王文明， 楊新亞
（新疆昕昊達礦業(yè)有限責任公司， 新疆 哈密 839000）
摘 要：昕昊達公司 4 臺豎爐導風墻水梁采用了 8 根冷卻水管加管壁外部堆焊設計，導風墻水梁設計及加工工藝存在一定的缺陷，嚴重制約了豎爐年修周期。目前豎爐年修周期為 12～18 個月。經(jīng)過對導風墻水梁漏水原因進行分析，結合現(xiàn)場使用環(huán)境，重新對導風墻水梁結構進行改造，采用新的制作工藝進行加工，導風墻水梁使用壽命可延長至 30 個月以上。
關鍵詞：球團豎爐；導風墻水梁改造；均壓腔；引流筋板
球團豎爐的原導風墻水梁由于水梁本身存在缺陷，豎爐在正常生產(chǎn)一段時間后，導風墻水梁各冷卻水管就會出現(xiàn)管壁開裂，造成導風墻水梁漏水，影響球團礦質量。為保證球團礦質量，只好在原大水梁水管中貫穿一條直徑較小的冷卻水管支撐導風墻水梁，維持正常生產(chǎn)。但是，在臨近豎爐年修期間，因導風墻水梁穿管較多，各穿管間無連接強化位置，所穿的細水管變形較為嚴重，導致水梁支撐強度降低。由于導風墻水梁的自重、導風墻的重量以及爐內球團礦高溫、高速熱廢氣的綜合施壓，導致導風墻水梁出現(xiàn)變形、導風墻形成偏移。爐內導風墻歪斜后，在生產(chǎn)過程中豎爐燃燒室中的熱廢氣出現(xiàn)偏壓、下料口下料不暢等各種問題，甚至出現(xiàn)導風墻坍塌，對后續(xù)球團礦的產(chǎn)質量可持續(xù)生產(chǎn)造成嚴重影響[1]。
1 國內豎爐導風墻水梁壽命問題
豎爐大水梁作為豎爐內部的主體骨架之一，其所處爐內工作環(huán)境較為惡劣。在球團豎爐內，構成該水梁的無縫鋼管的一側裸露在自上而下 700～800 ℃的球團中，它的另一側裸露在自下而上的一次冷風中。從球團豎爐的底部風口進入的一次冷風經(jīng)過料球，不但會被料球加熱，而且還會夾帶一些料球上脫落的粉末。當這些粉末經(jīng)過水梁底部時，對水梁吹刷，造成磨損。由于現(xiàn)用的水梁無保護作用，水梁下部的無縫鋼管被吹刷后，管壁很快磨損變薄，導致無縫鋼管的強度降低[ 2- 3]。
因導風墻水梁既要承受導風墻的重量，又要承受高溫、高速冷卻風夾雜粉塵的沖刷，為防止水梁管無縫管被沖刷、磨損，后續(xù)采用了耐磨焊條整體對導風墻水梁外壁進行焊接保護。豎爐每月都要停爐進行檢修維護，導致導風墻水梁在突冷、突熱之間相互轉換。水梁突冷、突熱都會產(chǎn)生熱應力，導風墻水梁經(jīng)多次停機維護后，致使 20G 鍋爐用無縫管與管壁耐磨層產(chǎn)生熱應力沖突，冷卻管產(chǎn)生裂紋，造成水梁管破損、漏水，導風墻水梁逐漸被損壞。
2 昕昊達豎爐導風墻水梁調查分析
昕昊達導風墻水梁采用 Φ219 mm（壁厚為 30 mm）的 20G 無縫管制作，左右兩側各 4 根，所有無縫管外壁均采用耐磨焊條進行堆焊，厚度為 4 mm。兩水梁管 中部用 Φ40 mm 圓鋼進行焊接，4 根水梁管焊接面成波浪形。兩側冷卻管組中部采用整張不銹鋼板進行焊接，分 9 個導風孔。導風墻水梁在使用 3～4 個月后各水梁管依次出現(xiàn)裂紋漏水，水梁中部筋板受熱后彎曲，水梁出現(xiàn)變形。通過表 1 中各豎爐導風墻水梁的更換時間，可明顯看出改進前導風墻水梁的使用壽命。
導風墻水梁管進水口為 Φ50 mm，通水面積為19.6 cm2 。水梁管內徑為 159 mm，通水面積為 198.4 cm2 。水流進入水梁管內部后，由于導風墻水梁管通水面積過大，水流速度變緩。水中的鈣鎂離子易形成水垢，堵塞冷卻水管。
水梁筋板連接 4 根冷卻水管，在使用過程中，由于受熱后熱應力無法釋放，導致水梁中部加強筋板和水梁頂部支撐導風墻磚的鋼板逐漸變形、燒穿。導風墻水梁承受著整個導風墻的重量，會引發(fā)水梁彎曲。導風墻水梁為直通式導風風孔，導風墻水梁通風孔內部為“T”字形，冷卻風經(jīng)過此區(qū)域形成“渦風帶”，造成導風墻內部形成下大上小的“錐形”導風孔，磨損嚴重時出現(xiàn)相鄰間的導風孔底部連通貫穿，從而導風墻內部出現(xiàn)了墻通孔現(xiàn)象，整個導風墻底部的承壓能力降低。由下頁圖 1 可以看出導風墻耐火磚的磨損情況。
3 昕昊達導風墻水梁延長壽命的措施
1）對原有水梁焊接結構進行了重新設計，將導風墻水梁由原來的 8 根鍋爐用無縫管改為 10 根整根Φ219 mm（壁厚為 30 mm）的鍋爐用無縫管，以加強導風墻水梁強度。改型水梁采用新工藝加工制作，消除原導風墻水梁外部耐磨堆焊層，各水梁管的焊接采用氣體保護焊進行焊接。加工完畢后將整根水梁按照整體高溫回火方法消除 80％～90％的殘余應力，增加了使用過程中的抗壓和抗變形能力，從而達到提高壽命的目的。
2）將原有 Φ50 mm 進水口改為 Φ89 mm 的進水口，使其通水面積增大為 50.24 cm2 。水梁內部各冷卻管正中位置各安裝了一組 Φ108 mm 的鍍鋅鋼管充當增壓管使用，長度為 5.8 m。為防止增壓管在導風墻水梁冷卻管內部浮動，在增壓管上部開 3 個 Φ16 mm 的孔，以便于循環(huán)水通過這三個孔流入增壓管內部，穩(wěn)定增壓管。其內部水為靜態(tài)，不參與循環(huán)流動。安裝增壓管后，導風墻水梁冷卻管通水面積由原來 198.4cm2 減少為 106.9 cm2 ，進水口通水面積與冷卻管內部通水面積差由原來 178.8 cm2 變?yōu)?56.66 cm2 。此方法可有效加大冷卻管內水的流速、降低出水溫度，從而有效減少循環(huán)水中的鈣鎂離子在冷水管中的反應時間，減緩結垢速度。
3）水梁頂部砌筑導風墻磚面鋼板新增兩條寬度為30 mm，深為 20 mm 的凹槽，在訂購導風墻耐火磚時，要求第一層耐火磚底部帶有凸臺，砌筑時可用于鑲嵌在導風墻水梁上部，形成限位，保證正常生產(chǎn)中與停爐檢修時爐內的溫度發(fā)生變化，導風墻不會形成位移。
4）水梁中部加強筋板高度由原來高為 876 mm 的不銹鋼筋板改為高為 438 mm 的 V 型筋板，內部使用鐵溝料澆筑。水梁中下部會形成 1.25 m3 的廢氣均壓腔，對爐膛冷卻帶上來的廢氣提前實現(xiàn)均壓，再進入導風孔，如圖 2 所示。
4 昕昊達導風墻水梁延長壽命的效果
導風墻水梁冷卻水管增加為 10 根后，水梁整體強度也相應增加。在使用過程中，水梁中部的 V 型筋板使導風墻水梁下部形成了 1.25 m3 的廢氣均壓腔。倒三角 V 型筋板對上行風和物料不形成阻力，并向上導流，進入導風墻風孔內，冷卻風壓力減小，消除熱廢氣在導風墻水梁內部以及導風墻導風孔內出現(xiàn)的窩風現(xiàn)象[ 4- 5]。水梁在使用 24 個月后，上下、左右彎曲度均＜5 mm。因導風墻水梁有均壓腔以及倒三角引流筋板，熱廢氣在導風墻導風孔內能順利地流通，導風墻在使用 24 個月后，導風墻導風孔面耐火磚磨損程度＜6 mm，導風墻依舊完好無變形，如圖 3 所示。
對改進前后的導風墻水梁在豎爐生產(chǎn)中的使用情況進行對比發(fā)現(xiàn)，導風墻水梁的變形程度及導風墻的磨損程度均有大幅度降低，延長了豎爐的年修周期。導風墻水梁改進前后各項數(shù)據(jù)對比，如表 2 所示。
5 結論
1）解決了導風墻水梁因內應力影響管壁開裂、漏水問題，避免水梁變形、支撐能力降低。可有效減少冷風對導風墻風孔內部耐火磚的磨損，導風墻風孔內壁無磨損，導風墻無歪斜、無坍塌情況發(fā)生，保證了豎爐的年作業(yè)率。
2）球團豎爐穩(wěn)定生產(chǎn)時間由原來的 12 個月延長到現(xiàn)在的 24 個月以上，杜絕了導風墻傾斜造成的生產(chǎn)不順、球團礦產(chǎn)質量下降等問題。
3） 豎爐項修周期在原基礎上可延長 12 個月以上，豎爐項修費用由原來的 1 000 萬元 / 年減少到500 萬元 / 年，每年可節(jié)約設備維護費用 500 萬元。
參考文獻
[1] 林德超，史耀武，蔡洪能，等.焊縫線膨脹系數(shù)匹配對焊接殘余應力的影響規(guī)律[ J ] .中國機械工程，1998，9（2）：74-76.
[2] 田濟民.影響球團豎爐氣流分布的因素[ J ] .燒結球團，1983（3）： 47-55.