王 磊

(马鞍山钢铁股份有限公司炼铁总厂 安徽马鞍山 243000)

热风炉热风管道是高温高压管道，包括热风总管、热风支管(即热风出口短节)、热风环管等，热风管道在使用过程中受力情况较为复杂，有温差应力、结构应力和盲板力等，因此在热风管道的适当位置都安装有适量的波纹补偿器。波纹补偿器的主要作用就是吸收热风管道因温度和压力变化而引起的膨胀和收缩，进行位移补偿，还具有减震、抗冲击的性能，保证热风管道结构的安全。马钢4080 m高炉配置有4座新日铁外燃式热风炉，每座热风炉通过热风短管与热风总管连接，短管上设置有波纹补偿器。2017年12月，马钢炼铁总厂A号4080 m高炉正式进行停炉中修。本次中修对热风炉系统热风围管三叉口至热风总管尾部耐材及与四座热风炉之间波纹管补偿器耐材进行了更换。2018年元月10日高炉复产后一个月内，1、2、3热风炉波纹补偿器相继出现法兰面跑风、波纹管发红变形等现象。尽管采取了加气加水冷却、补焊和打抱箍灌浆密封等措施，但还是极大地制约了热风炉的供风能力。为了解决这个难题，于2018年7月至9月，在高炉正常生产情况下，根据波纹管受损程度，依次对2、3、1热风炉波纹补偿器进行了更换。本文以1#热风炉波纹补偿器更换下来后的拆解研究为例，分析了热风炉大中修后波纹补偿器损坏的原因。

1 波纹管拆除检查

1.1 波纹补偿器温度趋势

2018年4月8日检查发现A炉1#热风支管波纹管(靠燃烧室侧)温度近300 ℃，架设风管冷却至210 ℃左右，后期再次出现上升，温度超250 ℃以上且范围扩大，加风管冷却无法控制，5月30 日加雾化水冷却，控制温度在200 ℃以内。7月6日该波纹管(靠热风阀侧)温度高达275 ℃左右，架风管冷却至200 ℃左右。9月5日该波纹管进行更换。

1.2 更换作业

更换时发现新换上的波纹管与热风出口的短管中心位置有较大偏差，波纹管往南偏移80-100 mm。

1.3 拆除前检查情况

1.3.1 外部检查情况

从波纹管靠燃烧室侧端面观察，可以明显看见波纹管内部三道较大环缝，其中1、3缝各距端面3块砖的位置，对应外部为波纹的中间位置；2缝为设计预留膨胀缝，内部充填的纤维棉。端面上部第二和第三层轻质砖之间有较大缝隙(见下图1)。波纹管有两根小拉杆有变形(见下图2)。

从波纹管靠热风阀侧端面观察，端面情况良好。

1.3.2 内部检查情况

在上图1号缝位置的顶部和底部，40 cm长的焊条可以全部插入，证明此处缝隙已贯穿全部三层耐火砖层，而此位置也是1热风炉波纹管最先温度高的位置，和使用情况可以对应。

图1 波纹管燃烧室侧端面示意图 图2 波纹管侧面示意图

1号缝顶部有明显的经长时间热风吹过留下的黑色的炭化痕迹。

2号缝为砌筑时所预留的膨胀缝，内部纤维棉保存完整，没有被热风吹过氧化发黄发硬的痕迹，完好。3号缝顶部宽度1 cm，下部裂缝较小，深度为一块砖厚度，无明显贯穿缝。

1.4 拆除后检查情况

波纹管内部耐材由一层工作层高铝砖，两层轻质砖组成，采取错缝、压缝的砌筑方式，砌筑结构上不存在从上到下的通缝。

从1号缝拆除情况看，裂缝最大位置为圆周9点钟方向，轻质砖从中间折断，形成宽约20 mm的裂缝，并且贯穿下一层轻质砖。1号缝与顶部轻质砖断裂处形成通道，与端面观察情况相对应。

最内侧高铝砖拆除完毕后轻质砖折断拉开的裂缝情况(如图3)。A处为宽度20 mm，长度900 mm的裂缝，轻质砖破损严重。B处为宽度12 mm，长度1660 mm的裂缝，轻质砖从中部断开。C处裂缝宽度较小5 mm，长度1200 mm。

图3 轻质砖断裂情况示意图

2号膨胀缝下部为本次中修后改进砖型(压缝砖)，砌筑范围约为圆环的270°，拆除后表面干净，内部纤维棉保存完好。3号缝内部轻质砖同样从中间位置断开，缝隙约10 mm，导致后期此部位波纹管温度升高。

2 调查初步结果和原因分析

根据波纹管拆除前后检查情况来看，整个热风短管的砌筑质量没有太大的问题。

膨胀缝(2处缝隙)情况较好，内部纤维棉及第二层压缝砖都完好，无明显热风通过痕迹，表面干净，该处砖型也没有问题。

靠燃烧室侧裂缝(1处缝隙)宽度最大20 mm，内部轻质砖从中间折断，破坏最严重，裂缝处有明显的热风长期通过的痕迹。靠热风阀侧裂缝(3处缝隙)也为轻质砖中间折断但是宽度较1处裂缝略小10 mm，内部泥浆有轻微氧化痕迹。根据以上现象，初步分析判断波纹管温度高是由于波纹管受到外力作用发生形变，致使内部轻质砖受不同方向的力从中间折断形成通道，在送风过程中热风通过缝隙使钢结构表面温度升高使钢壳发红。

在波纹管砌筑完成到安装使用的过程中，外力主要来源有以下几方面：

波纹管吊装过程中的受力；

与热风出口侧法兰校正时短管重量对波纹管的向下拉扯受力；

预留安装缝(14 mm)法兰垫圈安装完毕后紧固螺栓时不均匀对波纹管的拉伸受力；

热风炉投用后热风总管向南侧位移，使波纹管扭曲变形受力。

经与现场人员核实，在波纹管砌筑完成后的吊装和短管组对过程中，均进行过检查，波纹管内耐材砌体表面无异常，基本可以排除。从1#热风炉从元月10日投用到4月8日温度升高发红的表现来判断，本次热风短管波纹管发红的原因是在生产过程中总管位移带动波纹管发生形变压迫内衬轻质砖折断开裂形成热风通道而发红的。

3 结论

热风炉系统大中修复产后热风总管、波纹补偿器、热风炉本体各部分之间的状态不同，受热胀冷缩影响导致的位移量不同，容易导致热风总管与热风炉之间波纹补偿器受扭力影响寿命异常变短。

热风短管波纹补偿器的砌筑质量及安装都会对其寿命产生影响。保证砌筑质量的情况下，安装过程中的碰撞、拉伸都会使内部耐材砌体间产生间隙，形成热风通道导致钢壳发红。

大中修结束后，热风炉系统各部分之间的位移如何吸收以及修正至关重要。热风炉本体径向位移以及总管横向位移都需固定，否则热风支管波纹补偿器无法吸收这些位移会使内部耐材发生断裂，导致波纹管过热发红，寿命变短。