朱慶廟 ，龐克亮 ，侯士彬 ，王超 ，武吉

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山114021）

干熄焦（CDQ）是通過循環(huán)風機將冷的惰性氣體鼓入干熄爐內(nèi)，與熾熱紅焦換熱后將焦炭冷卻，而吸收了紅焦顯熱的惰性氣體再將熱量傳遞給鍋爐產(chǎn)生蒸汽，最終冷卻后的惰性氣體經(jīng)風機鼓入干熄爐循環(huán)使用。干熄焦有兩個高溫矩形膨脹節(jié)，分別位于干熄焦一次除塵與鍋爐、干熄爐之間的連接處，用于吸收一次除塵砌體與鍋爐入口砌體、干熄爐砌體與一次除塵砌體間的熱膨脹，消除三個主體設(shè)施間的相對位移。其結(jié)構(gòu)相對復雜，運行過程中容易損壞，出現(xiàn)內(nèi)部澆筑料脫落、膨脹節(jié)整體燒毀泄漏等問題。鞍鋼股份有限公司煉焦總廠（以下簡稱煉焦總廠）4#125 t/h干熄焦生產(chǎn)系統(tǒng)于2008年10月投產(chǎn)運行。在2012年8月干熄焦大修檢查時，發(fā)現(xiàn)干熄爐與一次除塵之間的膨脹節(jié)在頂部位置出現(xiàn)了局部脫落，經(jīng)過澆筑后繼續(xù)生產(chǎn)。在2014年9月大修檢查時，發(fā)現(xiàn)同樣位置的澆筑料脫落，影響干熄焦的穩(wěn)定運行。因此，文中對干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)的損壞原因進行了分析，并提出了膨脹節(jié)在線修復與維護技術(shù)，實踐效果良好。

1 干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)損壞原因分析

1.1 一次除塵系統(tǒng)溫度波動

在干熄焦系統(tǒng)正常生產(chǎn)情況下，干熄爐出口（即膨脹節(jié)處）溫度應保持在950～1 000℃左右。當焦爐、干熄爐定修或遇到生產(chǎn)故障連續(xù)停產(chǎn)4 h以上時，干熄爐出口溫度將會降低到700～800℃，熱脹冷縮將會造成膨脹節(jié)內(nèi)襯表面澆筑料開裂，降溫幅度越大，澆筑料損壞程度越大。待恢復正常生產(chǎn)后，高溫循環(huán)氣體由澆筑料裂縫處竄入內(nèi)部，長時間的侵蝕作用會燒壞澆筑料內(nèi)部掛件的焊接點，隨著澆筑料內(nèi)部掛件不斷損壞掉落，膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料失去掛件的懸吊，造成澆筑料局部脫落。由于膨脹節(jié)波紋板外表面沒有明顯變化，澆筑料局部脫落后不易被發(fā)現(xiàn)，干熄焦系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn)運行，損壞處長時間受高溫侵蝕及壓力波動影響，逐步擴大，最終出現(xiàn)矩形膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料的大面積坍塌，直至燒壞膨脹節(jié)表面波紋板，造成膨脹節(jié)主體框架損壞。可以看出，溫度劇烈波動是干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)損壞的直接原因。

1.2 膨脹節(jié)內(nèi)部懸吊掛件設(shè)計不合理

干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)使用的焊接掛件為倒立的“Y”形結(jié)構(gòu)，焊接時只能點焊，焊接在倒立“Y”的腿上，這種連接方式造成澆筑料的承重連接點不牢固，易損壞。

1.3 高溫矩形內(nèi)襯澆筑方式有缺陷

一般制作干熄爐矩形膨脹節(jié)時，應在地面施工，先按照標準尺寸焊接制作框架，框架制作完成后，在波紋管內(nèi)部焊接“Y”形內(nèi)部掛件，然后對矩形膨脹節(jié)內(nèi)部“Y”形掛件進行澆筑施工。施工時，要求制模澆筑，澆筑料必須完全將內(nèi)部掛件覆蓋住，既保護內(nèi)部掛件又與其成為一體。同時，澆筑施工時必須有輔助震動設(shè)備，使?jié)仓暇鶆蛱畛涞街?nèi)，并將澆筑料內(nèi)部氣泡排出，使其澆筑后成為一個整體，保證澆筑料表面光滑無裂痕。由于煉焦總廠干熄焦大修時，矩形膨脹節(jié)采用在線修補方式，工期短且施工難度大，雖然澆筑時也采用支模澆筑，但整個施工過程無法確保澆筑料內(nèi)部氣泡全部排出，施工質(zhì)量無法與在地面澆筑相比，且澆筑施工最后在最高點收尾時，無法保證澆筑料填充充實，澆筑料砌體容易出現(xiàn)空洞，導致整體強度下降，影響內(nèi)襯澆筑料使用壽命。

1.4 膨脹縫預留不合理或填充不實

干熄爐高溫矩形膨脹節(jié)位于干熄爐和一次除塵砌體之間，按照要求各留10 mm膨脹縫。而膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料中間位置需預留80 mm的膨脹縫，兩處預留的膨脹縫均需使用陶瓷纖維氈填塞密封。在實際施工時，膨脹縫內(nèi)雖填充了陶瓷纖維氈，但未進行壓實或膨脹縫預留過大。在干熄焦正常生產(chǎn)過程中，膨脹縫內(nèi)未填滿壓實的陶瓷纖維氈被1 000℃左右的高溫循環(huán)氣體燒成棉絮狀，之后被高溫煙氣逐步侵蝕，導致膨脹縫填充料被抽空，進而循環(huán)氣體竄入膨脹節(jié)澆筑料上部的波紋管內(nèi)，加速內(nèi)襯的損壞，造成膨脹節(jié)燒損。

2 在線修復與維護技術(shù)措施

2.1 減少一次除塵系統(tǒng)溫度波動

干熄焦系統(tǒng)整體實行連續(xù)排焦制度，進行連續(xù)化生產(chǎn)，杜絕干熄焦系統(tǒng)頻繁升、降溫，避免由于焦爐檢修造成鍋爐入口膨脹節(jié)溫度波動。調(diào)整空氣導入氣動閥開度時，每次不允許超過2%，嚴格控制空氣導入量的變化速度，避免鍋爐入口負壓增加過快。改變排焦振幅時，要求每次在3%以內(nèi)，且盡量少改變振動給料器的振幅，避免冷卻段阻力忽大忽小，影響鍋爐入口負壓，導致其波動過大，造成系統(tǒng)溫度波動。

2.2 膨脹節(jié)內(nèi)部掛件改型

在矩形膨脹節(jié)原有波紋管上表面，重新加鋪一層不銹鋼波紋管，通過氬弧焊接，進一步鞏固膨脹節(jié)密封效果并增加抗高溫強度。在焊接過程中要求全部滿焊，避免內(nèi)外冷熱氣體竄漏，燒損膨脹節(jié)主體框架。

在干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)部，“Y”形內(nèi)部掛件起懸吊牢固澆筑料的作用，同時也是使內(nèi)部輕質(zhì)澆筑料和重質(zhì)澆筑料成為一體的保障。“Y”形掛件焊接的牢固程度，直接影響膨脹節(jié)內(nèi)澆筑料的使用壽命。煉焦總廠在現(xiàn)場拆除舊澆筑料時發(fā)現(xiàn)，很多內(nèi)部掛件出現(xiàn)嚴重燒損現(xiàn)象，個別已經(jīng)斷裂脫落，直接危害到膨脹節(jié)的使用壽命。原膨脹節(jié)掛件缺陷見圖1。

圖1 原膨脹節(jié)掛件缺陷圖

針對這種情況，在焊接新內(nèi)部掛件時，設(shè)計了一種新型掛件，改進了掛件結(jié)構(gòu)，即在 “Y”形掛件下部增加一根橫筋，改變原掛件焊接方式，采取在整個橫筋上進行整體焊接的方式，并采用加固雙面焊接，增加整體掛件的承重強度。改進后掛件焊接方式見圖2。

圖2 改進后掛件焊接方式

同時，對未脫落的膨脹節(jié)掛件采取兩點焊接的加固方式，增加掛件的焊點，增強掛件的牢固程度，避免每個掛件只有一點承受澆筑料懸吊的重力，在最大程度上避免掛件由于澆筑料重力及受到高溫煙氣侵蝕造成的掉落問題，充分保障澆筑料的牢固性。未脫落掛件加固焊接方式見圖3。

2.3 改進膨脹節(jié)澆筑方式

干熄爐出口高溫矩形膨脹節(jié)澆筑用的耐火材料依然采用設(shè)計用料，膨脹節(jié)的內(nèi)襯用隔熱輕質(zhì)澆筑料CL-100澆筑，膨脹節(jié)澆筑料外層即與高溫煙氣接觸面層采用高強度的CZH027澆筑。在支模澆筑過程中，兩種澆筑料要與新型掛件緊密接觸，使其牢固地成為一體，且在整個施工過程中使用振動棒震動，確保澆筑料均勻澆筑到模具中，同時也最大程度排除澆筑料內(nèi)部的氣泡，避免因澆筑料內(nèi)部出現(xiàn)空洞，造成膨脹節(jié)強度下降。在最高點收尾澆筑時，一定要灌滿壓實并輔助震動。澆筑后的砌體表面高出內(nèi)部新型掛件30～50 mm，在干熄焦生產(chǎn)過程中，確保掛件不直接接觸循環(huán)氣體。

圖3 未脫落掛件加固焊接方式

2.4 膨脹節(jié)膨脹縫密封、養(yǎng)護與升溫

（1）對膨脹節(jié)中間膨脹縫部位進行密封。在膨脹節(jié)中間膨脹縫部位鋪墊壓實硅酸鋁纖維氈后，用角型白鋼板壓在硅酸鋁纖維氈上，防止其掉落。將膨脹縫密封用的角型板焊接在膨脹節(jié)的筋板上，并焊接掛件。然后將膨脹節(jié)內(nèi)整體填充硅酸鋁纖維氈并搗打、壓實，確保開工后生產(chǎn)運行時起到密封隔熱作用，避免高溫煙氣進入膨脹節(jié)內(nèi)部損壞掛件。矩形膨脹節(jié)與兩側(cè)砌體連接處的膨脹縫嚴格按照80～100 mm的標準預留，并反復用陶瓷纖維氈填充、搗打、壓實，確定不會在生產(chǎn)運行過程中被抽空。干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)中間部位處理圖見圖4，澆筑完成后的膨脹節(jié)見圖5。

（2）膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑完成后，澆筑料需經(jīng)過48 h以上的養(yǎng)生時間。在養(yǎng)生過程中，系統(tǒng)保持常溫，最后拆除模具對整體進行檢查，將明顯菱角及支模澆筑的接縫處進行抹補壓實，避免在生產(chǎn)過程中循環(huán)氣體侵蝕存在縫隙的地方導致其擴大。

（3）嚴格按照規(guī)定升溫。在線修復的膨脹節(jié)對大修恢復時的升溫要求比較高，升溫過快，容易導致內(nèi)部水分流失過快，不能等到整體均勻膨脹，造成澆筑料表面龜裂，影響使用壽命；升溫過慢，則不能很好地驅(qū)除內(nèi)部水分，同時對澆筑料耐火材料的使用強度產(chǎn)生影響。因此，干熄爐一定要按照制定的升溫計劃進行升溫，升溫控制標準為5 ℃/h（120 ℃/天）。

圖4 膨脹節(jié)中間部位處理圖

圖5 澆筑完成后的膨脹節(jié)

3 應用效果

2014年8月，采取以上技術(shù)措施對煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)進行在線澆筑處理。2017年5月干熄焦大修時，對高溫矩形膨脹節(jié)進行檢查，未出現(xiàn)澆筑料掉落坍塌現(xiàn)象。復檢效果見圖6。

圖6 2017年5月復檢效果圖

由圖6可以看出，經(jīng)32個月的實踐檢驗，膨脹縫內(nèi)部后填充的石棉氈被高溫氣體侵蝕，但沒有造成膨脹節(jié)局部高溫燒損的問題，未影響整個高溫矩形膨脹節(jié)的安全使用。重新填補密封膨脹節(jié)中間部位膨脹縫后繼續(xù)使用，2018年10月，開爐檢查效果見圖7，高溫矩形膨脹節(jié)澆筑料仍然牢固，密封嚴密。

圖7 2018年10月開爐檢查效果

煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)在線修復技術(shù)實施前后的關(guān)鍵性能參數(shù)對比情況見表1。

表1 高溫矩形膨脹節(jié)在線修復技術(shù)實施前后關(guān)鍵性能參數(shù)對比

由表1可以看出，高溫矩形膨脹節(jié)在線修復技術(shù)延長了干熄焦系統(tǒng)的年修周期，實現(xiàn)了干熄焦系統(tǒng)年休周期2年的目標，年修時長縮短了20%，年修費用降低了約41.4%，干熄焦生產(chǎn)效率由98%提升至98.3%。

4 結(jié)語

為了解決鞍鋼股份有限公司煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)內(nèi)部澆筑料脫落的的問題，提出了膨脹節(jié)在線修復與維護技術(shù)措施，包括減少鍋爐入口溫度波動、膨脹節(jié)內(nèi)部掛件改型、改進膨脹節(jié)澆筑方式、增加膨脹節(jié)膨脹縫的密封、強化升溫前養(yǎng)護與升溫過程控制等，并應用于生產(chǎn)實踐中。經(jīng)過32個月的實踐檢驗表明，此項技術(shù)有效延長了干熄焦高溫矩形膨脹節(jié)的使用壽命，能夠滿足干熄焦系統(tǒng)年修周期2年的需求，且使干熄焦系統(tǒng)的年修時長縮短了20%，年修費用降低了約41.4%，干熄焦生產(chǎn)效率由98%提升至98.3%，保障了干熄焦系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。