大中型高炉热风主管整体更换技术

大中型高炉热风主管整体更换技术

林勇杰

身份证号码：42010719660515XXXX

摘要：本文介绍了一种可操作性较强的大中型高炉热风主管整体更换技术，较传统的主管更换技术大幅度缩短了更换时间，产生了很高的经济效益，对同类型施工具有很强的指导意义。

关键词：高炉；热风主管；整体更换

前言

热风管道是高炉热风系统的主要构成部分，担负着将热风炉生产的热风输出到高炉的重任，大中型高炉风温一般在1200℃以上。因长期受高温高压气流冲刷，热风管道受管道内高压气流对管道壁薄弱部位冲刷及管道受力不合理将导致管道烧红和漏风现象的出现。

印度ESSAR钢铁公司2200m3高炉配置有3座顶燃式热风炉，自2010年投产以来，因多方面原因，热风主管系统故障频发，主管内绝热砌筑层效果持续下降，不得不大范围采取喷水强制冷却措施，主管整体向盲端偏移，整个热风主管千疮百孔，运行状态极差。为确保安全生产，高炉不得不降温冶炼，风温因此降低到1050℃，导致高炉达不到设计产能。而且高炉因热风主管温度过高引起的休风频繁发生，严重影响高炉日常正常生产，亟待解决处理。

一、管道故障现状分析

该高炉2010年投产当年热风主管就故障不断，首先是一根靠近盲端侧的热风主管拉杆断裂，之后则发生2号热风支管波纹补偿器烧穿事故。后期又发现三个支管与主管连接的三岔口都温度异常升高，且2号处升温尤为严重，经历多次灌浆处理后，仍无法问题，只得喷水强制冷却。经数年运行后，2016年的一次检查发现2号三岔口内已有数平方米面积的耐火砖掉落，且整个热风主管向盲端位移100mm。该热风主管已经成为重大安全隐患，随时有可能引发大的事故。

二、故障解决方案设想

针对该热风主管现状，要想彻底解决问题，需对70m热风主管及三个支管进行整体更换或修复，有以下几种方案：

方案一：高炉闷炉中修，采取多种方式强制冷却热风主管内部后，对耐火砖掉落处进行修补，外部对受损主管结构进行部分更换。该方案所需时间较短，可操作性较强，短时间可起到一定效果。但由于主管整个结构状态存疑，且未修补处的旧耐火砖也可靠性不高，有较大概率在运行一段时间后产生新的问题，治标不治本。

方案二：高炉停炉大修，对热风主管结构及内部耐火砌筑分段进行全部更换。该方案为常规方案，能彻底解决现存问题，但该方案所需施工时间太长（估计为50-70天），对公司生产平衡和生产效益影响很大。

方案三：搭设辅助平台，在平台上预制热风主管及支管，提前砌筑好耐火砖，待高炉闷炉中修时，整体更换热风主管。该方案投入较大，可大幅节省更换时间，但尚未有大中型高炉热风主管整体更换施工先例，方案实施难度较大。

ESSAR钢铁公司现有2座COREX熔融还原炉（产量2000t/d）、6座直接还原铁炉（DRI）、1座2200m3高炉。因此，考虑到该高炉是ESSAR钢铁公司唯一高产能、低成本炼铁装备，用户要求在最短的高炉休风时间里完成热风管道更换工程。方案三虽然直接投入较大，但工期缩短产生的效益远大于投入。综上所述，方案三成为必然的选择。

三、更换方案技术难点

3.1、需更换热风主管长度约为70米，加上内部砌筑耐火砖，总重量超过700t，要对如此重的管道进行整体更换，尚未有类似工程先例，无直接经验可供借鉴。

3.2、现场施工环境受限，热风主管上方还有一层平台及设备，主管整体更换只能以平台侧面作为进出通道。

3.3、需搭设辅助平台作为更换热风主管的过渡平台，新管道在平台上拼装、砌筑，旧管道也要拖出放置在平台上，对平台大载荷下的结构整体稳定性有较高要求。

3.4、新管道拖入后，三个支管以及倒流休风管对接口的精度要求较高，中心度以及同轴度都需要保证，且拖动过程中不能损坏已砌筑的新管道内的耐火砖，施工难度较大。

四、更换方案技术验证

热风主管道重约700t，要滑动约60M的距离，并要确保管道不受振动或扭曲，以免损坏内衬耐火砖，施工时采用在高架平台及原热风炉副跨平台上铺设四根Qu80钢轨作为滑道，钢轨上面铺20mm钢板作为拖板，拖板上用临时管托支撑热风管连成整体，由拖板与钢轨发生滑动进行平移。

摩擦力的计算公式为F滑=μ1×Fn，F静=μ2×Fn

其中μ1为动摩擦系数，μ2为静摩擦系数，Fn为压力。

钢与钢的动摩擦系数有润滑时μ1为0.05~0.1，μ2为0.1-0.12

摩擦力F静=μ2×Fn=0.12×700t×103×9.8=8.23*105N

由以上计算得热风主管平移牵引力>8.23*105N即可。

热风主管选用4台5t卷扬机为牵引，共挂设4套滑轮组（分别是2套4×4和2套3×3的），5t卷扬配3×3滑车组可提供40t=3.92*105N的牵引力，配4×4滑车组可提供80t=7.84*105N的牵引力，四套滑车组完全满足拖动所需动力。

卷扬机跑绳采用6×37+1=φ19.5mm钢绳，根据经验公式

破断拉力：S极限=S破断/k=500d2/k（N）=500×19.52/6=3.17*104（N）

d——钢丝绳直径（㎜）

K——安全系数

2套4×4和2套3×3的滑车组有2*9+2*7=32根钢绳，可提供1.01*106N的拉力，完全满足拖动热风主管的要求。

综上所述，更换方案技术上具有可行性。

五、技术方案实施

整体更换方案确定后，需要对方案进行细化。经过现场勘查后，考虑到更换过程中的各种技术难题，经过认真研究和分析，制定了热风主管整体更换方案。具体方案步骤是：

临时施工平台的搭设。临时施工平台由北京卡卢金热风炉技术有限公司负责设计、印度公司组织施工力量搭设，本文不做赘述。平台的结构、承重、承受动载荷能力需满足施工的要求。我方上场前对平台安装质量进行确认。

滑道的铺设。在平台上及热风主管下方铺设滑道，滑道采用Qu80重轨，轨道安装固定在平台承重梁上，通过全站仪测量，按标高要求找平钢轨平面，钢轨接缝处过度圆滑，高低和左右错差不得大于0.2mm。安装热风主管的管托座。热风主管及支管接口达到要求后，割除永久管托安装位置处的拖板和钢轨，将预先制作好的管托从热风主管的两侧插入，如整体安装困难可将管托分成两半安装，安装到位后切割部位连成整体焊接牢固，然后用斜垫板将管托座垫实，使管托座接触热风主管受力，最后将基础垫板固定。

结语：

印度ESSAR钢铁公司2200m3高炉热风主管整体更换工程，是首次有对大中型高炉热风管道进行整体更换施工，实现了最大程度地降低高炉停产损失的工程目标，在大中型热风管道维修方面具有重要的实践意义。以常规方式大修热风主管道需用时70-90天，按每天产铁6000吨计算，高炉直接产能损失超过42-54万吨，而采用整体更换新工艺只需要用时8天，大大缩短了工期，减少了损失。目前新建热风管道运行正常，该高炉日产已提升至6500吨，工程效益显著。

本次热风主管更换工程虽然从结果上来看取得了成功，但从过程上来看，还有进一步优化的空间，如果还有再次实施的机会，应该可以取得更好的效果。