魏海霞 齐巍 张盼 王建辉

摘要：介绍了耐火可塑料在延长酒钢不锈钢热轧加热炉使用寿命上的应用及使用效果，并详细阐述了隐患改进方案的制定、耐火可塑料的特点及施工砌筑注意事项，延长加热炉炉顶及炉墙使用寿命的同时，可改进炉况、降低能耗、节约维修成本。

Abstract： The application and effects of refractory plastics in extending the service life of Jiugang Stainless Steel hot-rolled heating furnaces are introduced， and the formulation of hidden danger improvement plans， the characteristics of refractory plastics and precautions for construction masonry are explained in detail.  While extending the service life of the furnace roof and furnace wall， it can improve furnace conditions， reduce energy consumption and save maintenance costs.

关键词：耐火可塑料;加热炉;延长寿命;應用

Key words： refractory plastic;heating furnace;extending life;application

中图分类号：TG307                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）03-0230-04

0  引言

酒钢不锈钢热轧加热炉为三段式步进梁式常规板坯加热炉，于2002年建成投产，有效炉体尺寸12600×30000mm，炉底强度416kg/m2·h，燃料热值：（2200±200）×4.18kJ/Nm3。加热钢种：不锈钢，出钢温度1150～1300℃，年产能100万t/a，且一直处于单炉运行模式，连续生产17年未大修。随着服役周期的延长，炉体耐火材料及配套结构件烧损恶化严重，炉顶现大面积可见筛网状漏火，加热段南侧炉墙连续发生两次蹿火烧穿事故。严重影响到加热炉的运行工况，加热能力及供热负荷受隐患限制无法最大能力发挥，个别高温钢种开发无法正常进行，并对设备的安全运行和人员的安全操作带来很大的隐患。

由于热轧仅有一座加热炉可供板坯加热轧制，新建或改建一座加热炉最短时间10个月，对于炼钢至冷轧全流程不锈钢生产线来说，将面临市场份额和客户量的严重损失，大大制约整个不锈钢分公司经营发展。在市场竞争白热化的今天，改善加热炉使用炉况、延长加热炉使用寿命，为企业赢得更多的生产时间是每个企业所向往的，所以对现有加热炉炉体各部位耐火材料使用情况的正确评估、选用性能优良的耐火材料、精湛严谨的砌筑施工方法是延长加热炉使用寿命的理想选择。

1  大修方案确定

通过长期对热轧加热炉各段炉顶部位及炉墙外表温度监测数据跟踪，以及上一年小修停炉时对炉内各部位耐火材料脱落及裂缝程度、各段炉墙变形程度、炉皮变形量、炉顶1000多个锚固砖吊挂点锚固件、吊挂圆光管、小H型钢等钢结构进行检测评估后，对重点部位大修方案进行了技术确认，优化施工量的基础上用最短的施工时间完成热轧加热炉劣化倾向改善。

①炉墙部位。

加热炉南侧炉墙预热段、加热段交界膨胀缝前后各2米可塑料及保温材料拆除重新砌筑，该区域炉皮及金属、非金属锚固件、止退件全部更换，如图1所示。

②炉顶部位。

加热炉炉顶可塑料除烟道平顶部位以外全部拆除重建（包括加热段炉顶端烧嘴烧嘴砖）;耐材相关金属锚固件全部更换，炉顶吊挂砖全部更换，圆光管、C型卡更换1/3（对烧损部分进行更换），小H型钢主钢结构全部利旧;配套更换炉顶所有平焰烧嘴砖及轴向调焰烧嘴砖。

③对炉墙与炉顶接缝方式进行技术改造，消除蹿火因素。

2  优选耐火可塑料概述

耐火可塑料是不定形耐火材料中的一种，是由一定级配的耐火骨料、黏土细粉、水及化学结合剂按照一定比例经过充分混炼而成的泥坯状或泥团状的据有一定粘性和可塑性的耐火材料，以捣打、震动或喷涂方法进行施工。[1]在贮存一定时间后仍具有良好的可塑性，具有耐热温度高、高温强度高、抗热震性、热导率小、抗剥落性、抗渣侵蚀性强、施工方便、烘炉时间短等优点。

热轧加热炉跨度较宽，加热强度及小时热负荷较高，钢种加热工艺差异化分类多，生产组织随产品结构变化较多，升降温频繁，一旦耐材强度达不到要求或施工过程出现问题，将造成耐材剥落甚至炉顶坍塌，对安全及生产经营带来不可估量的损失。尤其是在炉体耐材不完全拆除的基础上进行劣化修复，选择一种高温性能好、高温状态下“拉”、“压”内应力小、可吸纳炉衬膨胀变形的耐火可塑料及较优的施工方案，对加热炉使用寿命的延长至关重要。

耐火可塑料是热轧加热炉炉墙炉顶工作衬新建、大修及局部修复的最佳材料，理化性能指标见表1。

3  炉体劣化原理分析及改进措施

3.1 炉皮烧损、炉墙变形

停炉拆除过程中，发现炉皮烧损部位集中在侧墙烧嘴砖上半周以上呈散射状蔓延至与炉顶接缝位置，烧损部位内衬硅钙板已全部损毁，周围未烧损部位炉皮已严重变形，与炉墙耐材之间形成空洞层，炉皮拉钩等金属件已完全氧化烧损，锚固砖断裂，导致炉墙绝热能力降低变形，炉顶与炉墙退台粘土砖全部松动，个别脱落。通过分析，该加热炉炉墙与炉顶接缝处砌筑的粘土砖退台（如图2），随着加热炉使用年限的增加和使用过程中升降温时耐火材料收缩膨胀，退台不跟随炉墙耐火材料的膨胀和收缩移动致使退台与炉墙之间产生一条直缝，与原炉顶炉墙之间的膨胀缝接通从而形成一条炉内直通炉皮的一条直缝（如图3），随着时间推移这条直缝还有不断扩大（如图4），烧嘴燃烧过程中，高温炉气通过这条缝不断进入炉墙侵蚀保温层，造成炉皮温度升高，炉皮逐渐变形，炉皮与保温层之间局部产生大的间隙导致锚固系统失去作用，进而促使附近工作层变形，附近工作层膨胀缝变大，在炉墙形成内外高温炉气循环通道，蹿火现象由此产生，加速了高温炉气对保温层的烧损（如图5）和冲刷，保温层坍塌形成缝隙，高温炉气直接接触炉皮，最终造成炉皮大面积烧损。

针对该问题，利用炉顶拆除重建的机会，对炉顶与炉墙的接缝处退台结构进行改造，将上下通缝改造为“L”型迷宫缝（如图6），使退台与炉墙一体化，加热炉运行过程中炉墙和炉顶之间的胀缝即使变大，蹿火的可能性也为零，高温炉气不会窜入炉墙保温层，进而保温层耐火材料也不会被烧损，达到提高炉墙使用寿命的目的。

3.2 炉顶筛网状漏火及散热损失严重

由于该加热炉已连续运行17年未进行耐材大修，炉顶耐火材料热稳定性变差，高温强度降低，部分吊挂件烧损、大部分热变形弯曲，炉顶耐火材料轻微下挠，耐材热裂纹严重，局部出现轻微塌陷，高温时炉顶可见筛网状漏火，炉顶局部温度达到230℃以上。止退件、圆光管等均出现局部烧损，如图7、图8所示。

4  砌筑方法及施工要求

4.1 炉墙局部修补砌筑施工

由于炉墙只进行局部拆除砌筑，一方面必须保证所有已损坏金属锚固件、耐火锚固砖及蹿火导致损坏的保温层、耐火层全部进行更换，另一方面必须避免新旧可塑料接缝粘合不好造成炉墙整体强度及密封性變差，砌筑主要采取以下步骤进行：①以就近膨胀缝为拆除单元，结合炉皮烧损变形情况及对应部位耐材逐步拆除确认的方法，对烧损变形的炉皮更换范围进行确认;②炉皮拆除后对拆除接茬相邻部位耐火层及锚固件、锚固砖进行完好性评估，并进行重新打毛处理;③画线定位焊接锚固套筒和拉模用螺母;④按照改造设计的“L”型迷宫缝，使用可塑料代替原来的耐火砖退台，并与炉墙一体化砌筑;⑤可塑料采取拉模捣打施工（如图9），可塑料摆坯方式、支模、砌筑顺序及走锤方式严格按照捣打图纸进行（如图10），走锤方向呈严格的“V”字型，半个锤头压半个锤头，捣打后表面呈现一个个规律的锤印;⑥捣打结束后，依次拆模、刮毛、扎透气孔、切膨胀缝。

4.2 炉顶砌筑施工

由于该加热炉跨度较宽，炉顶耐火材料砌筑强度将直接导致点火生产后透火或烧穿等，影响加热炉使用寿命。采取预加载荷、拉模施工的施工工艺可保证炉顶钢结构的变形与炉衬的变形基本同步，避免拆模后钢结构发生较大的挠度变化而导致炉衬受力不均乃至断裂。[2]砌筑主要采取以下步骤进行：①砌筑前，对炉顶吊光管、小工字梁等吊挂金属件进行劣化检查更换;②吊挂锚固砖（如图12）;③炉顶支模及可塑料捣打：按图11所示1、2、3、4依次进行施工，炉顶轴向烧嘴砖一体化捣打成型，如图13所示;④捣打结束后，依次拆模、刮毛、扎透气孔、切膨胀缝。

4.3 施工注意事项

①捣打完的可塑料表面要刮成粗糙面，捣打间歇时间，尽量把接缝留在两排锚固砖中心线处，并用塑料布将捣打料进行覆盖，以免干燥过快;捣打面过于干燥时，必须用喷壶喷雾状水进行湿润。[3]

②为便于烘炉时脱水，以150～230mm的间距在内表面扎上通汽孔，直径约4～6mm，深度为捣打料总厚度的1/2～1/3。

③膨胀缝用专门的切刀切割，每隔1500mm切割一道，深度约50～60mm。

④炉顶砌筑时，“合门”位置选择较关键，要避免障碍过多，“合门”宽度不应大于600mm，且要逐渐捣打成漏斗状，逐渐缩口，分层铺料，分层捣实。[4]

⑤可塑料为气、热硬性耐火材料，且该加热炉为部分拆除修复，正常使用时热负荷较高，800℃以前加热速度应？燮30℃/h，800℃以后烘炉加热速度？燮50℃/h，并设置一定的保温段，保证炉体耐火材料足够的透热时间。

5  综述及实施效果

耐火可塑料具有耐热温度高、高温强度高、抗热震性、热导率小、抗剥落性、抗渣侵蚀性强、施工方便、烘炉时间短等优点，已在国内外成熟应用，在改善炉况、延长加热炉使用寿命方面尤其效果显著，但由于施工方案、耐材选型及砌筑等环节存在的漏洞，炉顶坍塌、冒火等事故时有发生。在本次加热炉大修过程中，重点抓住拆除方案制定、金属锚固件材质、耐火材料的选型及可塑料砌筑等关键环节，并对炉顶与炉墙砌筑存在的不合理性进行了技术改进，同时对工期和质量进行了严格的审核和控制，取得了显著的成效。

①酒钢不锈钢加热炉大修后，经过近1年的运行，炉况得到明显改善，炉膛最高温度由1290℃提高至1310℃左右，316Li超纯净抗电磁屏蔽奥氏体不锈钢、2507双相不锈钢等加热工艺得以成功实现。

②炉顶冒火、炉皮局部高温、蹿火等全部消失，炉顶平均温度由检修前237℃下降至158℃;炉墙局部温度由288℃全部降低至176℃;且改造后加热炉炉体散热损失下降约8%左右，节能效果显著。

③本次大修改造后，加热炉使用寿命至少可延长至25年，且后续年节约检修时间最少120小时，节约检修成本（包括备件材料费用、人工及能源消耗费用等）约65万元/年。

参考文献：

[1]张巍.不定形耐火材料之可塑料的研究进展[J].硅酸盐通报，2012（4）：316-320.

[2]于书伟，王波，王涛.加热炉炉顶耐火可塑料的施工[J].耐火材料，2011（3）：231-232.

[3]钢铁厂工业炉设计资料.

[4]刘文萍，李会朝，王云，郑伟.可塑料耐材在热轧加热炉上的应用[J].河南科技，2013.