100t转炉汽化冷却系统烟道使用寿命提高的实践

[摘 要]二分厂100t转炉采用顶底复吹、溅渣护炉技术，使转炉炉龄得到了提高。作为转炉生产的关键设备，整个汽化系统承受烟气的冲刷、传热及高温腐蚀。系统运行一段时间后，烟罩即发生漏水，严重影响和制约了生产的顺利进行。主要介绍转炉汽化烟道的损坏原因及应对措施与效果。

[关键词]转炉 汽化 冷却 烟道

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0044-01

前言

本系y采用复合冷却方式，即根据转炉烟道不同段的不同特点采用不同的循环系统。由于转炉修炉方式为上修炉，转炉烟道分为活动烟罩、炉口固定段、可移动段、中Ⅰ段、中Ⅱ段、中Ⅲ段、末段等七部分。烟道截面为圆形，其节圆直径为ф2636，为防止积渣烟道拐点角度为58°，烟气流速为～20m/s，烟道总长度～45m，烟道总受热辐射围档面积为～355m2;烟道设备金属总重量 （含烟道支、吊架）为～88t。转炉汽化冷却系统汽包工作压力为2.45MPa，蒸汽温度225℃。

1.概述

1.1 活动烟罩

由于活动烟罩的热强度大，在冶炼过程中需要经常升降，同时为活动烟罩密封采用氮封提供结构上的条件，设计采用将活动烟罩与除氧器通过热水循环泵相连接组成的低压强制循环系统，这样冷却构件的柔性连接容易处理，升降方便，可以延长活动烟罩的寿命;同时，既达到冷却的目的，又可将回收的这部分热量作为热力除氧器热源的一部分。转炉活动烟罩由15根ф60×5密排环管所组成，管与管之间焊圆钢;并设ф219×7的进、出水联箱各一个，为使每根受热管流量分配均匀，在每根受热管入口处装节流装置;活动烟罩上设有氮封环管;为配合活动烟罩的提升，活动烟罩上设有提升梁及滑轮;活动烟罩降罩时，受热辐射围档面积为～14m2;活动烟罩设备金属重量为～5.6t。为防止溅渣，活动烟罩受热面侧采用超音速镍铬合金金属喷涂。

1.2 炉口固定段和可移动段

为实现转炉上修炉和机械化修炉，同时考虑到炉口固定段和可移动段所处的环境较差、易损坏，另由于结构的特殊性，为保证其安全可靠、寿命长，设计采用将炉口固定段和可移动段与汽包通过热水循环泵相连接组成的高压强制循环系统。与自然循环相比，可以减少上升管和下降管数量，易于实现可移动段的开出。另外，可以避免由于热强度较高引起的局部冷却不均现象，从而提高设备的使用寿命。可移动段和中段之间设带制动装置的非金属补偿器用以吸收烟道的热膨胀及便于可移动段的开出。可移动段上设置一个氧枪口、二个下料口;氧枪口、下料口由于热负荷小、寿命短，因此采用水冷却方式。采用水冷，更换方便。炉口固定段由60根ф38×5的无缝钢管弯制形成，烟道壁受热管数为180根，受热管之间焊以扁钢及圆钢;并设ф159×10的进水环联箱及ф219×10的出水环联箱各一个。为使每根受热管流量分配均匀，在每根受热管入口处装节流装置;炉口固定段和可移动段之间密封采用砂封;炉口固定段上设有烟道支撑梁及油压千斤顶;炉口固定段受热辐射围档面积为～17m2;炉口固定段设备金属重量为～8.3t。为防止溅渣，炉口固定段受热面侧采用超音速镍铬合金金属喷涂。

1.3 中段和末段

中段和末段由于其工作环境相对好些，同时烟道结构也具备采用自然循环汽化冷却的条件，为节约电能，设计采用自然循环的汽化冷却方式。为了便于中段的加工和吊装及更换，将中段分为三段，即中Ⅰ段、中Ⅱ段及中Ⅲ段。为了便于烟道内故障的检修，在与末段相邻的中Ⅲ段上设有检修人孔。

中段和末段全部由118根ф60x5的无缝钢管加扁钢焊制而成;中段和末段的各段设ф219×10的进水环联箱及ф273×12的出水环联箱各一个;中Ⅰ段受热辐射围档面积为～75m2，设备金属重量为～13t;中Ⅱ段受热辐射围档面积为～58m2，设备金属重量为～5.7t;中Ⅲ段受热辐射围档面积为～67m2，设备金属重量为～12.3t;末段受热辐射围档面积为～67m2，设备金属重量为～12.3t。

2.发生问题的原因

2.1 汽化烟道循环结构存在缺陷，固定段及可移动段系统共用高压系统，两段段烟道之间存在供水分配扰动，影响固定段供水

2.2 烟道的设备制作和热处理技术要求高，其制作和热处理的好坏将直接影响到设备的使用寿命

在场内制作时，联箱与排管处焊接时，有焊渣存在联箱内，虽然开有人孔，但厂家不进行清理，在煮炉时，由于固定段和可移动段处安有节流装置，这些杂物不易排出，还容易堵在节流处，造成部分管路水流量不足，烧管爆管;另外，有些排污管法兰口不进行密封，往往造成二次污染。

2.3 水系统设计存在问题

泵组的选型设计为泵出口压力为最大，而烟道设计要求冷却水压力为，对设备存在的高度差和管道阻力损失等因素考虑不足，导致系统压力和流量都达不到要求。

2.4 烟道冷却水供水质量差

经过对漏水管道剖开后观察，冷却管内结垢严重，有杂物，造成个别冷却管堵塞或部分堵塞，更进一步降低了冷却效果，造成部分管路受热过高，表面发白，管子材质损坏，频繁发生漏水事故。

2.5 交变热应力

二分厂炼钢转炉冶炼周期为30-50分钟，由于转炉冶炼工艺操作的周期性，吹氧时烟气量最大，烟气温度也最高，起最高温度达1700℃，热负荷增大，关闭温度升高，停吹时，烟气总量下降为零，热负荷减小，管壁温度随之下降，使受热管产生周期性的热交变应力，极易造成热疲劳损坏，在水冷壁上会出现横向裂纹，直至破裂。

2.6 炉尘冲刷、腐蚀的原因

转炉烟尘的主要成分铁及其氧化物，其成分与冶炼操作制度、原材料质量以及炉气的燃烧率紧密相关，浓度是随吹炼时间而变化的，一般为120-150g/m3。烟尘的主要成分是低价氧化铁（Feo），约占70%。烟气在烟罩中流动时，粉尘与受热面管子产生摩擦而使受热管磨损。磨损程度与烟气流速有关，一般烟气流速控制在20-25m/s左右

3.解决措施

（1）固定段和可移动段管道用蝶阀分别控制其供水流量，由于固定段相对可移动段受热温度高，考虑在供水时，把可移动段蝶阀适当关小些，保证固定段冷却流量。

（2）严把备件质量关，每次厂家做好备件后，分厂派专业技术人员进行验收，发现问题就地整改，和厂家技术负责人签订出厂质量保证书，确保备件出厂时的质量。另外，在安装后煮炉时，拆除节流装置，充分煮炉结束后，再把节流装置安装上去。并在试运行后，每天测温跟踪，确保烟道运行稳定。

（3）由于设计流量为450t/h，在正常冶炼时，固定段和可移动段需要的冷却水流量相对要大一些，流量为540t/h左右，但是从运行曲线来看，在运行过程中，有时固定段流量会出现0的情况。针对这一情况，我们改进了高压循环泵的叶轮，由原来直径为180改为220，目前流量可达610t/h。有效消除了固定段0流量的现象。

（4）烟道排污很重要，包括排除各段烟道积存在底部的水垢，汽包积存在底部的水垢，汽包中的悬浮物，即水面排污，这是汽包内产生气泡，不易分离的主要原因。我们针对值班人员和汽化操作进行了严格的操作制度，每班由汽化工和值班工程师联合进行2次排污，并记录好。严格执行软水标准，每天进行取样化验，保证水质合格，减少烟道内管壁结垢影响传热效果。

（5）保证汽包的温度，一般在200℃。由于汽包和蓄热器组成一个系统，当汽包温度低于180℃时，汽包自动加热电动阀打开进行加热。这样就使烟道的温差保持在一个相对平衡的温度，减少了周期性的热交变应力的频率，保证了烟道的使用寿命。

（6）由于炉尘冲刷、腐蚀管壁是不可避免的。在烟道使用寿命末期，提前3个月，每次定修时对烟道管壁进行测厚，二分厂管壁厚度为5mm。记录好，掌握其厚度变化，对壁厚相对较小的，在每月的定修中进行更换。避免了突然停炉带来的损失。

4.结语

通过以上措施实施，烟道漏水得到控制，补焊周期延长，使检修压力得到缓解。烟道运行至今，无漏水等影响生产的事故发生，有效地保证了生产的顺利进行。