石横2#高炉直吹管烧穿的原因分析及改进

张凯凯，常 璐，唐 荣，张宪民

（石横特钢集团有限公司炼铁厂，山东 泰安271612）

1 前 言

石横特钢2#高炉设计容积为450 m3，第3 代炉役设有 16 个风口，1 个出铁口，于 2015 年 2 月 20 日开炉。由于第3代炉役由14个风口改造为16个风口后，风口套与直吹管间距缩小，中小套进出水管与管体接触现象较多，喷吹管枪道处耐材厚度仅约20 mm，火管表面测温长期在260～330 ℃（夏季达300～350 ℃）。尤其在高冶强、大富氧生产模式下，原直吹管利旧维修后与高炉工况的变化存在不适应问题，以致直吹管前端钢头至枪道部位温度较高，发红、甚至烧穿等问题逐渐暴露出来；为此，进行原因分析及改进。

2 直吹管烧穿的原因

直吹管由端头、管体、喷吹管、尾部法兰四部分组成，是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连，端头与风口紧密相连，一旦直吹管耐材出现疲劳或施工过程处理不当，很容易诱发直吹管烧穿事故。2017 年11 月，为提高冶炼强度以增加高炉产量和强化喷吹燃料在风口前燃烧［1］，高炉富氧由2 500 m3/h 增加至 4 100 m3/h，2018 年 11 月 2 日与 2019 年4 月7 日，石横2#高炉直吹管烧穿两次，原因分析如下。

2.1 煤枪磨漏造成烧穿

2018年11月2日，6#直吹管前端枪道外侧与端头连接部位烧出，管体前端长度200 mm，整个圆周方向烧损2/3。煤枪露出枪道部位存在宽8 mm、长15 mm的孔洞。通过直吹管钢壳的烧损程度，枪道周围耐材烧损情况，结合高炉高富氧高冶强冶炼情况综合判断，煤枪磨损导致煤粉泄漏，煤粉在枪道周围燃烧，温度升高，造成枪道部位耐材薄弱点出现缝隙，在高温、富氧催化下，直吹管烧穿。

2.2 直吹管耐材质量造成的烧穿

2019年4月7日，14#直吹管前端管体烧损掉3/4，直吹管耐材烧损掉3/5。根据直吹管烧损的严重程度及较短的使用寿命判断，此件直吹管施工过程中废旧耐材清理不彻底或耐材质量不稳定，导致耐材疲劳后与管体钢壳整体脱落，引发直吹管烧穿。

3 提高直吹管寿命和质量的措施

3.1 提高直吹管内衬浇注料的质量

根据使用情况对比分析，利旧修复直吹管质量稳定性较差，石横2#高炉直吹管到期后全部更换采购新件。要求制作厂家弯头、直吹管耐材都为一次浇筑成型，减少接缝，枪位浇筑要满浆，避免枪位与直吹管的耐材存在较大间隙，进而减少薄弱环节的存在。严格控制耐材配水量，成型后经24 h自然养护、风干后，再用天燃气烘烤，自浇注到烘烤完毕始终固定在同一维修台上，以减少吊装运输对弯头直吹管的磕碰。直吹管前端的球面与钢壳的焊接必须使用规定的不锈钢焊条，严格按照GB 50683—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》中第8项焊缝质量检验相关条款Ⅰ类等级进行焊接施工。由于送风装置直接接触高温、高压富氧热风，工况条件恶劣，且直吹管受空间限制，内衬浇注料厚度相对较薄，这就要求直吹管内衬浇注料必须有更高的耐压、抗折强度和较低的热导率。直吹管内衬浇注料指标要求如表1所示。

表1 直吹管内衬浇注料指标要求

3.2 采用新型煤枪

喷煤枪是高炉风口工作条件最恶劣的部件［2］，在高炉富氧状态下，喷煤枪前端存在一个局部的富氧区和旋流区。随着喷煤比和富氧率提高，旋流数增大，富氧区域越靠近煤枪，煤枪损坏速度越快。因此改进其结构和材质、提高其寿命，是防止直吹管前端头烧穿有效方法。石横2#高炉将高炉喷煤用煤枪材质由不锈钢TP321改为310S，提高了煤枪的耐磨、耐高温和抗腐蚀性能［3］。同时部分使用金属陶瓷复合煤枪，大大延长了煤枪寿命，减少了更换煤枪的频次，降低了更换煤枪期间对枪道耐材的磨损，进而延长了直吹管寿命。同时为了解决喷煤枪头折弯部分的磨蚀、烧损等问题，除了对枪包进行改造，严格控制喷煤枪插人吹管深度，要求喷煤枪插入小套100 mm。

3.3 加强直吹管进厂检验

3.3.1 强度要求

高炉送风装置的钢结构壳体应进行壳体强度及耐压检验，所有焊缝均进行无损超声波探伤检测，不合格部位必须将原焊口打磨后打坡口重新焊接处理。送风装置的钢结构部分给定工作压力1.5倍的耐压试验，保持时间15～20 min，要求无泄漏现象。

3.3.2 内衬浇注要求

内衬耐材浇注必须一次成型，保证耐材不脱落，内衬表面光滑，密实度达标，不存在局部裂纹及空洞。耐火材料浇注后，严防受潮和碰撞。高炉进风装置密封面处（直吹管与弯头接触面）应连接可靠，密封、紧固后进行工作压力1.5倍打压试验。

3.3.3 外观质量要求

高炉送风装置部件表面进行涂漆前应做除锈处理，涂漆使用底漆、面漆应按适用温度选用，表面涂漆后不允许出现龟裂、剥落等现象，外观质量达到YB/T 4191—2009《高炉进风装置行业标准》。

3.4 加强日常点检维护

3.4.1 建立台账

建立健全所有直吹管的管理台账，包括进厂日期、外观质量、技监部探伤质检单、直吹管烘烤记录、上线日期、直吹管编号、喷煤枪使用情况登记等信息。计算好直吹管合理的上下线周期，做到直吹管的运行情况跟踪，科学、循环使用。

3.4.2 备件维护

新制作的直吹管，增加常温保养时间和低温烘烤时间，以便所剩水分在完全不对材料产生强度危害的基础上完全蒸发。弯头、直吹管备件进厂后，由水煤岗位负责放置于干燥的环境中，并做好防水、防潮措施。托运吊装时轻拿轻放，防止重大冲击造成内部观察不到的裂纹；若弯头、直吹管在现场放置40 d后未使用，上线之前需经过低温长时间烘烤，温度在300~350 ℃、烘烤时间控制在48 h，以保证水分充分挥发。烘烤设备的作用长度要足够长，以保证能烘烤到弯头窥视孔处，水分蒸汽被推移到空气中。

3.4.3 点检维护

严格点检标准，将鹅颈管至直吹管之间耐材的点检频次改为每4 h1 次，即每班8 h 点检两次。弯头、直吹管温度控制要求≤350 ℃，超出350 ℃的直吹管必须打高压风降温，点检频次改为每班8 h 平均3次。温度超出380 ℃时，除打高压风冷却外，每2 h 有针对性的点检1 次，做好点检记录，甚至派专人监护；弯头、直吹管表面温度超过400 ℃时，必须休风更换。

4 结 语

石横2#高炉通过研究直吹管设计尺寸特点、研究其生产工艺流程，对使用过程中的问题进行全面排查。根据直吹管使用情况，制定科学的点检、使用管理制度，不断改进耐材和煤枪质量，改进烘烤工艺，对直吹管的使用形成闭环管理，达到延长直吹管使用寿命的目的。采用以上措施后，高炉直吹管发红和烧穿的问题得到解决，提高了直吹管的质量和使用寿命，实现了小高炉薄壁内衬直吹管的长期安全使用。