影響轉(zhuǎn)爐汽化煙道使用壽命的原因分析與對(duì)策

曹海平 歐陽(yáng)鋼 熊季就 吳湧濤 劉佳浩

(方大特鋼科技股份有限公司)

影響轉(zhuǎn)爐汽化煙道使用壽命的原因分析與對(duì)策

曹海平 歐陽(yáng)鋼 熊季就 吳湧濤 劉佳浩

(方大特鋼科技股份有限公司)

通過對(duì)汽化煙道及附件使用壽命的原因分析，查找出并實(shí)施了針對(duì)性的“提高除氧能力、增加冷卻水流量、避免冷卻死角”等解決對(duì)策。實(shí)施后，汽化煙道及附件使用壽命明顯得到提高，為提高煉鋼產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)減少了汽化煙道及附件更換費(fèi)用，節(jié)約了設(shè)備備件成本。

煙道 腐蝕 除氧 流量 冷卻死角

0 前言

轉(zhuǎn)爐汽化煙道是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要配套設(shè)備之一，工作時(shí)最大限度地收集、輸送和冷卻轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的煙氣。煙氣溫度高(1 600 ℃)，含塵量大，流速快，急冷急熱變化頻繁和波動(dòng)大，工況極為惡劣。轉(zhuǎn)爐汽化煙道包括活動(dòng)罩裙、煙道、水冷下料管、水冷氧槍口四類冷卻件；煙道分固定段煙道、中間段煙道、末段煙道三種。轉(zhuǎn)爐汽化煙道按冷卻介質(zhì)溫度又可劃分為兩類：汽化冷卻件與常溫冷卻件。煙道與活動(dòng)罩裙屬汽化冷卻件，水冷下料管與水冷氧槍口屬常溫冷卻件。

方大特鋼煉鋼廠擁有3座80 t頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐，2014年前轉(zhuǎn)爐汽化煙道使用壽命較低(詳見表1示)，為此3座轉(zhuǎn)爐的汽化煙道平均每年檢修、備件費(fèi)用隨之高達(dá)500多萬元，占煉鋼廠設(shè)備年總費(fèi)用的12.5 %左右。轉(zhuǎn)爐汽化煙道的維修、更換時(shí)間占年總停爐時(shí)間的60 %以上。同時(shí)轉(zhuǎn)爐汽化煙道漏水也影響到品質(zhì)鋼的冶煉質(zhì)量，漏水進(jìn)入鋼水中會(huì)增加鋼水中H的含量，軋材時(shí)產(chǎn)生(氫致)裂紋等缺陷。因此，提高轉(zhuǎn)爐汽化煙道的冷卻件使用壽命對(duì)降低設(shè)備成本、提升產(chǎn)能、改善產(chǎn)品質(zhì)量等有十分重要的作用。

表1 2014年前轉(zhuǎn)爐汽化煙道使用壽命情況

1 影響轉(zhuǎn)爐汽化煙道使用壽命的原因分析

1.1 活動(dòng)罩裙與煙道汽化冷卻件

活動(dòng)罩裙與煙道冷卻件材質(zhì)均為20 g密排管式結(jié)構(gòu)。方大特鋼煉鋼廠汽化冷卻系統(tǒng)是依靠?jī)膳_(tái)除氧水箱為三座轉(zhuǎn)爐的活動(dòng)罩裙與煙道提供冷卻用水，活動(dòng)罩裙出水直接流回到除氧水箱再次循環(huán)，汽包進(jìn)水則變成蒸汽輸送至用戶，活動(dòng)罩裙與煙道進(jìn)出流程圖如圖1所示。

影響活動(dòng)罩裙與煙道使用壽命的原因有很多，收集十年來的活動(dòng)罩裙與煙道使用壽命短的案例和數(shù)據(jù)展開分析。

圖1 活動(dòng)罩裙與煙道進(jìn)出流程圖

1.1.1 影響活動(dòng)罩裙與煙道使用壽命的原因分析

活動(dòng)罩裙與煙道在使用過程中有一個(gè)共同現(xiàn)象，就是在壽命的中后期時(shí)，開始會(huì)出現(xiàn)管壁開裂漏水，過后(2個(gè)月左右)會(huì)出現(xiàn)管壁橫裂現(xiàn)象，并且管壁變得很薄而且無法補(bǔ)焊。

觀察活動(dòng)罩裙與煙道多年運(yùn)行情況和于現(xiàn)場(chǎng)解剖實(shí)物看，并沒有發(fā)現(xiàn)活動(dòng)罩裙與煙道的管道內(nèi)壁有結(jié)垢或殘存堵塞物等，故可以排除管道結(jié)垢、或堵塞物影響傳熱因素。查操作規(guī)程的實(shí)施，沒有發(fā)現(xiàn)不合規(guī)操作，對(duì)比(對(duì)標(biāo))外廠操作控制，也沒有異常之處，排除違規(guī)操作因素。

通過解剖下線的活動(dòng)罩裙與煙道還發(fā)現(xiàn)，殘存的管道厚薄不均，且薄弱的管壁內(nèi)壁呈“坑坑洼洼”狀，明顯發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，活動(dòng)罩裙、煙道受熱管腐蝕如圖2所示。腐蝕一般有酸堿腐蝕和氧腐蝕兩種，冷卻水質(zhì)一直在做跟蹤水質(zhì)化驗(yàn)分析，軟化水的PH值基本控制在7～8之間，屬正常控制，因條件限制沒有做水質(zhì)溶解氧；2014年在檢測(cè)中心人員幫助下，采取防止水樣污染的前提下，取得了活動(dòng)罩裙與煙道的進(jìn)水樣進(jìn)行溶解氧分析，結(jié)果數(shù)據(jù)為3.7 mg/L、4 mg/L，明顯高于GB1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)的溶解氧為≤0.05 mg/L的要求[1]；國(guó)標(biāo)要求的軟水質(zhì)要求和實(shí)際控制水平對(duì)比見表2，從表2可以看出，活動(dòng)罩裙與煙道中軟水氧含量實(shí)際控制是國(guó)標(biāo)要求的74倍，由此判斷發(fā)生了管道內(nèi)發(fā)生了氧腐蝕。

圖2 活動(dòng)罩裙、煙道受熱管腐蝕圖

表2 GB1576-2008對(duì)軟水質(zhì)要求和實(shí)際控制對(duì)比

補(bǔ)充軟水指標(biāo)GB1576要求實(shí)際控制濁度FTU≤5.02.3硬度mmol/L≤0.0300.010pH(25℃)7.0～9.007.6溶解氧amg/L≤0.0503.7、4.0

注：表中是額定蒸汽壓力在1.6～2.5MPa間對(duì)應(yīng)補(bǔ)充軟水的國(guó)標(biāo)要求和實(shí)際。

1.1.2 氧腐蝕發(fā)生機(jī)理

當(dāng)活動(dòng)罩裙與煙道的進(jìn)水中氧含量過高時(shí)，水中的氧離子增多，而溶解的氧離子極易接受電子，且氧離子接受電子的能力與溫度有很大關(guān)系，溫度越高氧離子接受電子速度明顯加快；高溫?zé)煔馔ㄟ^活動(dòng)罩裙與煙道，與管道接觸面是高溫一側(cè)；氧含量高的水在管道內(nèi)遇高溫管壁一側(cè)，加快了氧離子與金屬電子結(jié)合，即高溫管壁一側(cè)的部位失去電子速度明顯加快，從而形成極化現(xiàn)象，加快了管道內(nèi)高溫一側(cè)的腐蝕，而溫度低的另一側(cè)反而會(huì)形成陰極保護(hù)，而不被氧化。形成去極化反應(yīng)方程式為：

O2+4e+2H2O→4OH-

氧是去極化反應(yīng)的去極劑，產(chǎn)生對(duì)高溫管壁一側(cè)的腐蝕反應(yīng)，致使管壁高溫一側(cè)因腐蝕變薄而另一側(cè)管壁沒有腐蝕管壁厚度不變，對(duì)比形成一側(cè)薄一側(cè)厚的現(xiàn)象，“坑坑洼洼”點(diǎn)就是去極化反應(yīng)發(fā)生點(diǎn)。

同時(shí)，氧還能將溶于水中的Fe(OH)2氧化，生成Fe(OH)3沉淀，沉淀物會(huì)隨水流沖走，由加快了Fe(OH)2的生成，從而加快腐蝕。

此外，通過查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)冷卻水流量實(shí)際與設(shè)計(jì)有相差，汽化汽化煙道及附件冷卻水實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量對(duì)比見表3。冷卻水量低，帶走熱量不及時(shí)，從而使得管壁溫度高，一方面加劇管壁的去極化反應(yīng)(氧腐蝕)，另一方面也會(huì)產(chǎn)生管壁的熱疲勞，一定程度演變成裂紋。

表3 汽化煙道及附件冷卻水實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量對(duì)比

注：汽化煙道只有爐口段煙道采用流量計(jì)，活動(dòng)罩裙有流量計(jì)。

因此，影響活動(dòng)罩裙與煙道使用壽命的原因?yàn)椋?1)冷卻水氧含量高，除氧系統(tǒng)能力差;(2)冷卻水流量偏低。

1.2 水冷下料管與水冷氧槍口

水冷氧槍口與水冷下料管結(jié)構(gòu)相同均屬板式隔板結(jié)構(gòu)，即在內(nèi)、外筒間用隔板隔出循環(huán)水路，冷卻水在隔板水路中循環(huán)冷卻內(nèi)、外筒。

1.2.1 影響水冷下料管與水冷氧槍口使用壽命的原因分析

水冷下料管、水冷氧槍口的使用壽命一般半年或多些，主要就是漏水，而漏水點(diǎn)基本在底部焊縫與對(duì)接焊縫開裂處，水冷下料管、水冷氧槍口漏水部位如圖3所示。

圖3 水冷下料管、水冷氧槍口漏水部位

通過對(duì)更換下線的水冷下料管、水冷氧槍口進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)：水路隔板未滿焊造成竄水，水路被(竄水)短接后流暢不夠形成冷卻死角，加之焊縫為單面焊強(qiáng)度不夠，同時(shí)水冷下料管還存在內(nèi)筒被物料沖擊磨損減薄，進(jìn)一步降低了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此造成常溫水冷下料管、水冷氧槍口使用壽命短的主要原因?yàn)椋?1)水路隔板竄水，形成冷卻死角；(2)焊縫強(qiáng)度不夠；(3)水冷下料管內(nèi)筒減薄后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。

2 解決對(duì)策

2.1 針對(duì)活動(dòng)罩裙與煙道使用壽命低的對(duì)策

2.1.1 冷卻水氧含量高

冷卻水氧含量高是因?yàn)椋?1)除氧水箱除氧溫度、壓力不達(dá)標(biāo)，沒有實(shí)現(xiàn)除氧溫度、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)；(2)1#除氧水箱除氧能力不足，除氧量無法滿足1#轉(zhuǎn)爐、2#轉(zhuǎn)爐煙道、罩裙進(jìn)水流量要求，同時(shí)造成1#轉(zhuǎn)爐、2#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙水流量偏低；見表4。水中氧氣質(zhì)量濃度(氧濃度)與溫度、壓力的關(guān)系見表5[2]。

表4 除氧水箱運(yùn)行參數(shù)

表5 水中氧氣質(zhì)量濃度與溫度、壓力的關(guān)系 mg/L

解決對(duì)策：(1)新增一臺(tái)50 t/30m3除氧水箱專供2#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙與汽包 除氧用水，1#除氧水箱專供2#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙與汽包除氧用水；(2)對(duì)1#除氧水箱進(jìn)行自動(dòng)化改造，除氧蒸汽量與補(bǔ)充水量自動(dòng)配比，實(shí)現(xiàn)除氧溫度、壓力自動(dòng)控制；(3)對(duì)2#除氧水箱也進(jìn)行自動(dòng)化改造；(4)修改除氧水箱操作規(guī)程，完善除氧水箱運(yùn)行參數(shù)，使除氧溫度穩(wěn)定在102℃～104℃，壓力穩(wěn)定在0.02Mpa～0.03Mpa。

2.1.2 冷卻水流量偏低

造成冷卻水流量偏低是因?yàn)椋?1)1#、2#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙回水管徑偏小，按0.4 Mpa～0.6 Mpa水壓DN150的管道最大只能通過180 m3/h左右流量的水；(2)3#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙循環(huán)泵后閥門開啟度小；(3)3座轉(zhuǎn)爐爐口段煙道循泵出水閥門開度均偏小，造成供水流量偏低。

解決對(duì)策：(1)將1#轉(zhuǎn)爐、2#轉(zhuǎn)爐回水管道直徑從Φ159 mm加大到Ф219 mm；(2)3#轉(zhuǎn)爐活動(dòng)罩裙循環(huán)泵出水閥門改為電動(dòng)自動(dòng)開啟，降低啟動(dòng)時(shí)閥門開度過大造成沖擊；③增大3#轉(zhuǎn)爐爐口段煙道循環(huán)泵出水閥門開度，使循環(huán)水流量達(dá)到420 m3/h ～450 m3/h。

2.2 針對(duì)水冷下料管與水冷氧槍口使用壽命低的對(duì)策

前述造成水冷下料管與水冷氧槍口使用壽命低的原因有三個(gè)：(1)水路隔板竄水，形成冷卻死角；(2)焊縫強(qiáng)度不夠；(3)水冷下料管內(nèi)筒減薄后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。

造成問題的直接原因是設(shè)計(jì)缺陷和制作問題，因此，在與廠家溝通、商議的前提下，確定了以下三點(diǎn)解決對(duì)策：(1)水冷下料管、水冷氧槍口的水路隔板要求雙面滿焊焊接，不允許有竄水、滲透現(xiàn)象；(2)筒體對(duì)接焊縫要求雙面焊接或全融透焊接，焊縫高度不低于鋼板厚度；(3)水冷下料管內(nèi)桶鋼板厚度從10 mm增加18 mm，防止被物料磨損后鋼板減薄而強(qiáng)度降低，同時(shí)增厚后焊縫高度也將增加，從而焊縫不易開裂。

3 改進(jìn)效果

認(rèn)識(shí)問題的本質(zhì)，制定解決對(duì)策后，2014年逐步開始實(shí)施措施，經(jīng)逐條落實(shí)措施，從一個(gè)冷卻件到整個(gè)氣化煙道，從一座轉(zhuǎn)爐延伸到三座轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐汽化煙道漏水現(xiàn)象明顯減少，使用壽命得以提高。

(1)水冷下料管使用壽命從原來的6個(gè)月提高到現(xiàn)在15個(gè)月以上；

(2)水冷氧槍口使用壽命從原來的10個(gè)月提高到現(xiàn)在22個(gè)月，使用壽命已經(jīng)可以與轉(zhuǎn)爐爐襯使用壽命同步；

(3)活動(dòng)罩裙從原來使用8個(gè)月開始漏水到目前使用了18個(gè)月還未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，基本實(shí)現(xiàn)了與轉(zhuǎn)爐爐襯壽命同步；

(4)從2014年實(shí)施措施后的煙道至今都沒有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，有兩座轉(zhuǎn)爐的固定煙道壽命過22個(gè)月沒有發(fā)生漏水情況。

4 結(jié)語(yǔ)

方大特鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐汽化煙道經(jīng)落實(shí)改進(jìn)措施后，冷卻設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，轉(zhuǎn)爐汽化煙道的四類冷卻件壽命均提高一倍以上，漏水現(xiàn)象基本得到解決，不僅能確保生產(chǎn)順行，節(jié)約煙道維護(hù)與更換時(shí)間65 %以上，而且節(jié)省使用維護(hù)費(fèi)用不低于60 %，還有利于鋼水質(zhì)量(避免H危害)控制；同時(shí)說明“提高除氧能力、增加冷卻水流量、避免冷卻死角”等措施有效，為同類企業(yè)提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1] GB/T 1576-2008工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 童建明.轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)常見問題及解決對(duì)策[J].工業(yè)安全與環(huán)保.2008，34(2)：44-45.

CAUSES ANALYSIS AND COUNTERMEASURES OF EFFECT ON SERVICE LIFE FOR CONVERTER'S VAPORIZATION FLUE

Cao Haiping Ou Yanggang Xiong Jijiu Wu Yongtao Liu Jiahao

(Fangda Special Steel Technology Co., Ltd.)

Through the causes analysis of vaporization flue and accessories service life, such as “increasing capacity of removing oxygen and increasing the flow of cooling water, avoiding cooling blind angle ”have been implemented. Vaporization flue and accessories' service life have been significantly improved, it's a basis of improving steel production while reducing the vaporization flue and accessories replacement cost, saving the cost of spare parts.

Flue Corrosion Removing oxygen Flow rate Cooling blind angle

2016-8-20

*聯(lián)系人：吳湧濤，高級(jí)工程師，江西. 南昌(330012)，方大特鋼科技股份有限公司煉鋼廠;