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技術 | 轉窯筒體裂紋及腐蝕的處理與預防

來源:《中國葛洲壩集團水泥有限公司、葛洲壩宜城水泥有限公司》 發布日期:2019/10/18 編輯:徐展迪
核心提示:轉窯筒體裂紋及腐蝕的處理與預防

2017年2月3日,某公司回轉窯(∅4.8m x74m)筒體在開機過程中發現34.2m處回轉窯60~28m過渡帶附近出現一條500mm長環向裂紋,隨后立即對該處筒體進行了探傷檢測,結果顯示在該裂紋環向共有三道長短不一的裂紋。考慮窯簡體加工制造需要較長時間,為了保證生產,采用了應急處理方案,堆焊裂紋,在筒體發生裂紋的周向加焊了20塊δ=40mm的筋板。


2018年1月原裂紋加強筋板邊緣(靠窯尾方向)處又出現三段環向裂紋,止料停窯后約24h,回轉窯按要求冷卻至常溫,該處又出現數十道長從100mm至1200mm不等的環向裂紋,于是按照檢修計劃更換了該處2.8m長筒體。


拆除耐火磚,硅莫磚部位筒體吸潮“冒汗”現象嚴重,窯筒體形成柵格狀有大量的腐蝕層,對腐蝕層與簡體進行了化驗檢測,對窯筒體整體進行了測厚與探傷,化驗結果顯示腐蝕層CLˉ含量達到3.73%,磷化物含量高達5.95%,硫化物濃度達0.18%,筒體最薄區段為37.8~47.8m段δ=28mm的10m長窯筒體,且37.8m處擋磚圈階梯靠窯頭側有20~30mm寬的環向凹槽,最薄厚度達到14mm。


本文結合該案例分析回轉窯筒體裂紋及腐蝕機理,并介紹處理及預防措施。


1 簡體產生裂紋的原因、處理及預防


1.1 筒體產生裂紋原因分析


二檔與三擋輪帶之間δ60過渡與δ2鋼板8簡體鋼板焊縫處溫度與應力交變負荷最大,該處是窯筒體的薄弱點,通過經緯儀檢測Ⅱ檔中心點與Ι、Ⅲ中心點偏離(16,6),檢測舊筒體圓度為14mm,該處變形嚴重,交變應力、回轉窯中心線變化及筒體變形導致過渡帶附加應力變大,是筒體產生裂紋的條件之一。


由于過渡帶窯磚縫隙大,且該處窯筒體窯皮沒有其它位置致密,耐火磚很難把炙熱的氣體、堿性物料與筒體完全隔離,高溫下原材料、耐火材等產生堿性物質通過磚縫與窯筒體接觸而發生化學反應,筒體腐蝕。


2017年11月至2018年2月,公司所處地區最低溫度低于-10℃,硅莫磚中磷具有強烈的固溶強化作用,而且磷在結晶過程中,容易產生晶內偏析,使局部含磷量增高,導致韌脆轉變溫度升高,從而發生冷脆,使鋼的硬度、強度上升,而塑性、韌性下降,停窯冷卻后筒體裂紋短時間內由三條增至數十條,說明冷脆是裂紋擴張的關鍵因素。


1.2 筒體裂紋處理方法


處理筒體裂紋最佳的方法是更換產生裂紋的筒體,但更換筒體的技術難度大、投資多、耗時長,尤其是窯筒體需提前預定加工,且運輸困難,因此在銷售旺季會造成較大經濟損失。


首次發現裂紋,停窯降溫,拆除裂紋處簡體耐火磚,探傷檢測,確定裂紋長度、走向和端部位置;在裂紋兩端打止裂孔,用碳弧氣刨在裂紋處打60°V形坡El,并打磨;打磨后用JQMG50-6氣體保護焊絲焊接,同樣在筒體內壁裂紋處打坡口,打磨焊接;再次進行探傷檢查,合格后加熱保暖緩冷至常溫,用20塊δ=40 mm加強筋在裂紋環向焊接.如圖1

回轉窯運行一年后,原裂紋加強筋板邊緣(靠窯尾方向)處又出現三段環向裂紋,臨時處理上述裂紋,打止裂孔與坡口,焊加強筋板(圖1B)。止料停窯后約24h,回轉窯按要求冷卻至常溫,窯筒體在該處又生出數十道長從100mm至1200mm不等的環向裂紋,由此看來不規則的加強筋板焊接后產生的殘余應力無法完全消除,產生了焊接應力,破壞了筒體的原有受力平衡,加劇了筒體產生的變形。于是按照檢修計劃更換了裂紋處2.8 m窯簡體,筒體厚度由原28mm更換為36mm。


1.3 裂紋防范措施


34.2m處裂紋位于60m與28m過渡段,呈環形,該處溫度與應力交變負荷最大,為了適當降低交變應力,提高筒體允用應力,就簡體設計與制造上可適當減小厚度過度梯度,如在中間設計一段36mm厚筒體,讓其緩慢過渡至28mm厚,以利于變形平緩自然,同時保證應力易于擴散,減少應力集中;運行維護方面,從窯操分析,盡量控制單位距離內筒溫值在50℃內,有利于減小附加彎曲應力及溫差應力,保證正常控制窯體上下竄的速度,嚴禁加速頂窯。


從日常巡檢分析,要確保運轉狀態下的筒體直線度,減小附加載荷;檢修方面,不能為了施工方便,在筒體上隨意施焊,對于已有的裂紋筒體,要及時打止裂孔,阻止裂紋延伸,并按規范標準施焊,焊接完畢務必按規范將施焊處打磨干凈。建議不要隨意增設加強筋,因為加強筋在加工制作上很難保證所有的形狀、尺寸誤差完全一致,且加強筋施焊達到標準的均勻分布也有一定的難度,對于裂紋嚴重的回轉窯,及時更換窯簡體。


2 簡體腐蝕的原因、處理及預防


2.1 筒體腐蝕的原因


回轉窯簡體腐蝕是國內許多水泥廠出現過的較為復雜的綜合性技術問題,公司2018年大修理期間,硅莫磚部位簡體吸潮“冒汗”現象嚴重,窯筒體形成柵格狀有大量的腐蝕層,磚下腐蝕嚴重,銹層較厚且硬脆,呈大片狀剝落,如圖2。

分析剝落的腐蝕層,檢測發現CLˉ含量達到3.73%,磷化物含量高達5.95%,硫化物含量達0.18%,檢測結果如表1。

腐蝕層主要成分是鐵的氧化物、磷化物、少量氯化物和硫化物,筒體內壁腐蝕是高溫氧化、硫化和氯化腐蝕。筒體腐蝕段原材料為20#鋼(普通低碳鋼),普通鋼并不耐高溫氧化,在200~300℃時即產生可見的具有保護性的氧化膜,在400℃高溫下年氧化厚度接近0.5mm,而筒體內壁溫度更高,這就說明筒體的氧化十分嚴重。


高溫含硫燃氣中低碳鋼產生熱腐蝕,熱腐蝕破壞起正常保護作用的氧化膜,加速氧化速度;另外在高溫環境中氯和氯化物對鋼鐵產生強烈腐蝕。腐蝕產物可形成低沸點(324℃)的易揮發物的FeCI₃,使得腐蝕產物失去保護性,從而促進氧化和熱腐蝕。


2.2 筒體腐蝕處理方法


發現筒體出現腐蝕后,迅速組織技術人員將內壁腐蝕層清除,所有硅莫磚簡體均采用濕砌,定制加工磚將原磚縫錯開,增加一層擋磚圈,在擋磚圈腐蝕嚴重部分增設一圈不銹鋼板防止該處筒體內壁與耐火磚直接接觸,如圖3。

2.3 筒體腐蝕防范措施


筒體腐蝕主要原因是高溫氧化、硫化腐蝕、氯化腐蝕。考慮將堿性氣體或物料與筒體隔離,可減緩腐蝕,通常采用的措施包括:刷高溫防腐漆、裝不銹鋼板防止筒體內壁與耐火磚直接接觸;通過濕砌耐火磚包漿減小或消除磚縫也可把堿性物料與筒體隔離;點火投料是均勻掛窯皮,形成致密保護層可有效保護窯筒體;也可通過提高簡體厚度延長簡體壽命,日常巡檢維護按時對回轉窯筒體中心線及筒體厚度進行檢查。最后,停窯時RCI吸潮將大大加速筒體腐蝕,改進窯系統主機和輔機的運行可靠性,讓窯保證連續運轉也是重要防范措施。


3 結束語


應力與腐蝕是簡體裂紋產生的主要原因,腐蝕主要原因是高溫氧化、硫化腐蝕、氯化腐蝕。針對裂紋與腐蝕,我們采取了有效的處理方法,并提出了防范措施,為回轉窯穩定運行打下了堅實的基礎。



來源:《中國葛洲壩集團水泥有限公司、葛洲壩宜城水泥有限公司》


作者:朱攀勇、付金強、高先梨、余明江、王盛凱


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