新日铁延长焦炉炉龄的技术措施

新日铁延长焦炉炉龄的技术措施新日铁公司现有17座焦炉，其中1964年投产的5m焦炉和1979年投产的6.5m焦炉采用预热煤装炉，前者的炉龄已有37年。近年来，随着焦炉的老化，延长焦炉炉龄已成为重要课题。众所周知，控制炭化室墙的损坏是延长焦炉炉龄的重要因素。当炉墙轻微损坏时，可用火焰焊补法进行修补。如果炉墙出现熔洞或变形，就需要对炉墙进行热修。但热修炉墙的费用高，并且对炉体也有不利影响。过去，当焦炉出现难推时，一般靠人工目测来了解炉墙的损坏情况，并对相应部位进行修补。近年来，随着这些老焦炉难推次数和熔洞的不断增加（图1），利用传统方法已很难进行有效修复。因此，必须及早发现损坏的炉墙，并根据诊断结果进行有计划的修复。本文重点介绍高精度的炉墙诊断系统。焦炉炉龄的确定图2为焦炉炉体损坏原因分析图。蓄热室损坏的主要原因是由燃烧室脱落的耐火砖碎片和煤粒引起的堵塞。为此，可采取从蓄热室底部用空气吹扫、从燃烧室吸出外来杂物、热拆除和重砌砖等方法消除蓄热室的堵塞。在日常操作中，炭化室墙反复经受结焦和装煤时加热和冷却产生的热荷载和机械荷载。随着焦炉的老化，上述情况均会导致炭化室墙的损坏，炭化室炉墙损坏的类型大致可分为以下3种。（1）炉墙变薄。炉墙变薄的主要原因是频繁地装煤和推焦导致炉墙砖损耗或砖缝消失。另外，石墨沉积在粗糙不平的炉墙表面，当石墨层脱落时会带走部分砖片而造成炉墙变薄。这时，若加大局部荷载，就会导致炉墙损坏而形成熔洞。图1焦炉出现熔洞和难推的次数图2焦炉炉体损坏原因分析图（2）形成贯穿缝。由于装煤时会使炉墙砖表层温度下降，结焦时又会使其温度上升，在这种交替热应力的作用下8炉墙就会出现裂缝，而裂缝极有可能把炉砖分开，在荷载下逐步变空和脱落，最终形成熔洞（图3）。图3典型的炉墙砖损坏情况（3）炭化室的纵向膨胀。膨胀缝或裂缝的膨胀易引起炭化室的纵向膨胀。使勾槽缝的咬合处变浅，施加在炉墙上的荷载会造成炉墙砖滑动或脱落。为减少因焦炉老化带来的损坏，需要开发图4所示的两项技术。即保持焦炉的结构强度和减少炉墙的局部荷载。开发目标的确定用人工目测来控制炉墙损坏的方法，存在的问题是不能准确定量损坏的深度、面积和部位，尤其难以估计炉墙中间的损坏情况；由于受炭化室宽度的限制，使观察很困难，且需要较长时间。图4焦炉炉龄与强度的关系为解决上述问题，新日铁公司制定了下列开发目标。（1）定量测量炉墙的不平整度（炉墙减薄程度、砖破损和石墨沉积情况）。（2）测量整个炉墙表面，以找准损坏的部位。（3）受焦炉空炉时间的限制，测量炭化室两侧炉墙所用时间不应超过5min。炉墙诊断系统的开发图5是新日铁公司开发的炉墙诊断系统示意图。该系统包括形状与推焦杆相似的水冷探头、探头插入装置、探头冷却器、CCD摄像机、激光测距仪和测距仪控制器。探头的插入速度是7.5m/min。探头在炭化室内来回探测约4min，同时观察两侧炉墙表面的情况。图5炉墙诊断系统示意图测量仪器安装在水冷探头内。通过4个特殊的高分辨率CCD摄像机，从上到下观察整个炉墙的变形和裂缝情况，并用3台激光测距仪测量炭化室上中下3个测量点的炉宽。从大分厂2号焦炉中拍摄的整个炉墙表面的照片可看出，纵向火道裂缝的间距基本相同，还可清晰地看到炉墙上石墨的沉积情况，在炉墙的上部沉积有大量的石墨。若将照片放大，就会发现砖的表面有轻微剥落或不平。此外，通过定量损坏信息分析系统所摄制和绘出的轮廓图，能定量地确定炉墙的不平度。图6中示出了用激光测距仪沿炭化室长向测得的炉宽数据，从图6可看出，新日铁公司的焦炉没有大的变形，但炉墙存在局部不平和有大量石墨沉积。炉墙表面的控制系统是通过炉墙诊断系统收集的处理信息拟订修复计划。操作人员使用分析系统定量的图像数据（位置、面积、不平整度）判断炉墙损坏的类型，并为每个炭化室建立数据库。图6沿炭化室长向测得的炉宽数据（此图由上中下3条曲线构成，因3点的数据极为接近，故图中难以分辨）结论由新日铁钢铁公司开发的炉墙诊断系统能高速定量诊断炭化室墙表面的情况。测定一个炭化室只需20min左右，每年对所有炭化室检测一次，以制定出焦炉组的维修计划。可根据炉墙表面控制系统所得的详细信息实施火焰焊补。此外，还可根据焦炉的难推情况，去除炉墙上沉积的石墨并进行修复，以稳定焦炉的操作。