韓奇生，李曉鋒，薛鴻雁，李彩霞，李 強

（1.焦作金鑫恒拓新材料股份有限公司，河南 焦作454450；2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司 熱軋廠，山西 太原030003）

近年來，單蓄熱加熱爐在生產(chǎn)運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)單蓄熱燒嘴脊背處耐材內(nèi)襯剝落，導(dǎo)致金屬殼體燒紅、燒穿冒火[1]現(xiàn)象頻繁發(fā)生，使生產(chǎn)受到影響。單蓄熱燒嘴鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，燒嘴噴口與蓄熱箱連為一體，內(nèi)襯由耐火澆注料澆注而成，耐材生產(chǎn)制作工序比較復(fù)雜，屬于特異形件，耐材廠家把耐火澆注料在金屬殼體上澆注完畢后，將燒嘴放置于熱處理裝備中，以一定曲線最高200℃進行烘干處理，燒嘴受結(jié)構(gòu)形狀影響，內(nèi)腔較為封閉，烘干熱煙氣在燒嘴內(nèi)側(cè)無法流通，致使烘干過程蓄熱箱體內(nèi)襯實際溫度與曲線溫度相差較大，不能夠?qū)沧⒘蟽?nèi)襯中的游離水充分排出，即便延長烘干時間，烘干效果及工藝也不好掌握和控制；從燒嘴內(nèi)腔連通熱煙氣的烘干方式效率極低，無法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)；提升烘干溫度又存在殼體變形的風(fēng)險，會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)過度膨脹拉裂耐材內(nèi)襯，所以現(xiàn)場烘爐便成為生產(chǎn)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以山西太鋼不銹鋼股份有限公司熱軋廠更換單蓄熱燒嘴項目為依托，進行了烘爐工藝試驗及總結(jié)。

1 單蓄熱燒嘴制作烘干工藝概況

圖1 為單蓄熱燒嘴外形圖，單蓄熱燒嘴分燒嘴噴口和蓄熱箱體兩大部分，內(nèi)襯為硅酸鋁纖維棉和耐火澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)，噴口部位和箱體工作層均由耐火澆注料支模澆注成型，蓄熱箱體內(nèi)側(cè)鋼板焊有金屬錨固件來固定耐火澆注料，澆注料內(nèi)襯含有一定量的自由水和結(jié)晶水，脫模后以一定曲線最高200℃烘干處理。該類產(chǎn)品屬于特異形件，在烘干過程受結(jié)構(gòu)形狀影響和烘干工藝限制，不易達到理想的熱處理效果。

圖1 單蓄熱燒嘴外形圖

2 單蓄熱燒嘴運行易出現(xiàn)的問題

圖2 所示是單蓄熱燒嘴在某鋼廠使用一段時間后出現(xiàn)的燒紅、燒穿現(xiàn)象，圖3為停爐檢修時所拍攝的還未燒穿蓄熱箱體內(nèi)襯剝落照片，損壞的部位均為蓄熱箱內(nèi)填裝蓄熱球后的上部空間裸露內(nèi)襯面，剝落厚度約60～80 mm左右，且裂紋嚴重，一般蓄熱箱體內(nèi)襯厚度設(shè)計在100 mm左右。

圖2 單蓄熱燒嘴外部易燒穿部位圖片

圖3 單蓄熱燒嘴箱體內(nèi)襯剝落圖片

大部分設(shè)計和使用單位將蓄熱箱體運行過程出現(xiàn)的內(nèi)襯剝落冒火現(xiàn)象歸結(jié)為耐材制作過程的質(zhì)量問題，或者認為是耐火澆注料的選材問題，便不斷地提高、優(yōu)化耐火材料指標(biāo)，然而白白增加了成本，也沒有得到良好的改善。

3 單蓄熱燒嘴運行過程內(nèi)襯剝落原因分析

分析單蓄熱燒嘴設(shè)計和制作工藝（見圖4、圖5），蓄熱球上側(cè)為空間裸露面，屬于換向時高溫?zé)煔馐紫葲_擊的部位；耐火澆注料內(nèi)襯因設(shè)計結(jié)構(gòu)影響和烘烤工藝受限原因，不易達到安裝前的有效熱處理[2]，澆注料內(nèi)襯中的游離水和結(jié)晶水排出不夠充分，在受到換向時瞬間高溫?zé)煔獾臒釠_擊時，澆注料產(chǎn)生爆裂[3]剝落；爆裂剝落后的剩余澆注料襯體裂紋較多，結(jié)構(gòu)疏松，在后續(xù)使用中逐步損壞直至燒穿冒火。

圖4 單蓄熱燒嘴與換向煙氣垂直方向斷面示意圖

圖5 單蓄熱燒嘴與換向煙氣平行方向斷面示意圖

從現(xiàn)場烘爐工藝角度分析；烘爐期間考慮到煤氣安全因素，一般設(shè)計要求800℃以下不開啟蓄熱燒嘴，但根據(jù)現(xiàn)場實際情況，大多數(shù)項目650℃保溫完畢后便開啟蓄熱燒嘴。650℃以前的整個烘爐過程靠煙道排煙，對蓄熱燒嘴而言只對燒嘴噴口處起到了烘烤作用，蓄熱箱體內(nèi)襯沒受到有效烘烤，所以在650℃以后開啟蓄熱燒嘴換向時，箱體耐火澆注料內(nèi)襯受到瞬間高溫?zé)煔鉀_擊產(chǎn)生爆裂剝落，導(dǎo)致單蓄熱燒嘴損壞[4]，使其壽命降低。

4 單蓄熱燒嘴箱體內(nèi)襯剝落解決措施驗證

因本檢修項目只對單蓄熱燒嘴進行了更換，沒有涉及到爐頂、爐墻澆注料的更換，所以制定了只對單蓄熱燒嘴烘烤5 d的烘爐曲線（見圖6）。選定一個蓄熱燒嘴為代表，對排煙前、后溫度變化檢測驗證，定為A燒嘴；另外選定一個備用燒嘴，一直未進行排煙操作，對內(nèi)側(cè)溫度檢測驗證，定為B燒嘴。B燒嘴650℃以后繼續(xù)保持關(guān)閉，為確保質(zhì)量安全，下次啟爐時B燒嘴進行烘烤處理后方可正常使用，本次只作為效果驗證。

圖6 單蓄熱加熱爐燒嘴改造項目5 d烘爐曲線圖

中、低溫烘爐過程切斷蓄熱燒嘴燃氣源，采用烘爐燒嘴烘爐（也可采用烘爐管），在爐溫100℃左右時開始通過蓄熱燒嘴進行手動控制向外排煙，排煙周期為90 s，間隔時間為15 min，直至650℃烘爐過程完成，650℃后切換蓄熱燒嘴自動換向進行烘爐。

圖7 為各監(jiān)測點烘爐過程溫度記錄所繪制的曲線圖。首先分析B燒嘴曲線圖，因為B燒嘴650℃以前一直未采取手動排煙操作，所以內(nèi)腔溫度僅靠熱輻射有輕微提高，但在650℃以前，一直沒有超過100℃，曲線很平穩(wěn)，可以判斷如果烘爐過程不進行排煙操作，所有的單蓄熱燒嘴均得不到有效的烘烤。A燒嘴排煙后的溫度曲線基本向理論曲線靠攏，符合蓄熱箱體耐火澆注料的烘烤要求；A燒嘴排煙前的溫度曲線，是基于每一次排煙前、后同一監(jiān)測點的溫度對應(yīng)記錄曲線顯示；內(nèi)腔耐材排煙過程得到了蓄熱而溫度上升，在間隔暫停階段溫度有所下降，但隨著一次次的排煙操作，蓄熱球也在逐步蓄熱，內(nèi)腔溫度隨之升高，650℃切換蓄熱燒嘴自動換向烘爐以后，A燒嘴兩條曲線與理論曲線基本一致，最終完成了對蓄熱箱體耐火澆注料的有效烘烤。

圖7 烘爐過程各溫度檢測曲線圖

5 結(jié)語

（1）單蓄熱燒嘴在運行過程出現(xiàn)的燒紅、燒穿冒火現(xiàn)象，屬于耐火澆注料內(nèi)襯未經(jīng)過有效的烘烤，在高溫換向時受到瞬間高溫?zé)煔鉀_擊爆裂剝落所致。

（2）在低溫和中溫烘爐階段通過對單蓄熱燒嘴進行間歇性排煙操作，能夠?qū)崿F(xiàn)燒嘴內(nèi)襯有效烘烤，從而避免運行過程因耐火澆注料爆裂剝落造成的燒紅、燒穿冒火問題。