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高炉热风管道穿漏事故分析及长效预防措施

  韶钢8#高炉有效容积3200m3,于2009年10月16日建成投产。2016年2月高炉中修后平均风温1160℃,5月16日8#风口上方热风围管发生穿漏事故(位于围管圆周上半部11~12点钟方向,裂缝尺寸1200mm×10mm),休风后被迫采取浇注加压浆的方式进行处理。之后在围管其他部位陆续发现有7个较大面积区域温度高达250℃以上,于是利用6月30日高炉定修机会对热风围管这7个部位进行打开钢壳浇注辅加压浆,围管其他圆周部位局部温度高(>200℃)的31处采取压浆方式进行大面积治理,运行状态得到基本控制。日后利用高炉定修机会采取长效维护措施,在月平均1160℃风温运行下,达到可控状态,取得较好的维护效果。
  穿漏部位处理过程
  高炉休风后将穿漏部位围管钢壳割开,检查确认保温砖(NG0.5)烧损、粉化比较严重,但工作层耐火砖(HLG)存在,没有垮塌,有10~20mm缝隙,穿漏四周耐材沉降空间较大,约200~250mm不等。残余耐火材料清理完毕后,用含锆陶瓷纤维毯(耐火度≥1300℃)将工作层耐火砖缝隙及四周堵塞,用高强度陶瓷耐磨浇注料浇注,再压浆处理,并对围管其他部位进行温度检测、开孔检查和灌浆。
  穿漏事故原因分析
  1耐火材料和施工质量
  1.1耐火材料结构配置
  热风围管和热风总管的耐火材料结构从内到外都为:重质耐火砖HLG(160mm)、保温砖LG0.6(114mm)、保温砖NG0.5(114mm)、耐火纤维板LYGX-264/纤维毯HA(30mm)、喷涂料CN-130a(50mm)。
  2015年12月在对热风总管的耐火材料下沉检查中,发现在围管至混风管段有200~300mm不同程度的下沉;2016年2月高炉中修检测倒流管与围管三岔口时发现该部位下沉50~80mm(管壳表面温度150~180℃);2016年5月16日对围管穿漏部位进行检测,发现耐火材料沉降200~250mm,12#、4#风口部位开孔检测沉降分别约为100、150mm。从而推算整个热风围管耐火材料存在100~250mm的沉降量。
  从热风围管耐火材料结构及配置来分析,沉降量主要是由于围管重质工作层耐火砖低蠕变、荷重软化等高温指标较差,在长期的高温、高压工作环境下,导致管道内衬砖整体收缩;另外管道底部耐火纤维板LYGX-264(30mm)也有一定的压缩量,两者叠加所致。
  1.2施工质量存在问题
  围管穿漏部位位于管道圆周11~12点钟方向,从管道圆周耐火砖砌筑图来看位于HLG-11与HLG-12缝隙部位(砌筑时最后一块砖),见图1。围管在此部位发生穿漏的原因之一就是施工时砖缝隙过大或泥浆填充不密实,导致热风从缝隙中窜出,穿过保温砖,并聚集在围管钢壳下,当钢壳出现裂纹等情况时,气体对流通道形成,穿漏即发生。
  围管穿漏部位长约1200mm,按耐火砖原标准长度230mm计算,约5块砖长。从现场穿漏照片对应砌筑图纸来看,原本每环砖间设计上的错缝变成了实际施工后贯通缝隙(主要是工作层耐火砖HLG)。在管道局部点形成高温通道后,由于耐火砖的贯通缝隙,加剧了围管穿漏部位向管道纵向的拉长和扩大。
  管理缺陷
  由于热风围管在生产中发生穿漏的情况在高炉炼铁行业中极为少见,因此习惯上的麻痹让管理者们都觉得围管结构相对稳定,一般不会出问题,即使2015年12月留意、处理了8#高炉热风总管的沉积,但忽视了同种耐火材料结构和配置都会存在沉降和窜气问题;其次,围管上方通风效果差,煤气浓度高,通廊为钢板结构,生产时现场检测难度大,不能有效全面点检或检测,导致热风围管在局部出现温度升高后没及时发现并采取有效措施进行控制。
  对高炉各部位进行了检查和强化检查后发现:
  (1)发生过穿漏部位的8#风口上方热风围管一直是重点关注、维护部位,前后共进行压浆7次;其次是31#~3#、14#、19#~20#风口上方热风围管部位,均达到了4~5次;28~30#风口上方尚好。最近7个月状态变差较大的区域为31#~3#风口上方热风围管部位。
  (2)8#风口部位围管压入最多,达到了1150kg;其次是1#~2#、14#均达到了1000kg以上;20#风口区域压入量呈上升趋势。
  针对热风管的这些情况,采取以下措施:
  (1)为避免热风管道出现耐火材料沉降现象,在进行工程设计时应提高重质工作层耐火砖低蠕变、荷重软化等关键指标要求,再结合增加重质工作层耐火砖厚度、提高保温砖抗烧损能力等综合措施,达到提高热风管道整体质量目标。
  (2)优化热风管道耐火材料配置结构。新设计的热风主管、支管和围管底部建议取消设置耐火纤维板LYGX(30mm)配置,将耐火砖直接砌筑在喷涂料层上面,消除因耐火纤维板LYGX被压缩产生的沉降量;在热风围管等管系施工时应加强现场质量管理,消除每环砖之间形成通缝等先天性的隐患。消除耐火材料沉降和窜气是消除热风围管发生穿漏的有效措施。
  (3)热风围管在多个部位出现超出正常温度控制标准后,可考虑先采取浇注加压浆的方法实现状态控制处理,再利用高炉定修机会进行长效维护巩固处理。由于压浆料的抗烧损能力等性能无法与重质工作层耐火砖相比,在热风管道重质工作层耐火砖之间出现较大的缝隙或多次压浆效果不明显时,还需择机进行开孔浇注处理。


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