何 剛

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

延長搗固焦?fàn)t爐墻壽命的工藝優(yōu)化與實踐

何 剛

(攀鋼釩煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

目前中國搗固焦炭產(chǎn)能已超過1億噸,但是搗固焦?fàn)t由于煤餅密度大,推焦電流大,造成爐墻損壞嚴重?，F(xiàn)階段國內(nèi)部分大型搗固焦?fàn)t炭化室墻面已經(jīng)出現(xiàn)剝蝕、裂縫、穿孔,造成部分立火道堵塞,加熱溫度不均,焦炭成熟不均,炭化室竄漏嚴重。通過對攀鋼搗固焦?fàn)t生產(chǎn)實踐進行分析,找出了其與頂裝焦?fàn)t的不同之處,及其壽命較短的原因,提出搗固焦?fàn)t壽命延長的重要措施。

搗固焦?fàn)t;長壽化;爐齡;焦?fàn)t熱修

1 引言

攀鋼釩煉鐵廠3#、4#搗固焦?fàn)t是JND55-07型搗固焦?fàn)t,為雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、寬炭化室、焦?fàn)t煤氣下噴的復(fù)熱式焦?fàn)t。設(shè)計與頂裝焦?fàn)t一樣可以單燒焦?fàn)t煤氣,也可單燒高爐煤氣,也可高爐、焦?fàn)t煤氣混燒。焦?fàn)t設(shè)計結(jié)焦時間為22.5 h,年產(chǎn)135萬噸焦炭。隨著日常生產(chǎn),炭化室墻面機側(cè)下部1.5 m、高300 mm處已經(jīng)出現(xiàn)剝蝕,燃燒室2眼立火道處出現(xiàn)雙裂紋,將近20爐炭化室出現(xiàn)爐墻穿孔,造成部分立火道堵塞,加熱溫度低,焦炭不成熟,炭化室竄漏嚴重,見表1。

表1 搗固焦?fàn)t爐墻穿孔情況

2 影響搗固焦?fàn)t長壽的主要問題分析

2.1 搗固焦?fàn)t維護方法欠佳

由于搗固焦?fàn)t煤餅密度比頂裝焦?fàn)t大1.5倍左右,造成其推焦電流大,對爐墻損壞嚴重。攀鋼搗固焦?fàn)t在推焦時,推動焦側(cè)焦餅瞬間,機側(cè)焦餅正好進入炭化室1 m左右,從而造成燃燒室2眼立火道損壞嚴重。再加上搗固焦?fàn)t側(cè)裝煤餅過程中,托煤底板對炭化室底部1.5 m處磨損嚴重,而且在煤餅裝入過程中,機側(cè)爐墻溫度下降較快,從而造成機側(cè)爐墻損壞嚴重。如果其損壞部位得不到合理維護,那么將造成搗固焦?fàn)t爐墻形成一個惡性循環(huán),從爐墻損壞到修補,再從爐墻更嚴重損壞到更大范圍修補,最終造成焦?fàn)t無法滿足生產(chǎn)。

2.2 搗固焦?fàn)t溫度不均勻

2.2.1 搗固焦?fàn)t生產(chǎn)突發(fā)事故比頂裝焦?fàn)t多,影響溫度均勻性

搗固焦?fàn)t與頂裝焦?fàn)t最重要的差異之一是搗固焦?fàn)t兩座爐子同時生產(chǎn),設(shè)備沒有備用,并且檢修時間比頂裝焦?fàn)t短。如攀鋼搗固焦?fàn)t達到22.5 h生產(chǎn)后,單孔操作時間為20 min,每個循環(huán)分三個檢修段的話,那么每段檢修時間只有40 min,設(shè)備檢修時間根本不足。因此,搗固焦?fàn)t達到設(shè)計生產(chǎn)后,所出現(xiàn)的設(shè)備問題比頂裝焦?fàn)t多,導(dǎo)致?lián)v固焦?fàn)t溫度變化頻繁、變化幅度大。爐溫不均勻不僅讓爐體遭受熱應(yīng)力的損害,并且造成焦炭成熟不均,推焦電流增大或難推焦,對爐墻再次造成損壞。

2.2.2 搗固焦?fàn)t存在煤餅垮塌,影響爐頭溫度

由于搗固焦?fàn)t是側(cè)裝煤,不可避免存在煤餅垮塌現(xiàn)象,再加上配合煤水分不穩(wěn)定、細度不均勻、煤車托煤底板變薄、搗固煤餅不結(jié)實等因素影響,導(dǎo)致煤餅倒塌現(xiàn)象較為普遍。一旦出現(xiàn)煤餅倒塌,勢必影響生產(chǎn)爐溫穩(wěn)定性,還將導(dǎo)致炭化室墻面受損,甚至將導(dǎo)致炭化室兩邊墻面向炭化室中心偏斜。單純用高爐煤氣加熱的搗固焦?fàn)t,在煤餅倒塌時,并沒有有效的方法控制焦?fàn)t爐溫的均勻性。

3 搗固焦?fàn)t長壽化措施研究

3.1 采用最合理的焦?fàn)t維護方式

搗固焦?fàn)t由于生產(chǎn)方式的特殊性,造成爐墻比頂裝焦?fàn)t損壞更為嚴重,甚至可以說某些爐墻損壞是無法避免的。在搗固焦?fàn)t爐墻損壞嚴重情況下,如何選擇合適修補方法,減少或避免二次損壞,是搗固焦?fàn)t生產(chǎn)的重要問題。目前焦?fàn)t維護常見修補方法有:干法噴補技術(shù)、濕法噴補技術(shù)、火焰焊補技術(shù)、半干法噴補技術(shù)、陶瓷焊補技術(shù)。這些爐墻修復(fù)技術(shù)各有優(yōu)缺點,下面就對這些修補技術(shù)進行逐一分析,從而找出適合搗固焦?fàn)t爐墻維護修補技術(shù)。

3.1.1 各類修補方法的優(yōu)缺點

(1)干法噴補技術(shù)

干法噴補技術(shù)的機理是利用噴補料與爐墻磚相似的性能,在高溫下將二者黏結(jié)在一起。它用壓縮空氣將耐火泥送至噴嘴,在混合器內(nèi)與黏結(jié)劑混勻后噴涂在爐墻上。此技術(shù)由于噴嘴易堵塞、掛料時間短、灰料浪費大而停用。

(2)濕法噴補技術(shù)

濕法噴補是將噴補料與結(jié)合劑配制成漿進行噴補,常用的結(jié)合劑是磷酸和水玻璃,主要是利用結(jié)合劑在高溫下有較強的黏結(jié)性的特點,將耐火泥黏附在爐墻表面。該技術(shù)具有操作簡單、補爐快捷的特點,至今仍在不少焦化廠使用。該技術(shù)主要有兩個缺點:①硅磚的熱穩(wěn)定性差,當(dāng)常溫含水量高達40%～50%的灰漿噴在1100℃高溫的墻面上時,墻面急劇冷卻,會產(chǎn)生肉眼看不到的龜裂,時間一長,損壞就暴露出來;②黏結(jié)力低,掛料時間只有6～9個月。隨著先進補爐技術(shù)的出現(xiàn),這種方法被淘汰已是大勢所趨。

(3)火焰焊補技術(shù)

火焰焊補技術(shù)是上世紀70年代在國際上出現(xiàn)的先進補爐技術(shù),我國只有幾家焦化企業(yè)引進了日本的這一技術(shù)。該技術(shù)的補爐機理是利用丙烷和氧氣燃燒產(chǎn)生的高溫火焰,將耐火粉料熔融,然后吹附到爐墻上。該技術(shù)裝置由控制箱、焊槍、空氣錘等組成,使用介質(zhì)有丙烷、氧氣、壓縮空氣、冷卻水等,最大噴補能力為50 kg/h耐火料。焦?fàn)t火焰焊補技術(shù)是濕法補爐技術(shù)的一次飛躍,特別適合爐墻裂紋及小于10 mm裂縫的焊補,在一定程度上遏制了爐墻裂紋的擴大和剝蝕深度的加劇。該技術(shù)的缺點是:①有關(guān)設(shè)備龐大笨重、管線復(fù)雜、對燃燒介質(zhì)要求高、涉及人員多、焊補速度慢,且只適用于輕度剝蝕墻面的焊補;②火焰溫度太高,掌握不合適容易對爐墻進行二次損壞,并擴大爐墻損害面積。對于20年以上爐齡的大面積深度剝蝕,我們只有使用濕法或半干法補爐技術(shù)。

(4)半干法噴補技術(shù)

半干法噴補技術(shù)是一種現(xiàn)代化的噴補技術(shù),其噴補料含水只有12%,對爐墻的副作用小。該技術(shù)以其獨特的優(yōu)點,引起焦化行業(yè)的重視。許多焦化廠均引進了半干法噴補設(shè)備,收到顯著的爐墻噴補效果。半干法噴補技術(shù)的原理是:干粉料和液態(tài)黏結(jié)劑在噴管內(nèi)各行其道,在噴出之前的摻混器內(nèi)混勻并從噴嘴噴出,水量在10%～12%之間任意調(diào)節(jié),其主體設(shè)備為轉(zhuǎn)盤噴補機,噴補能力為450 kg/h～900 kg/h,噴補用水靠針式閥調(diào)節(jié),粉料在摻混器中與水混合。半干法補爐技術(shù)具有較高的技術(shù)含量,設(shè)備少、體積小、易于移動、操作簡單,對介質(zhì)無過高要求、噴補速度快、附著率高,對于剝蝕面積1 m2、深度達50 mm的墻面,只需20余分鐘即可噴補好。但是對搗固焦?fàn)t而言修補后的強度不佳,掛料時間仍不理想,并仍含有部分水分,對爐墻有一定程度損害。

(5)陶瓷焊補技術(shù)

①陶瓷焊補料的混合物從焊槍的出口借助氧氣噴向炭化室高溫爐墻磚表面,焊補料中可燃顆粒在這一區(qū)域內(nèi)燃燒放熱,產(chǎn)生的熱量軟化或熔化噴至爐墻表面的耐火材料,從而形成修補料。修補料能與修補部位襯磚牢固結(jié)合,物理性能好,能在短時間內(nèi),在高溫狀態(tài)下施工。②陶瓷焊補料中主要成分是耐火料,比例可達到70%～85%,耐火料的化學(xué)成分與要修理的爐墻耐火材料的化學(xué)成分要匹配,這樣可保證兩者有相似的物理化學(xué)性能,從而保證掛料時間。③耐火料要選擇級配料,這樣即可保證修補料有較高的致密性、較低的氣孔率,同時級配料中的顆粒料有較好的填充能力,便于焦?fàn)t爐墻面積較大、深度較深部位的修補。另外,含有級配耐火料的修補料,在溫度變化較大的情況下能夠吸收產(chǎn)生的膨脹和收縮能量,從而保證修補料有較好的熱態(tài)性能。④陶瓷焊補料中大顆粒臨界粒度的選擇和確定,要結(jié)合在系統(tǒng)設(shè)備中氧氣的流速來考慮,氧氣實際流動速度要大于大顆粒料在流動過程中不沉降所要求的氣體最低流動速度,否則會造成大顆粒料沉降而影響料的均勻輸送。陶瓷焊補料中耐火顆粒的最大粒徑不應(yīng)大于3.0 mm。⑤陶瓷結(jié)構(gòu)具有高熔點,較高的高溫強度和較小的高溫蠕變性能,較好的耐熱震性、抗腐蝕、抗氧化性,在高溫下穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。但陶瓷結(jié)構(gòu)也有較大的弱點,其脆性較大,耐機械沖擊性差。在焦?fàn)t正常生產(chǎn)過程中這一問題顯得更為突出,焦?fàn)t推焦過程中對焦?fàn)t爐墻,特別是機方爐頭產(chǎn)生較大的沖擊力。為解決這方面問題必須采取措施,最好的方法就是在焦?fàn)t正常生產(chǎn)溫度范圍內(nèi),產(chǎn)生和增加陶瓷中的液相物質(zhì),在陶瓷修補料與修補爐墻表面之間,陶瓷修補料內(nèi)部有液相物質(zhì)存在,由于液相物質(zhì)的存在增加柔韌性,增強抗沖擊能力。

3.1.2 陶瓷焊補實踐

陶瓷焊補技術(shù)是利用壓縮空氣接入陶焊機,陶焊機出料口接至焊槍入料口,12瓶氧氣全部并聯(lián)接入焊槍,冷卻上水接入焊槍并注意安排好冷卻下水的排放。三角支撐架推入炭化室,支好焊槍。對炭化室內(nèi)部的損傷火道進行詳細勘察。焊補時,邊焊補,邊通過顯示屏觀察效果(見圖1),完成一處,往外移一處?？客鈧?cè)的邊火道用短焊槍焊補,焊補質(zhì)量憑目測判定,這時的工作需格外認真仔細。為了確保在陶焊過程中放熱反應(yīng)的發(fā)生,陶焊修補必需在熱態(tài)下進行。焦?fàn)t在修補前不能關(guān)閉很長時間,因為這樣會失去很多熱量,要求在修補過程中耐火材料溫度保持在700℃以上。對好機側(cè)爐門,將炭化室空燒2～3 h,恢復(fù)生產(chǎn)。將該號燃燒室倒換為高爐煤氣加熱,并取出焦?fàn)t煤氣支管內(nèi)堵塞物,調(diào)整好本燃燒室加熱制度。

圖1 對爐墻進行陶瓷焊補

攀鋼搗固焦?fàn)t爐墻維護一般用半干法噴補或濕法噴補。爐墻修補后,表面不平,并且在修補過程中,由于有水與爐墻表面接觸,造成爐墻急劇降溫,爐墻內(nèi)部出現(xiàn)隱形損壞。每次修補完爐墻所用時間不長,一般在2～3個月爐墻會出現(xiàn)再次垮塌,形成了一個惡性循環(huán)。在2012年引進了陶瓷焊補技術(shù),對爐墻剝蝕嚴重的20個炭化室進行了陶瓷焊補。由于陶瓷焊補過程中,產(chǎn)生的火焰溫度不大于1500℃,在修補過程中未有水進入,而且陶瓷焊補料能夠很好地與爐墻銜接,并且陶瓷焊補料焊補后,與硅磚強度和導(dǎo)熱性很接近。所以,通過對焦?fàn)t20個損壞炭化室進行了陶瓷焊補維修,其效果極為明顯,維修后墻面平整,無明顯凹凸,并且大多數(shù)爐墻使用時間在2年以上。

3.2 優(yōu)化搗固焦?fàn)t溫度

搗固焦?fàn)t是兩座爐子同時生產(chǎn),五大車一機無備品。所以,無論是生產(chǎn)工藝的控制還是設(shè)備運行都比頂裝焦?fàn)t更為困難。搗固焦?fàn)t溫度處理較困難的異常情況總結(jié)如下:①結(jié)焦時間跨度較大;②生產(chǎn)時常中斷;③煤餅倒塌,裝不到位。

3.2.1 結(jié)焦時間跨度較大時溫度的處理

搗固焦?fàn)t是兩座爐子同時生產(chǎn),五大車一機無備品,其突發(fā)事故較多,結(jié)焦時間不得不大幅度延長。由于在大型鋼鐵企業(yè)中,焦炭產(chǎn)量是十分重要的生產(chǎn)指標(biāo),搗固焦?fàn)t事故一旦處理,結(jié)焦時間就會馬上縮短,造成結(jié)焦時間大幅度波動。此時,對溫度調(diào)節(jié)的要求特別高。如果溫度不能及時跟上,將影響整個焦?fàn)t生產(chǎn)。如果煤氣加量過多,溫度提升太快,可能會造成焦炭過火,推焦困難,也將影響煉鐵生產(chǎn)。

為此,在調(diào)整煤氣量的過程中,必須循序漸進,根據(jù)調(diào)整幅度,逐步增加煤氣量,調(diào)整風(fēng)門,具體操作如下:

(1)30 h往26 h的調(diào)整

在接到調(diào)度指令后,根據(jù)溫度情況適當(dāng)增加煤氣量,并立即預(yù)排推焦裝煤計劃,根據(jù)計劃,在達到結(jié)焦時間8～10 h將煤氣量調(diào)整到下一時段結(jié)焦時間所需煤氣量,并略高1000 m3/h,在加量過程中應(yīng)分步進行,不要一次加量過大,使前面結(jié)焦時間相對較長焦炭過火。風(fēng)門應(yīng)分兩次變量,每次變量時應(yīng)取加熱制度的風(fēng)門上限,必要時還應(yīng)增加5 mm。

(2)25 h往23 h或22.5 h的調(diào)整

由于此結(jié)焦時間溫度較難控制,因此應(yīng)在了解預(yù)排計劃后,按計劃調(diào)整煤氣量,變量風(fēng)門。具體操作如下:

當(dāng)結(jié)焦時間為25 h時,可將風(fēng)門,煤氣流量調(diào)整到23 h或22.5 h的煤氣流量,但最好分三步進行,第一步調(diào)整到24 h的加熱制度,間隔3 h左右調(diào)整到23 h加熱制度,再間隔4 h左右調(diào)整到22.5 h的加熱制度,但煤氣用量和風(fēng)門應(yīng)比加熱制度多1000 m3/h和大5 mm。同時,由于調(diào)整幅度過大,可能會造成此循環(huán)最后一段出爐號焦炭過火,因此在調(diào)整加熱制度到22.5 h后,地下室最后一段出爐號地下室考克關(guān)1/4～1/3,將最后一段出爐號溫度控制在23.5 h的標(biāo)溫范圍內(nèi),由于用高爐煤氣加熱,考克調(diào)整會影響相鄰燃燒室,根據(jù)氣流原理,建議只關(guān)出爐號后燃燒室考克,即炭化室號+1(3#爐炭化室號-62+1),如4#爐4、9箋號為最后一段出爐號,可將地下室高爐煤氣考克5、10關(guān)1/3這樣就能控制4、5號燃燒室溫度,避免常規(guī)調(diào)整考克4、5、6會影響3、4、5、6燃燒室溫度的缺點,3#爐78號炭化室則關(guān)(078-62+1) 17#地下室高爐煤氣考克。

3.2.2 生產(chǎn)中斷時的溫度處理

生產(chǎn)中斷后,三班煤氣組必須立即減少煤氣量,并了解處理需要的時間,根據(jù)結(jié)焦時間來調(diào)整煤氣量,并將出爐號地下室考克做相應(yīng)調(diào)整。具體情況如下:

(1)結(jié)焦時間長(30 h及以上),標(biāo)溫較低,在2～3 h以內(nèi),只需適當(dāng)減量1000～ 2000 m3/h,地下室考克可不做處理。4～6 h,應(yīng)減少煤氣用量3000～4000 m3/h,出爐號地下室考克相應(yīng)關(guān)1/3～2/3,并及時壓上升管翻板,減少進風(fēng)口開度。

(2)結(jié)焦時間短,標(biāo)準(zhǔn)溫度較高的情況下,在2～3 h以內(nèi),應(yīng)立即減量2000～3000 m3/h,出爐號地下室考克關(guān)1/3左右。4～6 h,應(yīng)減少煤氣用量3000～5000 m3/h,出爐號地下室考克相應(yīng)關(guān)1/2～2/3,并及時壓上升管翻板,減少進風(fēng)口開度。

(3)不管結(jié)焦時間長短,如果影響生產(chǎn)時間較長(6 h以上),在結(jié)焦時間較長時,除要多減量外,地下室考克還應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整,并立即縮小風(fēng)門開度(風(fēng)門開度以相應(yīng)的結(jié)焦時間為準(zhǔn))。

3.2.3 煤餅倒塌裝不到位時的溫度處理

(1)焦?fàn)t煤氣加熱

煤餅倒塌后,崗位人員應(yīng)準(zhǔn)確報告塌餅位置,垮塌量,調(diào)火(三班煤氣組)接通知后立即將塌餅位置對應(yīng)的立火道小孔版處加壓鐵絲,并將處理情況記錄在交換機大帳上,三班煤氣組每隔4 h測量橫墻溫度,并根據(jù)溫度情況做出相應(yīng)處理。如果煤餅大量倒塌,造成一側(cè)無煤或整個炭化室只有10 t煤左右,除按上述方法處理外,還應(yīng)在相鄰炭化室推焦前將此炭化室焦炭推出。

(2)高爐煤氣加熱

①煤餅機側(cè)(焦側(cè))少量倒塌或送不到位,將地下室高爐煤氣考克關(guān)1/3～1/4,每4 h測量爐頭及少煤位置火道溫度,確保爐頭溫度不超過1400℃,必要時延長此炭化室結(jié)焦時間。②煤餅大量倒塌,必須倒為焦?fàn)t煤氣加熱,并在煤餅倒塌位置相應(yīng)立火道小支管孔板處壓鐵絲,每4 h測橫墻溫度,并調(diào)整。

4 總結(jié)

搗固焦?fàn)t的優(yōu)點適合國內(nèi)煤資源的分布,對降低企業(yè)生產(chǎn)成本起著十分重要的作用,也是今后焦?fàn)t發(fā)展的主要方向。但是搗固焦?fàn)t的使用壽命比頂裝焦?fàn)t要短許多。要使搗固焦?fàn)t使用壽命達到設(shè)計值,需要:①利用陶瓷焊補技術(shù)對焦?fàn)t進行維護,避免造成維修方法不當(dāng),導(dǎo)致爐墻損壞惡性循環(huán)。②搗固焦?fàn)t生產(chǎn)特點決定了其溫度較難調(diào)節(jié),且突發(fā)事故比頂裝焦?fàn)t要多,加大了溫度處理的難度。但只要對其溫度處理進行分類,針對不同的情況對其溫度進行調(diào)節(jié),也能使其焦餅均勻成熟。

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Process Optimization and Practice of Extending the Service Life of Tamping Coke Oven Furnace Wall

HE Gang
(Pangang Group Panzhihua Iron&Steel Co.ironworks,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

Currently China tamping coke production capacity has more than 100 million tons,however,due to the briquette density tamping coke,coke pushing current,causing serious damage to the furnace wall.Most large domestic stage tamping coke oven carbonization chamber wall erosion has occurred,cracks,perforation,causing part of the flue blockage,the heating temperature is uneven,uneven maturity coke,coking chamber severe blow.In this paper,through the analysis of Pangang tamping production practices and other factors,from the production point of view to find out their differences from Coke Oven,short-lived and the reasons put forward an important measure to extend the life of tamping coke oven.

tamping coke oven longevity,furnace,heat oven repair

TQ520.5

A

何 剛,主要從事焦?fàn)t生產(chǎn)工作。

1001-5108(2016)06-0056-06