更換管皮修復(fù)轉(zhuǎn)爐末段煙罩的實(shí)踐

蔣玉東+康德悅

摘 要：文章對(duì)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐末段煙罩內(nèi)壁管道產(chǎn)生裂紋的原因分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐采用更換管皮修復(fù)，使用壽命延長1年左右。

關(guān)鍵詞：更換管皮；修復(fù)轉(zhuǎn)爐；末段煙罩

前言

轉(zhuǎn)爐末段煙罩是煉鋼廠濕法OG除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。前端連接活動(dòng)段和固定段，后部連接一文、二文、重脫、RD喉口、彎脫等設(shè)備，組成轉(zhuǎn)爐煙氣回收、冷卻、除塵系統(tǒng)。鋼水冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠跓熣謨?nèi)部高速流過，煙氣溫度最高可達(dá)1600℃，并且含有大量的粉塵顆粒物，細(xì)小液態(tài)熔融狀顆粒，金屬蒸汽等。高溫環(huán)境下，構(gòu)件溫度隨冶煉作業(yè)停啟而呈周期性、波浪性變化。且煙罩內(nèi)外壁溫差達(dá)到1500℃。種種原因構(gòu)成了煉鋼廠不可避免的設(shè)備難題：煙罩穿漏。末端煙罩較活動(dòng)煙罩壽命長一些，平均在6年以內(nèi)，一般從第四年開始出現(xiàn)穿漏，煙罩穿漏后一般采用停爐進(jìn)行補(bǔ)焊，而且基本上越補(bǔ)越漏，對(duì)單位組織連續(xù)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)帶來了極大的影響。

1 煙罩結(jié)構(gòu)及工作環(huán)境

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

末段煙罩為90°管狀彎頭水冷鋼構(gòu)件，采用長度178條Φ32的20G鍋爐管，管與管之間填充10mm的方鋼連接，采用雙面連續(xù)焊接。主要作用是回收、冷卻煙氣，輸送冶煉過程某一時(shí)間段的低含氧量煤氣。

1.2 工作環(huán)境

末段煙罩位于塔樓區(qū)域，外部環(huán)境溫度60℃，內(nèi)部煙氣溫度最高達(dá)1500℃，并含有大量金屬氧化物為主的顆粒粉塵、熔融狀顆粒，這些物體會(huì)隨著氣流沖刷煙罩內(nèi)壁管道表面，并粘附在管道表面，形成結(jié)垢。

2 存在的問題

由于末段煙罩受多種因素（如構(gòu)件制作工藝缺陷，管道焊接缺陷，溫度變化、管道材料疲勞、性能退化，高溫氧化、腐蝕、沖刷、管內(nèi)冷卻水含氧量高及冷卻水量因素）的相互作用使煙罩內(nèi)部管道、管道間填充焊縫出現(xiàn)裂紋，漏水。煙罩漏水是煉鋼生產(chǎn)的重大安全隱患，會(huì)造成鋼水大噴，爆炸，漏水就必須停產(chǎn)焊補(bǔ)，消除安全隱患。

3 原因分析

原因1、轉(zhuǎn)爐冶煉不是連續(xù)性的，是由多個(gè)步驟組合一起的重復(fù)工作。一般流程是加入廢鋼、兌入鐵水，下槍吹氧冶煉，倒渣，測溫，后吹，出鋼，然后再重復(fù)工序。冶煉過程中煙罩溫度也是有不同變化的。下槍吹氧冶煉時(shí)，氧化作用下爐溫?zé)煔鉁囟茸罡?，此時(shí)除塵風(fēng)機(jī)也是高速狀態(tài)，吸入煙罩內(nèi)的煙塵、熔融顆粒也是最多的，附著在管壁上的結(jié)垢也是此時(shí)抽上煙罩內(nèi)的，管壁溫度也高。停止吹煉時(shí)，管壁溫度降低，除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到最低。煙罩在整個(gè)服役周期內(nèi)水冷管反復(fù)產(chǎn)生周期性的溫度交變，形成材料疲勞失效，在管道上和連接處焊縫產(chǎn)生裂紋，直至破裂漏水，這是出現(xiàn)裂紋主要原因。原因2、風(fēng)機(jī)高速抽風(fēng)狀態(tài)下大量的熔融狀金屬顆粒混合了氧化顆粒物，黏附在煙罩內(nèi)部管壁上，影響了表面散熱，由于結(jié)垢是不均勻的又導(dǎo)致管壁表面散熱的不均，加速了水管裂紋的擴(kuò)展。原因3、轉(zhuǎn)爐煙氣中含有大量的氧化鐵粉塵，高速煙氣在煙罩中流動(dòng)時(shí)，粉塵與受熱面管壁發(fā)生摩擦、沖擊，使管壁局部表面上附著的不緊密的氧化腐蝕產(chǎn)物脫落，脫落處重新形成氧化鐵層，但隨后又被沖掉，如此反復(fù)，管壁越來越薄。另外除氧器工況狀態(tài)，冷卻水加藥設(shè)備故障對(duì)水質(zhì)影響也是原因之一，含氧量高的水對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕也是重要原因。

4 修復(fù)方案

4.1 在線焊補(bǔ)

修復(fù)方法一：利用停爐、封爐時(shí)間，對(duì)漏點(diǎn)采用手工補(bǔ)焊。由于時(shí)間較短的關(guān)系，焊接部位焊前無法處理，焊后檢查焊縫質(zhì)量也僅限于靠感官檢查或憑經(jīng)驗(yàn)判斷的表面質(zhì)量檢查，焊接質(zhì)量難以保證，特別是焊縫背面成型無法做到，局部存在較強(qiáng)的應(yīng)力集中，在經(jīng)過數(shù)個(gè)冶煉周期后，原漏點(diǎn)補(bǔ)焊的焊縫被拉裂，出現(xiàn)新的漏點(diǎn)，又需重復(fù)補(bǔ)焊。修復(fù)方法二：局部貼補(bǔ)管皮。將已經(jīng)爆裂需焊補(bǔ)處的舊焊縫用磨光機(jī)打磨平整，貼上一塊管皮四周滿焊。但是由于此種形式的焊接接頭屬于搭接接頭的形式，舊管皮與新管皮之間存在間隙，水會(huì)滲入到夾層。又由于水的存在，兩塊管皮疊在一起造成兩塊管皮溫差更大，而搭接形式的焊縫處殘余應(yīng)力無法消除，冶煉一段時(shí)間后，在焊縫與母材熔合線附近又出現(xiàn)新的裂紋，造成泄漏，此方法比前種修復(fù)方法冶煉多10爐左右又出現(xiàn)問題。修復(fù)方法三：鑲嵌法焊補(bǔ)。將出現(xiàn)裂紋的管皮用等離子切割割去，用內(nèi)磨機(jī)打磨干凈，然后取相同材質(zhì)的鋼管，依照割去管皮后的形狀打磨出坡口，鑲嵌入挖補(bǔ)處，同樣采用手工焊進(jìn)行填補(bǔ)焊接。由于焊口經(jīng)過打磨，處理的較好，焊縫質(zhì)量得到較好保障，但是此中方法在冶煉到40爐左右同樣出現(xiàn)焊接熱影響區(qū)、熔合線附近的母材被拉裂的現(xiàn)象。

4.2 更換管道修復(fù)

以上三種焊補(bǔ)方法，每次焊補(bǔ)均需4個(gè)小時(shí)左右，而且達(dá)不到延長運(yùn)行周期的效果，通過分析以往修復(fù)方法，反復(fù)論證，決定進(jìn)一步優(yōu)化第三種修復(fù)方法，利用年修時(shí)間采用更換管皮的方法修復(fù)末段煙罩。將煙罩內(nèi)部有漏點(diǎn)、裂紋的管皮全部割除，更換上相同材質(zhì)的管皮。具體做法：煙罩內(nèi)壁管皮從距離上、下聯(lián)箱200mm-300mm處沿管與管連接處焊縫全部割除，長度1500mm-2000mm，用拋光機(jī)去除管道內(nèi)結(jié)垢、氧化物，用于更換的管皮用機(jī)加工下料，保證材料性能不變化，焊接采用CO2氣保焊，小電流，快速度，短路過度焊接規(guī)范，避免產(chǎn)生焊接缺陷，焊后采取錘擊焊縫和退火的方法消除應(yīng)力。采用此種方法修復(fù)的煙罩，使用9個(gè)月左右未出現(xiàn)焊接熱影響母材被拉裂的現(xiàn)象。

4.3 在線修復(fù)與更換管道修復(fù)的方法對(duì)比

在線修復(fù)焊縫內(nèi)部質(zhì)量無法保證，內(nèi)部缺陷不可避免，只能采用外觀檢查，用肉眼觀察焊縫，當(dāng)時(shí)不出現(xiàn)滲漏即可。而更換管道由于時(shí)間充裕，焊接規(guī)范合理，焊縫質(zhì)量得到保障，焊接完成后可以啟動(dòng)冷卻循環(huán)泵試漏，通水后檢查焊縫是否滲漏，發(fā)現(xiàn)滲漏可以立即處理。管皮換完后用敲擊法和火焰加熱退火法消除焊后殘余應(yīng)力。

5 修復(fù)的效果

在采用局部更換管道法對(duì)煙罩進(jìn)行修復(fù)后，取得的效果明顯。末段煙罩使用壽命延長，在采用局部更換管道法之前，末段煙罩焊補(bǔ)后3個(gè)月平均每月在線補(bǔ)焊2次，每次4個(gè)小時(shí)，實(shí)施局部更換管后9個(gè)月未出現(xiàn)裂紋，減少了在線焊補(bǔ)的時(shí)間，延長了末段煙罩的使用周期。

6 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐摸索、總結(jié)與論證，四種方法中只有局部更換管道法最適合現(xiàn)行的煉鋼廠轉(zhuǎn)爐持續(xù)高穩(wěn)定的生產(chǎn)模式，預(yù)計(jì)延長末段煙罩使用壽命3年左右。在今后實(shí)踐中將繼續(xù)探索煙罩修復(fù)方法，改進(jìn)焊修技術(shù)，進(jìn)一步提高煙罩壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]成漢華.焊接工藝學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.