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        沸騰焙燒爐爐底損壞原因分析及提高使用周期措施的探討

        2020-09-17 09:53:18
        工業(yè)爐 2020年4期
        關(guān)鍵詞:大修

        閆 超

        (巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015543)

        巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司于2005 年建設(shè)一座109 m2沸騰焙燒爐,日產(chǎn)焙砂624 t,爐體運(yùn)轉(zhuǎn)率90%。 2006 年5 月試生產(chǎn),至今已運(yùn)行14 年,每年可保證10 萬t 電解鋅原料供給。 二系統(tǒng)于2009年10 月試生產(chǎn)至今運(yùn)行11 年,形成20 萬t 電解鋅生產(chǎn)能力。 隨著運(yùn)行時(shí)間的增長,爐底結(jié)構(gòu)暴露問題日漸突出。

        從表1 可以看出,一系統(tǒng)運(yùn)行12 年?duì)t底大修兩次,二系統(tǒng)運(yùn)行8 年大修一次。 爐底大修是沸騰焙燒爐檢修的核心,施工難度大,施工程序復(fù)雜,每次爐底大修后都要分析爐底損壞原因, 做好相應(yīng)的改進(jìn)措施,對延長爐體運(yùn)轉(zhuǎn)周期,提高生產(chǎn)產(chǎn)量,增加公司經(jīng)濟(jì)效益有著舉足輕重的作用。

        表1 109 m2 沸騰爐爐底大修統(tǒng)計(jì)

        1 分析探討爐底損壞原因

        爐底結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        (1)從圖1 看出爐底空氣分布板若干片,在連接處設(shè)計(jì)膨脹縫不超過5~8 mm,空氣分布板與爐殼接觸處設(shè)計(jì)膨脹縫15~20 mm, 膨脹縫上活放10 mm厚100 mm 寬鋼板作密封板; 空氣分布板之間膨脹縫采用25 mm 寬6 mm 厚鋼板作密封條, 安裝時(shí)設(shè)計(jì)要求一面點(diǎn)焊, 如此密封結(jié)構(gòu)基本起不到密封作用;在生產(chǎn)運(yùn)行中,風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)壓18 kPa,風(fēng)很容易從爐底混凝土裂縫處逸出。 隨著爐體運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的遞增,裂縫越來越大,裂縫寬度達(dá)到10~15 mm 不等;所以爐底花板密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在先天不足, 下直段爐墻及爐底損壞多數(shù)是爐底漏風(fēng)所致。

        圖1 爐底結(jié)構(gòu)示意圖

        (2)2011 年9 月23 日~10 月1 日焙燒二系統(tǒng)因下直段爐墻托板密封板(見圖1)局部開裂,風(fēng)斗的高壓風(fēng)從開裂處直吹保溫磚墻,將保溫磚墻沖刷、腐蝕為零,18 kPa 的高壓風(fēng)暢通無阻的串到排料口結(jié)構(gòu)處,將排料口爐體腐蝕3 個(gè)孔洞,在排料口處形成風(fēng)幕,爐內(nèi)焙砂排不出去只能停爐處理[1]。 所以通過生產(chǎn)實(shí)踐解決好爐底漏風(fēng)對爐體連續(xù)、 穩(wěn)定的運(yùn)行意義非凡。

        (3)爐底空氣分布板設(shè)計(jì)厚度10 mm,易變形,變形過程中就有熱應(yīng)力產(chǎn)生, 會使?fàn)t體混凝土產(chǎn)生裂紋、掉塊。焙燒一系統(tǒng)爐底在2011 年5 月大修前爐底從破損處漏風(fēng)達(dá)到25 處之多;局部還有孔洞,其面目全非,千瘡百孔,不停爐大修生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。

        (4)冷卻盤管漏水對爐體結(jié)構(gòu)的影響已做過詳細(xì)的論述[2]。 冷卻盤管漏水統(tǒng)計(jì)見表2。

        (5)109 m2沸騰焙燒爐煙氣溫度950 ℃,其煙氣成分見表3。

        從表3 可以看出,爐內(nèi)煙氣為氧化性氣氛,O2在高溫下對所有耐火材料均有腐蝕作用, 如原料中含有F、Cl 兩種元素在高溫下對耐火材料腐蝕速度變快。 2019 年3 月焙燒一系統(tǒng)下直段爐墻與擴(kuò)大段接觸處爐墻局部腐蝕一個(gè)1 200 mm×1 000 mm×500 mm 的大洞,冒著高溫5 天才搶修完。

        表2 冷卻盤管漏水統(tǒng)計(jì) (次)

        表3 109 m2 沸騰焙燒爐煙氣成分

        (6)爐底大修風(fēng)帽間澆注料的選擇對爐底使用壽命的延長至關(guān)重要,2005 年建爐時(shí), 爐底澆注料設(shè)計(jì)采用普通低水泥澆注料搗制。 在日常生產(chǎn)運(yùn)行中爐底溫度280~400 ℃, 低水泥澆注料在此高溫下無相變過程, 混凝土強(qiáng)度差,2011 年5 月爐底大修時(shí)由低水泥澆注料改為水玻璃澆注料搗制。 實(shí)踐證明搗制水玻璃澆注料要求技術(shù)條件非常嚴(yán)格:

        ①水玻璃模數(shù)要求2.8~3.0,而公司采購的水玻璃模數(shù)3.3~3.5。

        ②水玻璃模數(shù)太高, 需根據(jù)現(xiàn)場溫度不斷調(diào)整氟硅酸鈉的加入量。

        ③要求攪拌時(shí)混合料和促凝劑(氟硅酸鈉)必須攪拌均勻后再加水玻璃, 否則搗固后的混凝土質(zhì)量不均勻達(dá)不到預(yù)想效果。

        ④施工人員技術(shù)素質(zhì)差,責(zé)任心不強(qiáng),對混凝土的澆筑質(zhì)量都有影響。

        由于諸多方面的原因采用水玻璃耐熱混凝土澆注爐底不可取。

        2 提高爐底風(fēng)帽間混凝土使用周期的措施

        從圖1 可以看出, 爐底第一個(gè)漏風(fēng)點(diǎn)就是沿四周方向空氣分布板與爐殼間的15~20 mm 膨脹縫。改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)采用10 mm 厚100 mm 寬弧形鋼板沿四周方向?qū)⑴蛎浛p蓋?。ɑ钌w),這樣并不能將風(fēng)擋住,我們在下直段第一層爐壁托板上加10 mm 厚150 mm 高的弧形鋼板作密封板, 密封板與托板和空氣分布板接觸面全部滿焊, 在密封板安裝前將托板下的高強(qiáng)耐磨澆注料搗固好。

        爐底第二個(gè)漏風(fēng)點(diǎn)是每塊空氣分布板之間的5~8 mm 膨脹縫,如空氣分布板預(yù)制水平達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 安裝后的膨脹縫均勻一致。 所以爐底鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝施工隊(duì)伍的選擇舉足輕重,不可忽視。 2017年8 月焙燒二系統(tǒng)爐底大修鋼結(jié)構(gòu)施工隊(duì)伍選擇不好,預(yù)制的空氣分布板達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),安裝后的膨脹縫最大在25 mm 左右不等,密封結(jié)構(gòu)由40 mm 寬6 mm 厚鋼板一面焊改為1/2 寸管滿焊(見圖2)。

        圖2 空氣分布板密封結(jié)構(gòu)圖

        鋼結(jié)構(gòu)安裝完沒做漏風(fēng)檢查就澆注爐底高強(qiáng)耐磨澆注料,開爐后有一道裂紋產(chǎn)生,風(fēng)從裂紋處不斷沖刷,裂紋逐漸增大,達(dá)6~8 mm。 2018 年停電檢修時(shí)采用特殊灰漿處理此縫, 效果不理想。 2018 年8月焙燒一系統(tǒng)第二次大修, 吸取二系統(tǒng)爐底大修的不足之處選擇好鋼結(jié)構(gòu)施工隊(duì)伍, 從預(yù)制到安裝都設(shè)有專人跟蹤, 密封板焊完后, 反復(fù)五次檢查漏風(fēng)點(diǎn),直到焊好為止。 爐底風(fēng)帽間澆注完高強(qiáng)耐磨澆注料,升溫投產(chǎn)后第一次停爐檢查爐底是否有漏風(fēng)處,應(yīng)該是建爐以來爐底施工質(zhì)量最好的一次。

        2011 年5 月焙燒一系統(tǒng)爐底空氣分布板從10 mm 厚改為20 mm 厚,用以提高爐底的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,對抵抗盤管漏水造成的溫度突變所產(chǎn)生的熱應(yīng)力,促使空氣分布板變形的幾率減少,改后效果顯著。

        從表2 可以看到,冷卻盤管漏水每年都有,最高達(dá)5 次/a, 所以說冷卻盤管漏水是爐底破損的重要原因。 對冷卻盤管漏水我們想了好多措施[2],在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步落實(shí)。 為了提高生產(chǎn)產(chǎn)量,防止風(fēng)帽直吹盤管將冷卻盤管下的風(fēng)帽孔改為側(cè)吹, 對提高焙砂產(chǎn)量有一定的效果,但是當(dāng)冷卻盤管漏水時(shí),焙砂很容易將側(cè)吹孔堵死,停爐時(shí)很難疏通,需在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。 有國內(nèi)同行將冷卻盤管距風(fēng)帽距離提高150~200 mm,用來緩解焙砂在硫化過程中對盤管的機(jī)械沖刷,可延長冷卻盤管的使用壽命,我們在積極深入探討、落實(shí)應(yīng)用。

        2016 年公司采購大量的本地礦,鋅品位在42%左右,為了提高入爐鋅精礦品位,從國內(nèi)采購大量的ZnO 塵,Zn 品位在55%~60%,與本地礦混合后加到爐內(nèi)。 ZnO 塵含氟4%、含氯5%~7%,F(xiàn)、Cl 兩種元素在高溫下對冷卻盤管、爐底、爐墻腐蝕速度極快,這樣組織生產(chǎn)對爐體設(shè)備使用壽命有非常大的負(fù)面影響。 后來公司購買國外礦與品位低的本地礦混合后加到爐內(nèi)。 所以采購鋅精礦時(shí)要注意Pb、Cu、Fe、Al2O3、SiO2含量不宜過高,這樣才能延長爐底的使用壽命。

        2018 年8 月焙燒一系統(tǒng)爐底大修,爐底風(fēng)帽間的混凝土選擇高強(qiáng)度耐磨澆注料搗制。 其主要理化指標(biāo)如下:

        (1)Al2O3≥75%

        (2)SiO2≤21%

        (3)體積密度≥2.8 g/cm3

        (4)耐磨強(qiáng)度≥65 MPa(110 ℃×24 h)

        ≥95 MPa(110 ℃×3 h)

        ≥100 MPa(1 400 ℃×3 h)

        (5)0.2 MPa 荷重軟化開始溫度≥1 490 ℃

        (6)熱振性(900 ℃水冷):20 次

        (7)最高使用溫度:1 550 ℃

        開爐運(yùn)行一年多,爐底比較完整,爐底風(fēng)帽間的混凝土采用高強(qiáng)耐磨澆注料搗制, 在國內(nèi)同行業(yè)廣泛應(yīng)用,效果良好。

        3 結(jié)語

        以上針對109 m2沸騰焙燒爐爐底損壞實(shí)施的提高使用周期措施,自2018 年?duì)t體大修至今已經(jīng)收到了一定成效。 接下來對延長焙燒爐爐底使用壽命還要做進(jìn)一步的探索和總結(jié), 為今后的長周期平穩(wěn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。

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