安鋼100t轉(zhuǎn)爐汽化煙道漏水原因及改進方法

劉軍海

摘 要：汽化煙道是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵設(shè)備之一，其安全性關(guān)系到轉(zhuǎn)爐煉鋼的穩(wěn)定性和高效性。本文結(jié)合安鋼100 t轉(zhuǎn)爐汽化煙道，分析其漏水原因，總結(jié)其日常維護要點，并針對問題提出改進措施。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;汽化煙道;漏水;結(jié)垢

中圖分類號：TF341.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0058-02

Abstract： The vaporized flue is one of the main equipments that belong to BOF steelmaking， its safety refer to BOF steelmakings high efficiency and stability. Combining at the 100 ton BOF vaporized flue institution of Anyang iron & steel Group， it analysed its safety institution and summarized maintenances usually，and advanced some improvement measures for the problems.

Keywords： BOF;vaporized flue;leak;structure;improve

1 研究背景

安陽鋼鐵公司規(guī)劃的100 t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐工程是安鋼三步走發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的第一步，該工程于2004年3月26日正式投產(chǎn)，5月份產(chǎn)量10萬t，達到設(shè)計生產(chǎn)能力，創(chuàng)造了國內(nèi)同類爐型建設(shè)周期最短、達產(chǎn)最快的記錄。頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉時間短，一般冶煉時間為30～40 min，生產(chǎn)效率高，并且投資少、成本低、施工速度快。頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐有效改變了熔池的攪拌能力，可以減少噴濺，提高收得率。目前，轉(zhuǎn)爐在國內(nèi)占有絕對的優(yōu)勢，其主要系統(tǒng)設(shè)備包括轉(zhuǎn)爐本體設(shè)備、汽化冷卻系統(tǒng)、“OG”系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)、煤氣回收系統(tǒng)及其他設(shè)備。

轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)概括為煙氣的收集與輸導、降溫與凈化、抽引與放散三部分[1]。轉(zhuǎn)爐煙氣的溫度未燃法煙氣溫度一般為1 400～1 600 ℃，燃燒法廢氣溫度一般為1 800～2 400 ℃。因此，在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)中必須設(shè)置冷卻設(shè)備[1]。安鋼100 t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道共由7段組成，包括爐口升降罩、固定段、移動段、中Ⅰ段、中Ⅱ段、中Ⅲ段、末段煙道。固定段和移動段的強制冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是2臺高壓泵從48 m上方汽包抽水經(jīng)管道輸送到固定段及移動段煙道進水集箱，再通過進水集箱內(nèi)安裝的節(jié)流閥均布分配給煙道的各個支管，經(jīng)回水管路返回汽包。

2 存在的問題

安鋼頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐工程自2004年投產(chǎn)以來，轉(zhuǎn)爐汽化系統(tǒng)80%的故障為煙道漏水。汽化冷卻煙道漏水主要發(fā)生在固定段和移動段。如果發(fā)生漏水，須及時停止冶煉處理，這主要是因為若漏水量較大，冷卻水漏到爐內(nèi)可能發(fā)生爆炸，甚至造成人員傷亡的重大事故。固定段漏水爆管的破壞形式如圖1所示。

造成汽化冷卻煙道損壞的原因主要為冷卻水流量達不到冷卻要求，煙道內(nèi)部缺水，在高溫情況下迅速變形、燒損，最終導致漏水的發(fā)生。漏水事故對人員和設(shè)備造成極大的安全隱患。發(fā)生事故后，工作人員檢查管路發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部有大量的積垢（見圖2），造成管路堵塞。

固定段和移動段安裝在轉(zhuǎn)爐爐口位置，在吹煉過程中，直接承受轉(zhuǎn)爐熔池中高溫爐氣的輻射，移動段是引導煙氣流向的第一個彎段，因此固定段和移動段是汽化煙道中工作環(huán)境最惡劣的煙道。這兩段煙道對循環(huán)冷卻水流量有極高的要求，一旦管路堵塞，水流量不滿足要求，就會發(fā)生故障。原設(shè)計系統(tǒng)中，為防止管路堵塞，設(shè)置了高壓泵入口除污器和進水集箱的節(jié)流閥。

2.1 高壓泵入口除污器

固定段及移動段煙道的冷卻水來自兩臺安裝在0 m位置汽化泵組的高壓供水泵，供水壓力2.45 MPa。高壓供水泵的進水口安裝有一臺高壓除污器，高壓除污器內(nèi)布置有封閉的流量孔板，流量孔板上設(shè)計有5 236個孔徑是4 mm的圓孔，除污器下部設(shè)計有排污管路，從汽包到高壓泵的水質(zhì)必須經(jīng)過高壓除污器的過濾才能經(jīng)高壓泵輸送到16 m平臺的固定段和移動段煙道，進高壓泵的水質(zhì)雜質(zhì)直徑大于4 mm的都被高壓泵除污器過濾掉了，經(jīng)過高壓除污器的定時排污可以清除。一旦除污器長期沒有得到清理，污垢會被運送至進水集箱造成堵塞。

2.2 進水集箱的節(jié)流閥

固定段進水集箱是一個Φ159×10的環(huán)形封閉管路，內(nèi)部均勻安裝節(jié)流閥，共60個。每一個節(jié)流閥負責3根固定段煙道管路的供水，節(jié)流閥上均勻鉆30個孔徑為5 mm的圓孔。移動段煙道進水集箱是一個Φ219×12的環(huán)形封閉管路，內(nèi)部均勻安裝節(jié)流閥，共120個。每一個節(jié)流閥負責1根固定段煙道管路的供水，節(jié)流閥上均勻鉆30個孔徑為5 mm的圓孔。

集箱環(huán)管內(nèi)若有大塊的異物雜質(zhì)并不能堵塞節(jié)流閥，而大量較薄的5 mm左右的管路結(jié)垢垢片脫落附著在節(jié)流閥外側(cè)，會造成堵塞，甚至造成節(jié)流閥管路瞬間缺水。水流量不足會導致局部爆管，材料長時間受高溫作用，金相組織會逐漸發(fā)生變化。以最常用的20G為例，其原始組織為鐵素體和滲碳體，在高溫作用下滲碳體發(fā)生分解，析出的碳元素會集聚在鐵素體晶界的間隙內(nèi)，這種碳元素游離集聚的過程稱為石墨化。石墨化會使晶粒間的結(jié)合力減弱。在煙道高溫環(huán)境作用下，容易在晶界誘發(fā)形成微裂紋并逐漸擴展。同時，高溫使鋼的強度減弱，煙道管內(nèi)由于缺水，溫度急劇上升，在受熱管內(nèi)部壓力的作用下形成缺口效應(yīng)被撕裂，最終貫穿整個厚度，從而形成爆管。

綜上所述，煙道爆管的直接原因是煙道內(nèi)有積垢或者雜質(zhì)造成節(jié)流閥堵塞，影響冷卻水流量，最終造成事故。積垢或者雜質(zhì)的來源一部分是設(shè)備安裝施工時進入的，一部分是冷卻水在高溫下自身結(jié)垢并吸附在管壁上面。

3 改進措施

根據(jù)安鋼100 t轉(zhuǎn)爐的實際情況，特制定了煙道爆管漏水的預防措施。

3.1 煙道備件上線前的酸洗噴涂

汽化冷卻煙道上線前進行酸洗鈍化，一方面可以去除各類油污，氧化皮、焊斑;另一方面，轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中，會不可避免地產(chǎn)生噴濺，加劇煙道的磨損，噴涂后表面不易掛渣，同時表面的特殊材料可以緩解煙道的磨損，提高使用壽命。施工完畢后，注意將煙道進出口進行封閉從而防止進入雜物。

3.2 安裝維護標準化

汽化煙道上線進回水管道對接前認真檢查管道是否有雜物，并用壓縮空氣進行吹掃，管道對接前拋光機打磨，氬弧焊焊接，嚴格管控施工質(zhì)量。通過嚴格的施工要求防止焊渣氧化鐵皮等外來異物進入管道內(nèi)。

3.3 煮爐時的新增措施

轉(zhuǎn)爐開始煉鋼，即為煮爐開始。煮爐期間，轉(zhuǎn)爐冶煉仍按正常進行，但兩爐鋼開煉之間間隔時間為1 h，對汽化系統(tǒng)進行保壓，并對汽包和各段煙道、泵組除污器進行排污。排污原則為“勤排、快排、均勻排”。每次排污時，每個排污閥單次開啟時間不得超過30 s，連續(xù)兩次開啟間隔不得超過10 s，每個排污閥每次排污不得少于10次。排污完畢，在煉鋼前，再次將汽包水位補至正常。轉(zhuǎn)爐正常煉鋼后，三天內(nèi)加強對系統(tǒng)排污，排污時間為每小時一次，排污要求同煮爐期間一樣。

3.4 轉(zhuǎn)爐冶煉間斷4 h以上采取的措施

在生產(chǎn)過程中，煙道進水管溫度達到120 ℃左右，長時間停爐后水溫下降，再次冶煉后管道內(nèi)的溫度再次回到120 ℃，由于管道和垢片的膨脹系數(shù)不一致，部分長期積累的垢片會脫落。根據(jù)這種情況增加轉(zhuǎn)爐4 h以上的停爐生產(chǎn)頭兩爐冶煉結(jié)束后，利用回水壓力對固定段、移動段管路進行5 min以上的反沖洗排污，從而減少結(jié)垢的堆積。

4 結(jié)論

經(jīng)過以上措施的實施，在連續(xù)兩年的大修之后沒有出現(xiàn)燒損煙道的惡性事故。轉(zhuǎn)爐汽化煙道的安全運行，為安鋼100 t轉(zhuǎn)爐安全、可靠、高效生產(chǎn)提供有力的保障。本文提出的改進方案對同類型的機組有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]郭廷鋼.氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝及設(shè)備[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2001.