干熄焦高溫矩形膨脹節在線修復與維護

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）是通過循環風機將冷的惰性氣體鼓入干熄爐內，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生蒸汽，最終冷卻后的惰性氣體經風機鼓入干熄爐循環使用。干熄焦有兩個高溫矩形膨脹節，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，消除三個主體設施間的相對位移。其結構相對復雜，運行過程中容易損壞，出現內部澆筑料脫落、膨脹節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干熄焦生產系統于2008年10月投產運行。在2012年8月干熄焦大修檢查時，發現干熄爐與一次除塵之間的膨脹節在頂部位置出現了局部脫落，經過澆筑后繼續生產。在2014年9月大修檢查時，發現同樣位置的澆筑料脫落，影響干熄焦的穩定運行。因此，文中對干熄焦高溫矩形膨脹節的損壞原因進行了分析，并提出了膨脹節在線修復與維護技術，實踐效果良好。

1 干熄焦高溫矩形膨脹節損壞原因分析

1.1 一次除塵系統溫度波動

在干熄焦系統正常生產情況下，干熄爐出口（即膨脹節處）溫度應保持在950～1 000℃左右。當焦爐、干熄爐定修或遇到生產故障連續停產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內襯表面澆筑料開裂，降溫幅度越大，澆筑料損壞程度越大。待恢復正常生產后，高溫循環氣體由澆筑料裂縫處竄入內部，長時間的侵蝕作用會燒壞澆筑料內部掛件的焊接點，隨著澆筑料內部掛件不斷損壞掉落，膨脹節內部澆筑料失去掛件的懸吊，造成澆筑料局部脫落。由于膨脹節波紋板外表面沒有明顯變化，澆筑料局部脫落后不易被發現，干熄焦系統繼續生產運行，損壞處長時間受高溫侵蝕及壓力波動影響，逐步擴大，最終出現矩形膨脹節內部澆筑料的大面積坍塌，直至燒壞膨脹節表面波紋板，造成膨脹節主體框架損壞?？梢钥闯?，溫度劇烈波動是干熄焦高溫矩形膨脹節損壞的直接原因。

1.2 膨脹節內部懸吊掛件設計不合理

干熄焦高溫矩形膨脹節內使用的焊接掛件為倒立的“Y”形結構，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 高溫矩形內襯澆筑方式有缺陷

一般制作干熄爐矩形膨脹節時，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，在波紋管內部焊接“Y”形內部掛件，然后對矩形膨脹節內部“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部掛件覆蓋住，既保護內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備，使澆筑料均勻填充到支模內，并將澆筑料內部氣泡排出，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部氣泡全部排出，施工質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空洞，導致整體強度下降，影響內襯澆筑料使用壽命。

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。而膨脹節內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。在干熄焦正常生產過程中，膨脹縫內未填滿壓實的陶瓷纖維氈被1 000℃左右的高溫循環氣體燒成棉絮狀，之后被高溫煙氣逐步侵蝕，導致膨脹縫填充料被抽空，進而循環氣體竄入膨脹節澆筑料上部的波紋管內，加速內襯的損壞，造成膨脹節燒損。

2 在線修復與維護技術措施

2.1 減少一次除塵系統溫度波動

干熄焦系統整體實行連續排焦制度，進行連續化生產，杜絕干熄焦系統頻繁升、降溫，避免由于焦爐檢修造成鍋爐入口膨脹節溫度波動。調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，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，造成系統溫度波動。

2.2 膨脹節內部掛件改型

在矩形膨脹節原有波紋管上表面，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，避免內外冷熱氣體竄漏，燒損膨脹節主體框架。

在干熄焦高溫矩形膨脹節內部，“Y”形內部掛件起懸吊牢固澆筑料的作用，同時也是使內部輕質澆筑料和重質澆筑料成為一體的保障?！癥”形掛件焊接的牢固程度，直接影響膨脹節內澆筑料的使用壽命。煉焦總廠在現場拆除舊澆筑料時發現，很多內部掛件出現嚴重燒損現象，個別已經斷裂脫落，直接危害到膨脹節的使用壽命。原膨脹節掛件缺陷見圖1。

圖1 原膨脹節掛件缺陷圖

針對這種情況，在焊接新內部掛件時，設計了一種新型掛件，改進了掛件結構，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 改進膨脹節澆筑方式

干熄爐出口高溫矩形膨脹節澆筑用的耐火材料依然采用設計用料，膨脹節的內襯用隔熱輕質澆筑料CL-100澆筑，膨脹節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部的氣泡，避免因澆筑料內部出現空洞，造成膨脹節強度下降。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部新型掛件30～50 mm，在干熄焦生產過程中，確保掛件不直接接觸循環氣體。

圖3 未脫落掛件加固焊接方式

2.4 膨脹節膨脹縫密封、養護與升溫

（1）對膨脹節中間膨脹縫部位進行密封。在膨脹節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的筋板上，并焊接掛件。然后將膨脹節內整體填充硅酸鋁纖維氈并搗打、壓實，確保開工后生產運行時起到密封隔熱作用，避免高溫煙氣進入膨脹節內部損壞掛件。矩形膨脹節與兩側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，確定不會在生產運行過程中被抽空。干熄焦高溫矩形膨脹節中間部位處理圖見圖4，澆筑完成后的膨脹節見圖5。

（2）膨脹節內部澆筑完成后，澆筑料需經過48 h以上的養生時間。在養生過程中，系統保持常溫，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，避免在生產過程中循環氣體侵蝕存在縫隙的地方導致其擴大。

（3）嚴格按照規定升溫。在線修復的膨脹節對大修恢復時的升溫要求比較高，升溫過快，容易導致內部水分流失過快，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，則不能很好地驅除內部水分，同時對澆筑料耐火材料的使用強度產生影響。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 膨脹節中間部位處理圖

圖5 澆筑完成后的膨脹節

3 應用效果

2014年8月，采取以上技術措施對煉焦總廠4#干熄焦高溫矩形膨脹節進行在線澆筑處理。2017年5月干熄焦大修時，對高溫矩形膨脹節進行檢查，未出現澆筑料掉落坍塌現象。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32個月的實踐檢驗，膨脹縫內部后填充的石棉氈被高溫氣體侵蝕，但沒有造成膨脹節局部高溫燒損的問題，未影響整個高溫矩形膨脹節的安全使用。重新填補密封膨脹節中間部位膨脹縫后繼續使用，2018年10月，開爐檢查效果見圖7，高溫矩形膨脹節澆筑料仍然牢固，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在線修復技術實施前后的關鍵性能參數對比情況見表1。

表1 高溫矩形膨脹節在線修復技術實施前后關鍵性能參數對比

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

4 結語

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內部澆筑料脫落的的問題，提出了膨脹節在線修復與維護技術措施，包括減少鍋爐入口溫度波動、膨脹節內部掛件改型、改進膨脹節澆筑方式、增加膨脹節膨脹縫的密封、強化升溫前養護與升溫過程控制等，并應用于生產實踐中。經過32個月的實踐檢驗表明，此項技術有效延長了干熄焦高溫矩形膨脹節的使用壽命，能夠滿足干熄焦系統年修周期2年的需求，且使干熄焦系統的年修時長縮短了20%，年修費用降低了約41.4%，干熄焦生產效率由98%提升至98.3%，保障了干熄焦系統的平穩運行。