Tata Steel Kalinganagar — теплоизоляция и футеровка воздухонагревателей ДП 5873 м³

Доменная печь объёмом 5873 м³ на Tata Steel в Калинганáгаре входит в число крупнейших в мире, и воздухонагреватели для неё подбирались соответственно: в таком масштабе футеровка воздухонагревателя — это капитальное решение, последствия которого сохраняются в течение проектной кампании, измеряемой десятилетиями. XZK поставила комплект теплоизоляции и футеровки воздухонагревателей — купол, камеру горения, насадку и полную систему теплоизоляции.

Клиент и условия работы завода

Печь такого размера предъявляет два требования, которых не возникает у меньших воздухонагревателей. Во-первых, объём насадки измеряется сотнями тонн, поэтому разница между единообразной премиальной спецификацией и правильно зонированной измеряется серьёзным капиталом. Во-вторых, воздухонагреватель должен удерживать свою геометрию в течение очень длительной кампании, поскольку стоимость простоя при промежуточном ремонте на печи такого размера многократно превышает любую экономию на материале.

Диагностика проблемы

Спецификация должна была одновременно ответить на три отдельных вопроса. Геометрия: каналы насадки должны оставаться открытыми, что делает ползучесть — а не содержание глинозёма — определяющим свойством на несущих рядах. Теплоизоляция: температуру кожуха требовалось удерживать в пределах нормы, что делает определяющим фактором конструкцию теплоизоляции, а не сам теплоизоляционный материал. Кампания: купол и камера горения должны были выдержать циклирование при переключениях в течение всей кампании, что делает термостойкость наверху столь же важной, как ползучесть.

Инженерное решение

• Купол и верхняя насадка — низкоползучий андалузитовый кирпич, ползучесть ≤0,2 % при 1400 °C × 50 ч, ТНРП ≥1580 °C. Андалузит в службе переходит в муллит, образуя тонкую сросшуюся микроструктуру, которая при той же рабочей температуре противостоит ползучести заметно эффективнее обычного высокоглинозёмистого кирпича, — и он удерживает эту геометрию, а не уплотняется.
• Средние ряды — низкоползучий высокоглинозёмистый кирпич, подобранный под фактически действующие температуру и нагрузку, а не под ряды, расположенные выше.
• Нижние ряды — низкоползучий шамотный кирпич для насадки, где требуется механическая стабильность и премиальные показатели ползучести уже не окупаются.
• Теплоизоляция — плотностная лестница, а не единый материал: легковесный динас в высокотемпературных зонах для объёмной стабильности, высокоглинозёмистый теплоизоляционный кирпич в промежуточном диапазоне и муллитовый теплоизоляционный кирпич там, где это позволяет температура. Подбор теплоизоляции по плотности под локальную температуру и есть то, что удерживает температуру кожуха вниз без избыточной изоляции зоны, которой она не нужна.

Поставка, документация и логистика

Ползучесть проверялась по каждой производственной партии, при указанном условии испытания, на каждом ряду, где ползучесть определяющая, — а не только при аттестации типа. Кирпич насадки прессовался по жёсткому допуску на размеры и поставлялся рассортированным по рядам и маркированным, поскольку при таком объёме насадки накопление допуска в 2 мм на кирпич сместило бы каналы на десятках рядов и позволило бы горячему газу короткозамкнуться по самым широким проходам. Очерёдность отгрузок следовала графику монтажа.

Монтаж и ввод в эксплуатацию

Монтаж шёл по графику рядов с контролем толщины шва и выравнивания. Компенсационный зазор купола в точке опирания проверялся до начала циклической службы. Сушка и разогрев велись по кривым материала, а температура кожуха контролировалась с первого розжига, чтобы конструкцию теплоизоляции можно было подтвердить измерением, а не предположением.

Результаты

Теплоизоляция, зонированная по плотности, снизила температуру кожуха до проектной цели, а геометрия воздухонагревателя удержалась в проектных значениях — без измеримого закрытия каналов, без дрейфа перепада давления, температура дутья в пределах спецификации. Зонированная спецификация материалов обеспечила проектную кампанию при стоимости материала существенно ниже, чем у единообразного премиального варианта, а экономия была вложена в ряды купола, где ползучесть и термоудар действительно определяющие.

Почему масштаб меняет спецификацию

Та же логика зонирования применима и к воздухонагревателю объёмом 500 м³, и к 5873 м³, но последствия ошибки не пропорциональны — они ступенчаты. На малом воздухонагревателе ряд купола с заниженной спецификацией может стоить промежуточного ремонта в плановый простой. На печи такого размера это стоит вывода воздухонагревателя из группы, а значит, весь цикл воздухонагревателей перебалансируется вокруг сокращённой конфигурации, и доступная печи температура дутья падает. Именно из-за этой асимметрии премиальный материал в данном комплекте был сосредоточен в куполе и камере горения, а не распределён, и именно поэтому проверка ползучести велась по партиям на каждом определяющем ряду. По той же причине теплоизоляция подбиралась по плотности под локальную температуру, а не задавалась единым материалом: избыточная изоляция зоны, которой она не нужна, отказывает медленнее, но столь же неизбежно, а недостаточная изоляция высокотемпературной зоны повышает температуру кожуха так, что исправлять это позже дорого.

Что применимо на других заводах

Теплоизоляцию следует задавать как плотностную лестницу под локальную температуру, а насадку — как градиент ползучести под локальную нагрузку. Оба решения относятся к зонированию, и оба дают больше, чем любое повышение марки в одном месте при той же стоимости.

Системный обзор приведён на странице футеровка воздухонагревателя, а второй зонированный комплект для воздухонагревателей описан в примере воздухонагревателей Baosteel в Чжаньцзяне.