衛(wèi)立楷,張紀(jì)紅

(河南豫光鋅業(yè)有限公司,河南 濟(jì)源 459000)

0 前言

某有色金屬有限公司二系統(tǒng)109 m2流態(tài)化沸騰焙燒爐,于2008 年建成投產(chǎn)。2015 年9 月檢修時(shí),發(fā)現(xiàn)焙燒爐頂有局部耐材剝落現(xiàn)象,2016 年、2017年檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)焙燒爐頂耐材剝落區(qū)域及面積均有擴(kuò)大趨勢(shì),存在較大的安全隱患。該廠成立技術(shù)攻關(guān)小組,從耐火材料的選擇、爐頂耐火材料的澆注方法兩個(gè)方面進(jìn)行研究,形成維修法,邀約相關(guān)設(shè)計(jì)院、耐火材料設(shè)計(jì)及施工單位、同行業(yè)生產(chǎn)單位相關(guān)專家現(xiàn)場(chǎng)交流論證,確認(rèn)本維修法技術(shù)可行,于2018年10 月運(yùn)用本維修法對(duì)該沸騰焙燒爐爐頂進(jìn)行了維修。

1 鋅冶煉沸騰焙燒爐砌筑結(jié)構(gòu)概況

109 m2流沸騰焙燒爐為筒形結(jié)構(gòu)體,由焙燒室、爐床、煙氣出口、爐頂?shù)炔糠輼?gòu)成。其中焙燒室由直徑(尺寸)不同的三段構(gòu)成,下段、上段為圓柱體(包括煙氣出口),中段為錐體,爐頂為球冠拱頂,如圖1所示。

圖1 焙燒爐剖面圖

爐頂采用環(huán)形砌筑方式,共計(jì)39 環(huán),每環(huán)均不打鎖磚,僅在爐頂中心由鎖磚鎖定,分環(huán)采用濕砌,環(huán)與環(huán)之間由爐頂異形磚相互承重,爐頂構(gòu)造為:爐膛受熱面為420 mm 厚高鋁質(zhì)耐火磚,重260 t。其上面是40 mm 厚密封耐熱混凝土和30 mm 保溫抹灰層,重40 t。爐頂結(jié)構(gòu)形式具體如圖2、圖3所示。

圖2 焙燒爐頂平面圖

圖3 焙燒爐頂立面圖

2 鋅冶煉沸騰焙燒爐爐頂內(nèi)襯存在問題

2016 年4 月檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)焙燒爐爐頂耐材剝落情況有擴(kuò)大趨勢(shì),2017 年9 月檢修時(shí)的情況如下:在停爐檢修期間發(fā)現(xiàn)有約20 塊左右的耐材斷裂剝落,目測(cè)爐頂耐材剝落處有明顯新剝落耐材印跡,證明爐頂部耐材斷裂剝落趨勢(shì)在擴(kuò)大,同時(shí)在爐內(nèi)結(jié)料清理過程中發(fā)生過耐材殘塊墜落的現(xiàn)象,存在有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備隱患。

圖4 焙燒爐爐頂1#點(diǎn)

109 m2沸騰焙燒爐爐頂耐材剝落分布情況匯總整理:爐頂4#點(diǎn)有2.1 m2的剝落區(qū)、爐頂3#點(diǎn)區(qū)域有3 m2剝落區(qū)、爐頂2#點(diǎn)區(qū)域有2.7 m2剝落區(qū)、爐頂1#點(diǎn)有23.4 m2剝落區(qū)。剝落耐材長(zhǎng)度均為100～150 mm,約相當(dāng)于與耐材砌體的1/3。

圖5 焙燒爐爐頂2#點(diǎn)

圖6 焙燒爐爐頂3#點(diǎn)

圖7 焙燒爐爐頂4#點(diǎn)

3 鋅冶煉沸騰焙燒爐爐頂磚體剝落原因分析

每次檢修停開爐時(shí),焙燒爐存在熱脹冷縮現(xiàn)象,在冷縮時(shí)整個(gè)爐頂都會(huì)向下擠壓,爐頂采用的高鋁質(zhì)磚抗熱震性能差,在多次開停爐過程中產(chǎn)生剝落損壞,一旦在某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)一塊或幾塊斷磚,再次停開爐時(shí),整個(gè)爐頂冷縮時(shí),斷磚處會(huì)存在受力不均,造成周圍爐頂磚受到剪切力而斷裂,出現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì),對(duì)爐頂?shù)姆€(wěn)定性和安全存在極大的隱患。

4 技術(shù)方案

目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋅冶煉沸騰焙燒爐爐頂耐材剝落均沒有好的維修方法,隨著斷磚區(qū)域的不斷擴(kuò)大,爐頂漏風(fēng)嚴(yán)重后,對(duì)爐頂進(jìn)行更換。目前對(duì)鋅冶煉沸騰焙燒爐爐頂耐材剝落主要采用的維修方法是爐頂整體更換法——整體澆注技術(shù),該方法雖具有整體性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,通過澆注料與鋼結(jié)構(gòu)的錨合起到密封的作用;但改造施工復(fù)雜、工期長(zhǎng)、維修造價(jià)高。

結(jié)合該廠目前存在情況,計(jì)劃采用保護(hù)性局部維修法,防止?fàn)t頂磚體剝落面積擴(kuò)大,延長(zhǎng)爐頂使用壽命,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

①解決耐火材料配置方案。

②爐頂耐火材料的澆注方法。

③爐頂長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,所采用耐火材料的穩(wěn)定性。

經(jīng)過技術(shù)小組一年半的走訪、調(diào)研、論證和完善,對(duì)爐頂耐火材料進(jìn)行了多次試驗(yàn),完成了材料的選擇,和澆注方法的確定,具體維修方案如下:

(1)耐火材料選用微膨脹可塑料(型號(hào)為HFK-85),微膨脹高鋁質(zhì)耐火可塑料克服了黏土結(jié)合耐火可塑料強(qiáng)度低和燒后線收縮等缺點(diǎn),也避免了低水泥耐火可塑料致密性高、強(qiáng)度大、易開裂的毛病,其強(qiáng)度高、整體性好,在高溫下(1 100～1 650 ℃)煅燒轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢钚狈骄滴镔|(zhì)和熔融狀游離二氧化硅(方石英),同時(shí)產(chǎn)生不同程度的體積膨脹。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物具有很高的耐火度(1 800 ℃時(shí)仍很穩(wěn)定),化學(xué)惰性和良好的機(jī)械強(qiáng)度。微膨脹可塑料燒后不可逆性微膨脹,與可塑料四周耐火磚緊密相連,支撐爐頂,緩解斷磚壓力,形成相互受力的整體。

表2 修補(bǔ)法采用微膨脹高強(qiáng)可塑搗打料-高強(qiáng)可塑料部分指標(biāo)

(2)維修方法:

①首先對(duì)耐材剝落面進(jìn)行清理,清除表面爐料、結(jié)塊及松動(dòng)耐材;

②在焙燒爐爐頂內(nèi)襯修補(bǔ)部位按照爐頂弧度制作大于修補(bǔ)部位邊界300 mm 的木模,利用制作的木模將修補(bǔ)部位受力均勻支起;

③在焙燒爐爐頂斷磚部位的同環(huán)磚縫處進(jìn)行打孔,鉆孔方式由爐頂內(nèi)部向外鉆孔,鉆孔角度與砌體砌筑傾斜角度相同,特別強(qiáng)調(diào):不得在砌體非施工縫位置鉆孔;

④然后植入耐熱鋼筋,并將耐熱鋼筋焊接到焙燒爐外部鋼結(jié)構(gòu)上,同時(shí)用錨固件和耐熱鋼筋焊接成結(jié)構(gòu)網(wǎng);耐熱鋼筋采用310S 材質(zhì)耐熱鋼,其直徑≤6 mm。錨固件采用Y 字形錨固件。錨固件和耐熱鋼筋焊接成結(jié)構(gòu)網(wǎng)時(shí),采用耐熱鋼筋在焙燒爐爐頂外部焊接固定,內(nèi)部采用錨固件進(jìn)行固定,錨固件之間的間距為≤300 mm×300 mm。

⑤結(jié)構(gòu)網(wǎng)焊接后,在結(jié)構(gòu)網(wǎng)上涂抹2～3 遍瀝青漆(因?yàn)殇摻钭龀傻慕Y(jié)構(gòu)網(wǎng)與可塑料膨脹系數(shù)不同,涂抹瀝青漆來預(yù)留膨脹余量),并將修補(bǔ)部位表面清理干凈,清理后在其表面涂刷1～3 層磷酸二氫鋁,作為新舊結(jié)合面的結(jié)合劑,有利于可塑料與斷磚結(jié)合緊密;

⑥然后采用微膨脹可塑料在常溫下進(jìn)行澆注;

⑦澆筑后24 h,進(jìn)行拆除模板,修補(bǔ)完成。

本維修法的有益效果:(1)采用8 mm 電鉆進(jìn)行打孔,由此盡可能的減少震動(dòng),降低爐頂磚由于震動(dòng)掉落的可能。(2)操作過程中盡量減少打孔數(shù)量,以減少殘留耐火磚的受力;微膨脹可塑料澆注施工前,在錨固件和耐熱鋼筋焊接成的結(jié)構(gòu)網(wǎng)上涂抹兩遍瀝青漆來預(yù)留膨脹余量,將修補(bǔ)表面清理干凈后,刷一層磷酸二氫鋁,作為新舊結(jié)合面的結(jié)合劑,有利于可塑料與斷磚結(jié)合緊密。(3)爐頂采用環(huán)形砌筑方式,分環(huán)采用濕砌,環(huán)與環(huán)之間由爐頂異形磚相互承重,整個(gè)爐頂重量由拱腳磚支撐。所以鋼筋植入位置要選在同環(huán)磚縫處,在植筋時(shí)不損傷爐頂磚體。

5 目前狀況

2018 年10 月利用系統(tǒng)大修,對(duì)焙燒爐爐頂進(jìn)行了保護(hù)性維修,經(jīng)2019 年效果驗(yàn)證,爐頂穩(wěn)定可靠,修補(bǔ)區(qū)域完好,其他區(qū)域無內(nèi)襯損壞情況;本維修方法維修成本低,施工工期短,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

6 效益分析

經(jīng)濟(jì)效益:采用本維修方法,維修費(fèi)用24.3 萬元,經(jīng)2019 年效果驗(yàn)證,爐頂穩(wěn)定可靠,修補(bǔ)區(qū)域完好,其他區(qū)域無內(nèi)襯損壞情況,整體效果明顯,預(yù)計(jì)使用壽命5 年;常規(guī)爐頂整體更換維修費(fèi)用約350萬元左右,設(shè)計(jì)使用壽命10 年。由此分析,采用本維修方法較常規(guī)爐頂整體更換法節(jié)約成本150.7 萬元。

社會(huì)效益:本成果經(jīng)該公司實(shí)施后,效果明顯,解決了鋅冶煉焙燒爐使用過程中破損爐頂內(nèi)襯不能及時(shí)局部維修的技術(shù)問題,為鋅冶煉行業(yè)提供一種鋅冶煉焙燒爐爐頂內(nèi)襯的維修方法,可廣泛推廣至同行業(yè)運(yùn)用。