開裂；澆筑料；修復方案
0 引言
熱風爐是高爐主要的附屬設備，一座高爐視爐容大小一般配 3～4 座熱風爐，其作用是向高爐持續穩定的提供1000℃以上的熱風，一般使用壽命為1～2代高爐爐齡。但熱風爐在實際使用中，其內襯耐材不可避免會發生一定程度的損壞，會出現變形、破裂、渣化、脫磚甚至垮塌等現象[1]，造成熱風爐本體及相關管道出現局部溫度過熱、爐殼發紅變形、漏氣竄風等安全隱患，嚴重時甚至發生爆裂、燒穿等惡性生產事故。
興澄特鋼 2 號高爐配置 3 座旋切頂燃式熱風爐，采用“兩燒一送”的工作制度，燃料采用高爐煤氣 ，配有空氣 、煤氣雙預熱設施 ，設計風溫 ＞ 1200℃。熱風爐采用三段式砌體結構，包括爐體三段式砌體結構和蓄熱室格子磚三段式砌體結構[2]。
2021年 12月 24日發現2號熱風爐煤氣支管與預混室連接處開裂、漏氣，現場紅外測溫顯示400℃，存在較大的安全隱患，需要進行停爐處理。本文介紹了 2 號高爐 2 號熱風爐損壞狀況，根據熱風爐損壞情況和損壞部位提出了修復方案，同時對熱風爐的修復過程、高爐的生產、施工安全措施以及修復后的投運情況進行詳細概述。
1 熱風爐損壞狀況
圖 1為 2號高爐 2號熱風爐本體及煤氣支管入口損壞情況。由圖 1 可以看出，2 號熱風爐煤氣支管入口上部一圈及相連的熱風爐本體左右兩側相貫線各延伸1.5～2m處最外環耐材均有不同程度脫落翹起。可能原因是由于熱風爐煤氣入口與預混室處采用斜口連接（角度為 60°），因煤氣入口處襯磚受熱膨脹，其膨脹力沿上方斜口擠向預混室方向，從而造成煤氣支管預混室入口上部及相連的熱風爐本體左右兩側出現襯磚脫落翹起。
2 熱風爐修復澆注料的選擇
熱風爐耐材結構由保溫層和工作襯體組成，本次修復主要是恢復熱風爐煤氣管道及內部的工作襯體。熱風爐修復襯體所用的材料，要根據損壞部位采用與其設計相對應的材料，特別是在熱修條件下。經研究最終選擇強度高，耐磨、穩定性好，并且在高溫燒結后與原磚襯能夠良好結合的陶瓷耐磨澆筑材料，其理化性能見表 1。陶瓷耐磨澆筑料有以下特征[3]：
（1）該澆筑料與紅柱石磚同屬氧化鋁型耐火材料，各項理化性能指標有一定的保證；
（2）構成澆筑料的硬質粒料、結合劑、微粉、耐磨劑和超微粉等，均含有較高純度的氧化鋁，化學和物料穩定性有一定保證；
（3）硬質粒料構成陶瓷耐磨料的骨架部分，超微粉對縫隙進行填充，再通過結合劑形成整體致密結構，達到耐磨抗腐蝕的目的；
（4）利用超微粉，讓澆筑體與原磚襯充分接觸，起到密封效果；
（5）施工周期短，施工方便，施工后無需烘烤。
3 熱風爐修復現場施工情況
熱風爐修復工程主要工藝流程：檢查→涼爐→清理→下半環支模→下半環澆筑→上半環支模→開孔位兩側熱風爐爐殼安裝焊接→上半環澆筑→封人孔→中間位熱風爐爐殼安裝焊接→頂部開孔→頂部澆筑→檢查→空部位頂部開孔→再次澆筑→爐殼孔洞焊接→抽盲板→打壓檢漏→補焊→投用燒爐。
3.1 停爐切割爐殼
2 號熱風爐停爐后，對其煤氣支管與預混室接口上方開兩個孔，以確認耐材脫落程度，通過孔洞可以明顯的看到內部紅磚，用鐵棍伸入探不到抵擋物，確認 2號熱風爐預混室耐材存在大面積脫落可能，因此放棄對 2 號熱風爐進行開孔灌漿修復方案，改用分段支模澆筑的修復方案。在 2號熱風爐煤氣支管入口處兩側搭建平臺，以便對殼體進行切割拆除作業。
3.2 涼爐清理耐材
為了方便清理內部脫落的耐材，先打開 2號熱風爐煤氣支管人孔，用排風扇吹掃涼爐，并用隔熱棉對煤氣洞進行封堵（起到隔熱保溫的作用）。待爐體冷卻到一定程度后，由工人清理已脫落的耐材及不穩定的耐材至爐外。
3.3 下半環澆筑
施工人員對煤氣入口兩側最外環采用3mm 厚薄鋼板進行支模。先用電鎬對支模處爐殼上耐材進行清理，后使用鋼筋作為橋梁焊接模板與爐殼從而固定模板，然后對煤氣支管入口管道底部下半圓進行支模，在底層模板縫隙塞石棉，支模完畢驗收合格后再對下半環進行澆筑。煤氣入口下半環清理、支模及澆筑情況如圖2所示。
3.4 上半環澆筑
煤氣支管入口管道下半環支模澆筑后，對其上半環支模（支模分左上、右上、中間合門），再對煤氣入口中間封板支模安裝，安裝結束后對模板縫隙檢查焊補，再對兩側縫隙進行填充石棉，后對左右兩側的爐殼進行安裝焊接，爐殼焊接結束后對上半環進行澆筑，上半環澆筑完成后對空氣和煤氣支管人孔進行封堵，封堵時磚貼里面砌，磚外層確保均勻敷滿澆注料，最外層再敷上保溫棉，之后墊墊片封人孔。上半環支模及澆筑情況如圖3所示。
3.5 頂部澆筑
在熱風爐頂部開孔，孔下焊擋板方便料進入，之后灌澆筑料。澆筑完成后紅外測溫檢查發現澆筑的右側中上部溫度 135℃左右，左側上下均 70℃左右，因此懷疑右側中上部未灌進料，可能是由于澆注料流動性不好所致，于是立即在右側上部開孔并灌流動性好的澆注料。澆筑完成后右側溫度下降明顯，溫度穩定后左右兩側溫度基本維持在70～ 80℃，之后對 2 個灌漿孔清理并塞石棉封堵焊接。頂部開孔及澆筑情況如圖4所示。
3.6 試壓檢漏
澆筑完成后開始抽出空氣管路、煤氣管路盲板，再對熱風爐進行打壓檢漏，沖壓 200kpa時發現8個漏點，后對測出的漏點進行補焊，再次沖壓檢漏補焊，于 28日 7點對 2號熱風爐進行投用燒爐。抽盲板、檢漏及補焊情況如圖5所示。
4 停爐期間爐內操作
2 號熱風爐檢修期間，熱風爐操作按“一燒一送”執行。為保證風溫，1、3號熱風爐按煤氣量上限燒爐，風量維持 4300～4450m3 /min；視理論燃燒溫度及保產需要，高爐富氧量維持14000m3 /h；在逐步降低熱風溫度過程中，減風溫所損失的熱量主要以煤量、焦炭、焦丁補償（若引起爐內氣流變亂，可外加一定量焦炭、焦丁退足負荷）。
自熱風爐“一燒一送”起，2 號高爐風溫逐步降低至 1050℃（1190℃→1150℃→1100℃→1050℃）。以100℃風溫影響燃料比20kg/t，風溫的作用時間按1.5h 計，煤粉滯后時間按 4h 計，在調整負荷到達風口前 2h，將風溫撤至 2h 后所要反應的調整負荷所對應的計劃風溫。退風溫后如果送風末期出現“甩尾”現象，則進一步撤風溫 50℃，同時退全焦負荷，焦比增加 10kg/t，焦丁批不變。同時注意好該階段熱量銜接，在輕負荷料未下達前進一步提高煤比，以補償撤風溫帶來的熱量損失。
2號熱風爐檢修期間，高爐操作焦比逐步由310kg/t增至 365kg/t，之后根據爐溫水平及熱風爐風溫使用情況焦比由365kg/t降至345kg/t；12月28日2號熱風爐恢復燒爐，風溫逐步恢復至1170℃，焦比逐步恢復正常水平310kg/t，具體調整如表2所示。
檢修期間，2 號熱風爐硅質格磚界面溫度由945℃下降至 861℃，平均每小時下降 1℃左右，后期溫度大于硅質格磚界面要求溫度。
5 修復期間安全措施
2 號熱風爐修復期間，為了確保現場檢修人員安全，制定如下安全措施，并由專門監護人員檢查落實。
（1）2 號熱風爐閥門現場操作開關打在“禁止” 位，除現場人員外其他人不得私自操作變更閥門狀態。操作工不得在主控私自操作 2 號熱風爐任何閥門，操作 2號熱風爐任一閥門都須提前與現場作業人員聯系確認。
（2）每次換爐前需要由爐內工通知能源總調、換爐撤爐前確認現場檢修人員撤離、并由爐內工和工長簽字確認。
（3）關閉2號熱風爐煤氣盲板閥，確保煤氣支管煤氣吹掃干凈，對煤氣、空氣管道進行插盲板作業。
（4）登高作業要做好安全防護。搭設腳手架及簡易施工平臺時，要做好護桿；平臺跳板要鋪設均勻并綁扎牢靠；作業人員登高前要檢查并規范系好雙背雙扣安全帶，作業時將安全帶分開系好，安全帶高掛低用，安全繩或掛點確認牢靠、安全后方可作業。
（5）各類施工用電設備、儀表等由專業電工接電。
（6）煤氣支管管道冷卻到一定程度后方可進人，進管道前必須用 CO 和 O2分析儀測量煤氣支管內氣體是否滿足進人施工需求。
6 熱風爐修復效果
2號高爐 2號熱風爐煤氣支管及預混室采用陶瓷耐磨澆注料分段支模澆筑的修復方法，從停爐到投用共用時 4天，修復后風溫可以穩定再 1170℃以上，澆筑部位送風狀態下溫度在100℃以內，不同狀態下各熱風爐煤氣支管結合處溫度見表3。
由表 3 可以看出，修復后 2 號熱風爐煤氣支管入口處溫度有大幅度下降，且低于 1 號和 3 號熱風爐，說明此次澆筑效果良好，達到了預期效果。2號熱風爐 12 月 28 日投用后，修復前后單座熱風爐燒爐煤氣流量變化（熱風爐正常運行情況下）如表 4所示。由表 4 可以看出，3 座熱風爐煤氣流量呈下降趨勢，而且 3 座熱風爐煤氣流量相差不大，煤氣流量下降主要是因為富氧率上升的影響（4.29%→ 4.71%）。而且 2 號熱風爐處理后煤氣流量最高可達到 102617m3 /h（煤氣調節閥開度 63%），這證明處理后對2號熱風爐煤氣流量無影響。
7 結語
本文通過對興澄特鋼2號高爐2號熱風爐煤氣支管入口損壞狀況的檢查和分析，制定了 2號熱風爐損壞部位的修復方案。經分析對比確定采用強度高，耐磨性、穩定性好的陶瓷耐磨澆筑材料對熱風爐損壞部位進行修復，同時制定了詳細的施工安全措施和停爐期間爐內工藝操作要點。
本次 2 號熱風爐修復采用了對煤氣支管及預混室分段支模澆筑的施工方法。經過涼爐清理、支模澆筑、打壓檢漏等一系列施工過程的精心組織，2 號熱風爐煤氣入口處溫度下降明顯，最大煤氣量未受影響，修復后熱風爐使用效果良好，降低了熱風爐安全風險，確保了熱風爐穩定運行，達到了預期效果。
參考文獻：
[1] 馬堯一，薛海濤 .南鋼新 7號熱風爐混風腔垮塌整體澆筑修復[J].工業爐，2020，42（2）:71-72.
[2] 姜鳳山.旋切式頂燃熱風爐技術特點[J].煉鐵，2010，29（4）:11- 12.
[3] 劉百祥，楊禮平 .湘鋼 4號高爐 2號熱風爐燃燒器的修復[J].煉鐵，2021，40（2）:41.