《冶金高爐高溫熱偶損壞原因分析和改進措施》論文發表期刊：《中國金屬通報》；發表周期：2021年02期

《冶金高爐高溫熱偶損壞原因分析和改進措施》論文作者信息：陳龍 ,男 ,生于 1981年，漢族 ,甘肅白銀人 ,中級工程師 ,本科 ,研究方向 ：化工自控及儀表。

　　摘要：本文從四個方面重點介紹了高溫熱偶特殊技術要求、高溫熱偶損壞情況對比、高溫熱偶損壞的原因分析以及采取的措施，在延長高溫熱偶的使用周期、降低高溫熱偶采購成本兩方面都取得的顯著效果。

　　關鍵詞：冶金高爐;高溫熱偶;套管;結焦;粘黏;改進;壓力測試;延長使用周期

　　冶金高爐高溫熱偶用以在預熱、正常運行和冷卻過程中測量高爐爐膛反應區的溫度。爐膛環境嚴酷，高溫1373℃、高壓

　　6.5MPa、一氧化碳、氫氣、未充分燃燒的煤渣沖刷和結焦等同時存在，在了解高爐運行條件和性能方面有著重要作用，可間接反映燃料品質的好壞。每臺冶金高爐安裝有4支高溫熱偶，沿高爐周圍上下左右平均分布，氣化裝置設計三臺高爐，高爐單周期運行安裝12支。

　　自高爐投用以來，由于設備停用頻繁、礦物燃料的品質不高、安裝不準確和高溫熱偶設備自身等多方面缺陷等因素導致高溫熱偶損壞情況居高不下，既影響了工藝人員對冶金高爐溫度監視，也增加了設備購置成本。為了延長高溫熱偶的使用周期，降低高溫熱偶采購成本，我公司以同行業先進企業為標桿，認真組織分析設備損壞原因，積極聯系國內高溫熱偶生產廠家考察解決方案，采用貨比三家的方式，選擇性價比最好的產品，以下是冶金高爐高溫熱偶損壞原因分析。

　　1高溫熱偶特殊技術要求

　　由于應用工況特殊，高爐高溫熱偶區別于普通熱偶的技術要求主要包括以下五個方面：

　　(1)應用場合要求：高溫熱偶結構需要滿足高爐爐壁襯里厚度變化和熱偶頂端沖刷變形、振動等保護要求，即熱偶可通過調節自身的伸縮量達到最佳的測量位置，設置萬向轉球、限位導向管、減振彈簧、耐磨材料，滿足耐高溫、高壓、溫度壓力驟變及抗沖刷要求。

　　(2)安全無泄漏：具有熱偶前端保護管和探頭斷裂，預防高爐介質從保護管泄漏的結構功能。

　　(3)過程更換要求：采用變徑雙法蘭組安裝方式，滿足高爐預熱、正式測量等過程更換測溫元件要求。

　　(4)熱電性能保證性：保護管內采取隔離措施，阻止爐氣進入熱偶內部，腐蝕和還原熱偶絲，預防熱偶使用過程中熱偶絲損壞。

　　(5)保護管抗損壞：在高溫和高壓工況下，熱偶保護管防止安裝孔有燃料殘渣等硬物變形，和切換治金高爐降溫形成的燃料粘黏物對拆卸高溫熱偶時，對保護管產生的損毀。

　　2高溫熱偶實際使用情況分析

　　我公司高爐高溫熱偶長期選用國產某公司的產品，大部分熱偶使用周期能夠滿足高爐投料至停爐一個周期，在倒爐切換更換熱偶時全部損壞，個別高溫熱偶在冶金高爐升溫或者正常運行中損壞。

　　我公司對高爐投用以來高溫熱偶損壞情況做了統計，自2014年1月16日氣化投料至2015年，損壞高溫熱偶約138支，按照國內某公司制造的高溫熱偶采購價格，每支高溫熱偶的價格約人民幣1.7萬元，138支高溫熱偶估算人民幣234.6萬元，2015年之后，改進效果顯著。

　　我公司組織對高溫熱偶的損壞原因進行詳細分析，高爐倒爐次數是熱偶損壞數量多少的重要原因，另外安裝操作不規范、選用設備質量缺陷等也是造成熱偶損壞的原因，我公司分別從技術、管理和操作上采取措施解決問題，從統計表可以看出，取得了效果。

　　從圖4看出，我公司采取有效措施后，取得了很好的效果，高溫熱偶損壞率得到控制，為公司節省了采購資金。

　　3高溫熱偶損壞原因分析

　　為了降低高爐高溫熱偶損壞頻次，我公司組織技術人員對損壞的原因進行分析，歸納為五個方面：

　　3.1 保護管材料強度影響

　　冶金高爐高溫熱偶應用溫度1373℃，操壓力6.5MPa，如表2設計數據表所示。

　　由于金屬材料難以滿足這種溫度和壓力工況要求，高溫熱偶生產商選用碳化硅內襯納米陶瓷材料制造熱偶保護套管的端部，碳化硅能夠承受1600℃高溫，但高溫狀態下強度較弱，外力作用或者溫度驟然升降都可能損壞套管，進而毀壞內部熱偶。

　　3.2 高爐內壁焦油粘黏

　　冶金高爐使用高溫耐火磚作為內襯，為了準確檢測到高爐內部溫度，高溫熱偶端部需要靠近耐火磚內表面，受煤種含硫太高等有害成分影響，高爐運行時耐火磚上附著的焦油將高溫熱偶頂端保護管粘黏，高爐降溫后形成堅硬的焦油層，每次高爐停爐后拆卸熱偶，會出現保護套管頂部斷裂現象，伴隨內部熱偶絲損壞，造成高溫熱偶報廢。

　　3.3安裝操作過程缺陷

　　按照高爐投用過程要求，高爐烘爐應使用升溫熱偶(K型)，溫度上升到800℃左右時拆掉升溫熱偶，換成高溫熱偶(B型)。

　　“熱裝”過程中，個別員工不了解安裝要求，拆除升溫熱偶后直接將高溫熱偶插到底，使得保護套管溫度瞬間從環境溫度升高到爐內溫度，保護套管不同材料部位膨脹速度不同，形成損壞或者使用壽命縮短。

　　3.4 套管頂部沖刷損壞

　　如果熱偶保護管頭部伸出耐火磚內部面，高爐升溫時火焰直接燒到保護管端部造成過熱，運行中夾雜顆粒的氣體對保護管端部形成沖刷，停爐時堅硬的焦油造成耐火磚與套管頂部粘黏，影響熱偶使用壽命。

　　造成熱偶保護管頭部伸出耐火磚的原因有兩個方面，一是沒有測量安裝孔插深尺寸，及時調節高溫熱偶插身長度，二是耐火磚使用過程中內壁沖刷變薄，沒有及時調整熱偶插深長度，導致保護管頭部露出。

　　3.5 安裝孔內有雜質、毛刺損壞熱偶損壞熱偶。

　　4已采取的解決措施

　　為了減少過程更換和正常運行外部因素對高溫熱偶的損壞，我公司在充分分析損壞原因的基礎上，針對第二、三、四、五方面采取了應對措施：

　　(1)提高燃料的品質，硫含量等有害成分大大降低，從根本上解決了嚴重結焦的現象。

　　(2)安裝前對熱偶元件進行壓力測試，自制打壓工具，在鋼管上裝上與熱偶法蘭相配的裝置以及與氮氣瓶和壓力計的連接裝置，即可組裝成一個簡易的測試罐。熱偶組合應在高于正常汽化爐運行壓力100 psi(7 bar)的壓力下檢查有無泄漏，確認所有配件均無泄漏情況。

　　(3)烘爐與高溫熱偶換裝前，先使用與高溫熱偶同規格尺寸，用耐熱鋼制作的磨具套管試裝，清除安裝孔內的毛刺和燃料廢渣等雜物，孔內無阻擋物，內壁表面光滑，保證安裝高溫熱偶時順暢無阻礙。

　　(4)使用自制測深工具，三次測量出法蘭口到高爐耐火磚內側長度，取最小值，再據此調節合理的熱偶插入深度，對于新爐子插深減少10 ~20mm，運行一段時間的爐子，內壁磨損較大且不均勻，插深減少20 ~ 30mm，防止熱偶保護套管端部被礦物顆粒沖刷損壞。

　　(5)高溫熱偶保護套材料進行優化。采用材料表面涂層技術來解決高爐的高溫腐蝕、磨損問題是目前應用比較廣泛的一種方式。它發揮了表面技術的優勢，不是將不同的材料混合起來制作復合材料，而是將不同的材料組合起來發揮各自的特點，獲得優異的性能。采用熱噴涂的方法在套管表面形成金屬間化合物涂層、梯度功能涂層、納米陶瓷涂層等，獲得比較良好的耐熱、耐蝕和抗磨性，取得了很好的效果。金屬間化合物是一類新型的高溫機構材料，具有一系列的優異性能，尤其值得一提的是其耐熱性能特別突出。

　　(6)高溫熱偶插入高爐 500mm 預熱 10 分鐘，再插入 200mm預熱 10 分鐘，最后全部插入到位、固定，防止保護套管急速升溫出現裂痕，影響產品使用壽命。

　　5  結語

　　通過以上方法，高溫熱偶損壞情況有較大的改善，平均使用時間滿足甚至超過一個倒爐周期要求，取得了較好的效果。

　　參考文獻

　　[1] 王琿，張璞，朱法強，莊劍恒，高爐出鐵場高溫煙塵擴散與捕集特性模擬[].環境工程，2020，38(1)：123-129.

　　[2]封帆，淺析高爐冶煉中過程控制系統的設計特點[1.科技視界，2020(31)：56-58.

　　[3]陳詩林，高溫對高爐礦渣混凝土力學性能的影響試驗研究U1.消防科學與技術，2020，39(10)：1363-1365.

　　[4] 米良，康永飛，安鋼1-#高爐熱風爐高溫風機的應用與發展1I.甘肅冶金，2020，42(04)：23-24.

　　[5]趙越超，蓄熱式加熱爐用高爐煤氣直接點火烘爐技術應用論述U1.中國設備工程，2020(06)：185-186.

　　[6]趙潔玉，劉然，岳高，俞維平，蔣浩，可實現資源高效利用的高爐與COREX融合煉鐵新工藝1].能源與節能，2019(01)：2-4+ 18.

　　[7]王晏斌，高溫、強磨損環境熱電偶選型技術要求的探討1I.中國儀器儀表，2002(05)：46-48.