摘要:介绍了109m2沸腾焙烧炉炉底历年检修情况和炉底关键部位结构,分析了沸腾焙烧炉炉底损坏原因,并结合炉底具体情况,探讨了风帽间混凝土浇注、选型及提高使用寿命的具体改进措施,为炉体连续、稳定、均匀运转提供可靠的保障。
某有色金属有限公司于2005年建设一座109m2沸腾焙烧炉,日产焙砂624t,炉体运转率90%。2006年5月试生产,至今已运行14年,每年可保证10万t电解锌原料供给。二系统于2009年10月试生产至今运行11年,形成20万t电解锌生产能力。随着运行时间的增长,炉底结构暴露问题日渐突出。
1、分析探讨炉底损坏原因
炉底结构如图1所示。
(1)从图1看出炉底空气分布板若干片,在连接处设计膨胀缝不超过5-8mm,空气分布板与炉壳接触处设计膨胀缝15-20mm,膨胀缝上活放10mm厚100mm宽钢板作密封板;空气分布板之间膨胀缝米用25mm宽6mm厚钢板作密封条, 安装时设计要求一面点焊, 如此密封结构基本起不到密封作用; 在生产运行中, 风箱内的风压18kPa, 风很容易从炉底混凝土裂缝处逸出。随着炉体运转时间的递增,裂缝越来越大,裂缝宽度达到10~15mm不等;所以炉底花板密封结构设计存在先天不足,下直段炉墙及炉底损坏多数是炉底漏风所致。
1.炉底空气分布板2.10mm厚密封板3.下直段炉墙钢结构花板4.高强耐磨浇注料5.10mm厚石棉板6.M-1高铝砖7.M-2高铝砖8.黏土轻质砖9.钢结构炉底梁10.圆周方向密封板11.空气分布板密封结构12.风箱
图1炉底结构不意图
(2)2011年9月23日-10月1日焙烧二系统因下直段炉墙托板密封板(见图1)局部开裂,风斗的高压风从开裂处直吹保温砖墙, 将保温砖墙冲刷、腐蚀为零, 18kPa的高压风畅通无阻的串到排料口结构处, 将排料口炉体腐蚀3个孔洞,在排料口处形成风幕,炉内焙砂排不出去只能停炉处理。所以通过生产实践解决好炉底漏风对炉体连续、稳定的运行意义非凡。
(3) 炉底空气分布板设计厚度10mm,易变形,变形过程中就有热应力产生,会使炉体混凝土产生裂纹、掉块。焙烧一系统炉底在2011年5月大修前炉底从破损处漏风达到25处之多;局部还有孔洞,其面目全非,千疮百孔,不停炉大修生产无法正常运行。
(4)冷却盘管漏水对炉体结构的影响已做过详细的论述。
(5)109m2沸腾焙烧炉烟气温度950℃。
从表3可以看出,炉内烟气为氧化性气氛,O2在高温下对所有耐火材料均有腐蚀作用,如原料中含有F、C1两种元素在高温下对耐火材料腐蚀速度变快。2019年3月焙烧一系统下直段炉墙与扩大段接触处炉墙局部腐蚀一个1200mm×1000mmx500mm的大洞, 冒着局温5天才抢修完。
(6)炉底大修风帽间浇注料的选择对炉底使用寿命的延长至关重要,2005年建炉时,炉底浇注料设计采用普通低水泥浇注料捣制。在日常生产运行中炉底温度280一400℃,低水泥浇注料在此高温下无相变过程,混凝土强度差,2011年5月炉底大修时由低水泥浇注料改为水玻璃浇注料捣制。实践证明捣制水玻璃浇注料要求技术条件非常严格:
①水玻璃模数要求2.8-3.0,而公司采购的水玻璃模数3.3一3.5。
②水玻璃模数太高,需根据现场温度不断调整氟桂酸钠的加入量。
③要求搅拌时混合料和促凝剂(氟硅酸钠)必须搅拌均匀后再加水玻璃,否则捣固后的混凝土质量不均匀达不到预想效果。
④施工人员技术素质差,责任心不强,对混凝土的浇筑质量都有影响。
由于诸多方面的原因采用水玻璃耐热混凝土浇注炉底不可取。
2、提高炉底风帽间混凝土使用周期的措施
从图1可以看出,炉底第一个漏风点就是沿四周方向空气分布板与炉壳间的15-20mm膨胀缝。改进设计时米用10mm厚100mm宽弧形钢板沿四周方向将膨胀缝盖住(活盖),这样并不能将风挡住,我们在下直段第一层炉壁托板上加10mm厚150mm高的弧形钢板作密封板,密封板与托板和空气分布板接触面全部满焊,在密封板安装前将托板下的高强耐磨浇注料捣固好。
炉底第二个漏风点是每块空气分布板之间的5-8mm膨胀缝,如空气分布板预制水平达到设计要求,安装后的膨胀缝均匀一致。所以炉底钢结构制作、安装施工队伍的选择举足轻重,不可忽视。2017年8月焙烧二系统炉底大修钢结构施工队伍选择不好,预制的空气分布板达不到设计指标,安装后的膨胀缝最大在25mm左右不等,密封结构由40mm宽6mm厚钢板一面焊改为1/2寸管满焊(见图2)。
1.∠75等边角钢2.Φ30mmx170mm风帽3.1/2寸钢管4.20mm厚空气分布板
图2空气分布板密封结构图
钢结构安装完没做漏风检查就浇注炉底高强耐磨浇注料,开炉后有一道裂纹产生,风从裂纹处不断冲刷,裂纹逐渐增大,达6~8mm。2018年停电检修时采用特殊灰浆处理此缝,效果不理想。2018年8月焙烧一系统第二次大修,吸取二系统炉底大修的不足之处选择好钢结构施工队伍,从预制到安装都设有专人跟踪,密封板焊完后,反复五次检查漏风点,直到焊好为止。炉底风帽间浇注完高强耐磨浇注料,升温投产后第一次停炉检查炉底是否有漏风处,应该是建炉以来炉底施工质量最好的一次。
2011年5月焙烧一系统炉底空气分布板从10mm厚改为20mm厚,用以提局炉底的结构强度,对抵抗盘管漏水造成的温度突变所产生的热应力,促使空气分布板变形的几率减少,改后效果显著。
从表2可以看到,冷却盘管漏水每年都有,最高达5次/a,所以说冷却盘管漏水是炉底破损的重要原因。对冷却盘管漏水我们想了好多措施'在生产实践中逐步落实。为了提高生产产量,防止风帽直吹盘管将冷却盘管下的风帽孔改为侧吹,对提高焙砂产量有一定的效果,但是当冷却盘管漏水时,焙砂很容易将侧吹孔堵死,停炉时很难疏通,需在生产实践中进一步改进。有国内同行将冷却盘管距风帽距离提高150~200mm,用来缓解焙砂在硫化过程中对盘管的机械冲刷,可延长冷却盘管的使用寿命,我们在积极深入探讨、落实应用。
2016年公司采购大量的本地矿,锌品位在42%左右, 为了提高入炉锌精矿品位, 从国内采购大量的ZnO尘, Zn品位在55%~60%, 与本地矿混合后加到炉内。ZnO尘含氟4%、含氯5%-7%, F、C 1两种元素在高温下对冷却盘管、炉底、炉墙腐蚀速度极快,这样组织生产对炉体设备使用寿命有非常大的负面影响。后来公司购买国外矿与品位低的本地矿混合后加到炉内。所以采购锌精矿时要注意Pb、Cu、Fe、AI2O 3、SiO2含量不宜过高, 这样才能延长炉底的使用寿命。
2018年8月焙烧一系统炉底大修,炉底风帽间的混凝土选择高强度耐磨浇注料捣制。其主要理化指标如下:
(1)AI203≥75%
(2) SiO2≤21%
(3)体积密度≥2.8g/cm3
(4) 耐磨强度≥65MPa(110℃*24h)
≥95MPa(110℃x3h)
≥100MPa(1400℃x3h)
(5) 0.2MPa荷重软化开始温度≥1490℃
(6)热振性(900℃水冷):20次
(7)最高使用温度:1550℃
开炉运行一年多,炉底比较完整,炉底风帽间的混凝土采用高强耐磨浇注料捣制,在国内同行业广泛应用,效果良好。