趙志軍 邱 耕 姜 曦

3200m3高爐銅冷卻壁功能恢復(fù)實(shí)踐與創(chuàng)新

趙志軍 邱 耕 姜 曦

河鋼邯鋼公司8#高爐中修更換了銅冷卻壁，恢復(fù)了爐體正常冷卻能力，保證了爐況的安全順行。在更換銅冷卻壁過程中采取了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，有效保證了中修質(zhì)量、工期和安全，效益顯著。在高爐爐缸狀況良好，高爐正常的生產(chǎn)狀態(tài)下，通過銅冷卻壁功能恢復(fù)，高爐整體使用壽命預(yù)計(jì)可以達(dá)到一代爐役設(shè)計(jì)的使用壽命。

高爐 銅冷卻壁 功能恢復(fù)

1.前言

河鋼邯鋼公司8#高爐于2017年3月中修完畢，中修更換了銅冷卻壁，恢復(fù)了爐體正常冷卻能力，保證了爐況的安全順行。在更換銅冷卻壁過程中采取了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，有效保證了中修質(zhì)量、工期和安全，延長(zhǎng)了高爐使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

2.中修前高爐銅冷卻壁狀況

河鋼邯鋼公司8#高爐設(shè)計(jì)爐容3200m3，爐型為全冷卻壁結(jié)構(gòu)形式，其中6、7、8、9四段為銅冷卻壁，其余均為鑄鐵冷卻壁。8#高爐2009年7月投產(chǎn)，隨著爐役使用壽命的延長(zhǎng)，銅冷卻壁損壞日趨嚴(yán)重，2015年9月份開始銅冷卻壁出現(xiàn)不同部位的破損，共計(jì)34根水管損壞，其中七段27根，九段7根，且水管損壞速度有加速的趨勢(shì)，尤其集中在第七段爐腰處，之后采取安裝銅棒點(diǎn)式冷卻器的方式維持生產(chǎn)。截止2016年底，僅第七段冷卻壁部位安裝的點(diǎn)式冷卻器數(shù)量已超過150個(gè)，這直接導(dǎo)致爐體冷卻效果差，對(duì)高爐使用壽命造成了嚴(yán)重影響，也對(duì)高爐的正常生產(chǎn)操作構(gòu)成巨大威脅，所以必須更換銅冷卻壁，以恢復(fù)爐體的冷卻能力。

3.點(diǎn)式冷卻器安裝集中部位爐殼鉆孔強(qiáng)度的校核及處理

3.1 爐殼鉆孔應(yīng)力分析

在爐殼上開孔安裝點(diǎn)式冷卻器，必須隨爐殼開孔數(shù)量增加或原有孔徑增大才行，但也意味著爐殼承載能力的下降。由于8#高爐第七段冷卻壁損壞嚴(yán)重，并且該部位由于安裝點(diǎn)式冷卻器開孔數(shù)量較多，故本次中修需要核算該部位爐殼應(yīng)力集中情況，以便制定中修處理措施。本次中修前，根據(jù)高爐正常生產(chǎn)情況，應(yīng)用ANSYS計(jì)算軟件對(duì)爐殼孔洞應(yīng)力進(jìn)行了分析，針對(duì)爐殼開孔狀況進(jìn)行洞應(yīng)力的彈性有限元計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 第七段冷卻壁位置爐殼應(yīng)力分布云圖

圖2 第七段冷卻壁位置爐殼應(yīng)力分布云圖局部圖

從圖中可以看出，最大應(yīng)力位于圖中所標(biāo)識(shí)位置，最大Von_misess應(yīng)力為144MPa，沒有超過峰值應(yīng)力下的應(yīng)力強(qiáng)度的允許值：σ=3 [σ]=3×σs/1.5=2σs=550 Mpa

彈性分析結(jié)果表明，對(duì)于爐殼現(xiàn)狀給定位置開孔情況，查詢壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)，爐殼強(qiáng)度都符合要求，可以利舊。

3.2 高爐爐殼鉆孔處理方案

從以上的分析可知，開孔后爐殼的最大應(yīng)力只有144MPa，遠(yuǎn)低于壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中峰值應(yīng)力下的應(yīng)力強(qiáng)度的允許值。因此，這些孔的存在對(duì)爐殼不存在安全隱患?？紤]到采用焊接方式補(bǔ)足這些鉆孔的工作量巨大，而且焊接時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、局部材料的性能破壞以及焊接時(shí)可能產(chǎn)生的微裂紋，都有可能引起爐殼壽命的降低，故采取冷態(tài)密封方式將這些孔洞進(jìn)行封堵，即利用與爐殼厚度相同的錐形堵棒將原點(diǎn)式冷卻器孔洞封堵，然后利用封板在爐殼外側(cè)進(jìn)行焊接密封。見圖3。

圖3 點(diǎn)式冷卻器安裝孔封堵圖

4．銅冷卻壁更換方案優(yōu)化

4.1 爐頂?shù)觞c(diǎn)設(shè)置

由于冷卻更換過程工期緊、任務(wù)量大，需要通過爐頂大方人孔進(jìn)行新舊冷卻壁的倒運(yùn)，利用溜槽更換梁安裝掛設(shè)2個(gè)電動(dòng)葫蘆，作為新舊冷卻壁進(jìn)出大方人孔的吊裝點(diǎn)，同時(shí)在爐殼上開8個(gè)孔，共計(jì)10個(gè)吊裝點(diǎn)，在吊裝點(diǎn)上方安裝門架，掛設(shè)電動(dòng)葫蘆，用來吊裝冷卻壁。吊點(diǎn)具體布置見圖4。

4.2 銅冷卻壁吊點(diǎn)優(yōu)化

該高爐在基建時(shí)銅冷卻壁的吊環(huán)螺釘安裝在冷卻壁的頂部，在安裝完畢一段冷卻壁后，必須將吊環(huán)螺釘拆除后，方能進(jìn)行上段冷卻壁的安裝。而本次中修僅更換四段銅冷卻壁，不僅拆除吊環(huán)螺釘需要占用一定的工期，而且利用頂部吊環(huán)螺釘很難對(duì)最后一段銅冷卻壁進(jìn)行安裝。故本次中修對(duì)銅冷卻壁吊環(huán)螺釘?shù)陌惭b位置進(jìn)行了優(yōu)化改造，新制造銅冷卻壁將吊環(huán)螺釘安裝到內(nèi)側(cè)靠上端，這樣不但每段冷卻壁安裝完畢后吊環(huán)螺釘不用拆除，還可有效保證第四段冷卻壁的順利安裝。見圖5。

圖4 冷卻壁吊點(diǎn)布置圖

圖5 銅冷卻壁吊環(huán)螺釘改造示意圖

4.3 冷卻壁吊裝

十三段冷卻壁在爐體0°、90°、270°方向各拆除兩塊鑄鐵冷卻壁及對(duì)應(yīng)爐殼，作為冷卻壁進(jìn)出爐內(nèi)通道，180°方向利用爐頂檢修孔作為更換冷卻壁的進(jìn)出通道，更換完銅冷卻壁后對(duì)第十三段冷卻壁及對(duì)應(yīng)爐殼進(jìn)行恢復(fù)。銅冷卻壁吊裝及進(jìn)出通道見圖5。

5．第五段冷卻壁損壞修復(fù)

該高爐6年前已發(fā)現(xiàn)第五段（風(fēng)口段）冷卻壁及耐材局部損壞，當(dāng)時(shí)采用澆筑耐火料的方法進(jìn)行修復(fù)，至今已使用近6年，仍未發(fā)現(xiàn)冷卻壁水管漏水現(xiàn)象。由于第五段冷卻壁處于風(fēng)口部位更換難度大，爐缸耐火磚還要重新砌筑，若本次中修更換第五段冷卻壁，不但增加中修成本，工期也要延長(zhǎng)10日左右。故本次中修采取抗熱震、抗渣鐵侵蝕性能優(yōu)異的噴注料進(jìn)行修復(fù)，噴涂要求為修復(fù)破損耐材，要做到平滑、無明顯凹坑或凸出部位，以利初始煤氣流分布。具體噴注厚度視風(fēng)口組合磚損壞情況而定。

圖5 銅冷卻壁吊裝圖

6．高爐濕法噴涂造襯

6.1 噴涂料

第6-9段銅冷卻壁（爐腹，爐腰，爐身下部）采用抗渣鐵侵蝕，抗熱震的材料；10-15段高爐爐身中上部區(qū)域采用耐機(jī)械沖刷,抗熱震的材料。正式噴涂之前，對(duì)爐墻進(jìn)行高壓水霧沖洗，要求經(jīng)沖洗后的爐墻表面清潔、無松動(dòng)物、能與噴涂料形成牢固結(jié)合。要求噴涂造襯形成的新爐襯，和冷卻壁能形成牢固的結(jié)合，噴涂料反彈率≤5%。同時(shí)符合8高爐爐型尺寸要求，做到表面盡量平滑。形成新爐襯所用的噴涂料要求有快速干燥的性能，爐襯不出現(xiàn)剝落、松動(dòng)和明顯的裂紋。

6.2 噴涂厚度

第10段-第15段冷卻壁噴注厚度以出燕尾槽100mm為基準(zhǔn)，第6段-第9段冷卻壁內(nèi)襯厚度以出燕尾槽130mm為基準(zhǔn)，并在噴注起點(diǎn)和終點(diǎn)平滑過渡找平。風(fēng)口噴注厚度視風(fēng)口組合磚損壞情況而定。

7．爐內(nèi)扒爐處理作業(yè)

爐缸爐料清除步驟：檢測(cè)爐缸內(nèi)氣體含量→安裝照明設(shè)施接水電→定位設(shè)置吊運(yùn)機(jī)具→開始吊運(yùn)機(jī)具→風(fēng)口處安裝皮帶機(jī)具→人員進(jìn)入爐缸內(nèi)開始施工→爐缸內(nèi)施工結(jié)束設(shè)施撤出→清理作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)→撤離施工現(xiàn)場(chǎng)。

8．中修質(zhì)量保證體系和安全保證體系的實(shí)施

8.1 質(zhì)量管理體系

8.1.1 質(zhì)量目標(biāo)

本工程整體質(zhì)量符合合同要求。質(zhì)量保證資料真實(shí)、完整、規(guī)范、及時(shí)、符合規(guī)定。

8.1.2 質(zhì)量保證措施

（1）牢固樹立“質(zhì)量第一，用戶至上”的質(zhì)量意識(shí)，落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制，成立以項(xiàng)目經(jīng)理為首的質(zhì)量保證體系，強(qiáng)化過程管理。（2）堅(jiān)持項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制的質(zhì)量責(zé)任制，施工、技術(shù)、質(zhì)檢、材料供應(yīng)等職能部門對(duì)各自職責(zé)范圍內(nèi)的質(zhì)量工作，進(jìn)行綜合管理，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。（3）積極配合甲方對(duì)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，檢查和驗(yàn)收。（4）嚴(yán)格執(zhí)行工程驗(yàn)收自檢、互檢、專檢制度，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患立即按規(guī)范要求進(jìn)行整改，直至達(dá)到規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量要求。（5）全部工程材料必須具有產(chǎn)品質(zhì)量合格證及使用說明書，而且施工前應(yīng)做施工性能的檢驗(yàn)。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工，按操作規(guī)程操作，按施工驗(yàn)收規(guī)范（或技術(shù)要求）檢查驗(yàn)收，本著虛心求實(shí)的原則，自覺地接受業(yè)主的監(jiān)督、檢查。（6）嚴(yán)格按照ISO9001質(zhì)量認(rèn)證體系的要求，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行全方位的監(jiān)控。

8.2 安全管理體系

8.2.1 安全管理目標(biāo)

無工亡、重大事故，無惡性險(xiǎn)肇事故，杜絕重大設(shè)備、重大交通、重大火警事故。輕傷負(fù)傷率小于1.5‰。

8.2.2 安全保證體系

牢固樹立“安全第一，預(yù)防為主”的安全意識(shí)，落實(shí)安全責(zé)任制，成立以項(xiàng)目經(jīng)理為首的安全保證體系，強(qiáng)化過程管理。項(xiàng)目組設(shè)專職安全員，負(fù)責(zé)檢修作業(yè)的安全檢查，處理事故隱患，并認(rèn)真填寫安全記錄。作業(yè)人員在各自的崗位上牢固樹立“自我保護(hù)意識(shí)”，執(zhí)行安全操作規(guī)程，不違章作業(yè)。

具體措施：（1）所有參加施工的人員都要進(jìn)行安全教育，未經(jīng)教育的人員不能上崗，業(yè)主負(fù)責(zé)對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行三級(jí)安全教育。（2）嚴(yán)格執(zhí)行檢修安全作業(yè)十不準(zhǔn)。（3）嚴(yán)格遵守公司有關(guān)環(huán)保管理制度，嚴(yán)禁野蠻作業(yè)、污染環(huán)境。（4）特殊工種必須持證上崗。（5）作業(yè)人員開工前必須熟悉現(xiàn)場(chǎng)情況，明確安全通道。進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)勞防用品必須穿戴整齊。（6）建立安全檢查制度，設(shè)立專業(yè)人員組成的安全小組，24小時(shí)不間斷地進(jìn)行安全監(jiān)督和檢查，切實(shí)做好重點(diǎn)部位、危險(xiǎn)部位安全防患措施，安全檢查有記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改；做到對(duì)該項(xiàng)目實(shí)施全過程進(jìn)行安全監(jiān)控，確?！鞍踩谝弧⑦`章為零”。（7）前期準(zhǔn)備工作期間，由業(yè)主負(fù)責(zé)人確認(rèn)作業(yè)區(qū)域煤氣濃度、溫度、氧氣濃度及其它環(huán)境因素滿足施工作業(yè)要求時(shí)，作業(yè)人員方可進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。（8）雙方監(jiān)護(hù)人員定時(shí)對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)溫、煤氣/氧氣濃度檢測(cè)，并做好書面紀(jì)錄。

9．高爐爐體冷卻功能恢復(fù)的效果

河鋼邯鋼公司設(shè)備動(dòng)力部對(duì)3200m3高爐中修項(xiàng)目實(shí)施全過程協(xié)調(diào)管理，通過上述技術(shù)措施及質(zhì)量保證體系和安全保證體系的實(shí)施，圓滿完成檢修的安全、質(zhì)量和工期要求，保證了項(xiàng)目實(shí)施的完整性，高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到較大提升。

該高爐銅冷卻壁功能恢復(fù)前平均日產(chǎn)7000噸，燃料比532kg/t?；謴?fù)后平均日產(chǎn)7950噸，燃料比497kg/t；前后對(duì)比，增產(chǎn)950噸/日，降低燃料比35kg/t，年效益17940.31萬元（該效益未考慮高爐使用壽命延長(zhǎng)帶來的巨大效益）。

該高爐銅冷卻壁恢復(fù)爐體冷卻能力，保證了爐況的安全順行。因高爐爐缸狀況良好，在高爐正常的生產(chǎn)狀態(tài)下，預(yù)計(jì)高爐整體使用壽命能達(dá)到一代爐役設(shè)計(jì)使用壽命。此高爐爐體冷卻功能恢復(fù)的實(shí)踐采取了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)同類型大型高爐銅冷卻壁功能恢復(fù)具有借鑒意義。

（作者單位：河鋼邯鋼公司設(shè)備動(dòng)力部、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)市場(chǎng)調(diào)研部）