轉(zhuǎn)爐汽化煙道漏水原因分析及改進(jìn)措施

李原野，王洪軍，張學(xué)武

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063606）

0 引言

轉(zhuǎn)爐汽化煙道作為轉(zhuǎn)爐工序重要組成部分，主要作用就是將轉(zhuǎn)爐吹氧過(guò)程中產(chǎn)出的高溫?zé)煔馀c煙道循環(huán)的軟水實(shí)現(xiàn)熱量交換[1]，實(shí)現(xiàn)煙氣冷卻的同時(shí)使循環(huán)的軟水加熱變成蒸汽，這樣回收的飽和蒸汽主要用于飽和蒸汽發(fā)電，是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐工序負(fù)能煉鋼的重要組成部分[2]。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道主要分為移動(dòng)段、固定段、斜煙道段、彎曲段四部分。在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中汽化煙道經(jīng)常處于多塵、高溫、高壓的環(huán)境下，當(dāng)氧槍開(kāi)始吹煉時(shí)，高溫、高壓煙氣經(jīng)過(guò)煙道量很大，造成煙道熱負(fù)荷劇增；而當(dāng)停止吹煉時(shí)，煙道中熱負(fù)荷又急劇減小。在這種冶煉周期工況下，熱負(fù)荷波動(dòng)非常頻繁，使得汽化煙道長(zhǎng)期處在惡劣的環(huán)境條件下，從而影響汽化煙道的使用時(shí)間，經(jīng)常出現(xiàn)煙道管壁開(kāi)裂和漏水問(wèn)題，直接影響煉鋼工序的生產(chǎn)組織的節(jié)奏，進(jìn)而增加維修費(fèi)用和冶煉的安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，以轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道實(shí)際運(yùn)行情況為分析點(diǎn)，分析漏水形成機(jī)理，并提出改進(jìn)措施，將有助于轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道破損機(jī)理研究，對(duì)增加汽化冷卻煙道設(shè)備的使用時(shí)間和飽和蒸汽噸鋼回收量具有著非常重要的意義。

1 存在的問(wèn)題

某鋼廠200 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)7 個(gè)月后，轉(zhuǎn)爐汽化系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部漏點(diǎn)，隨后的每次定修均需進(jìn)行煙道漏點(diǎn)處理。汽化煙道內(nèi)的軟循環(huán)冷卻水有較高的壓力，會(huì)從管壁裂開(kāi)的地方噴射出來(lái)，造成軟水消耗增加，其中軟水補(bǔ)水量與回收蒸汽質(zhì)量之比為1.45，比設(shè)計(jì)值高38%。當(dāng)瞬時(shí)流量很大時(shí)，部分冷卻水流入爐內(nèi)前未及時(shí)被高溫?zé)煔馄?，如果噴射出?lái)的水與熔融的鋼水發(fā)生接觸，會(huì)引起爆炸，發(fā)生嚴(yán)重的安全事故[4]；此外，冷卻煙道漏的水帶走熱量，影響飽和蒸汽的回收，進(jìn)而影響飽和余熱發(fā)電量[5]，蒸汽噸鋼回收量?jī)H為75 kg，處于行業(yè)較低水平，同時(shí)，煙道內(nèi)的漏水問(wèn)題增加了煙道設(shè)備維修費(fèi)用和檢修時(shí)間，進(jìn)而也會(huì)影響轉(zhuǎn)爐工序當(dāng)月作業(yè)率。

煙道內(nèi)漏主要集中在兩個(gè)位置：一是移動(dòng)段爬坡位置（見(jiàn)圖1），二是移動(dòng)段與斜煙道接口位置（見(jiàn)圖2）。以上兩個(gè)位置漏點(diǎn)主要表現(xiàn)是煙道管壁厚減薄嚴(yán)重，形成窩狀減薄坑洞，進(jìn)而發(fā)生泄漏。

圖1 移動(dòng)段爬坡位置漏點(diǎn)

圖2 移動(dòng)段與斜煙道接口位置坑洞漏點(diǎn)

汽化煙道外部漏點(diǎn)主要集中體現(xiàn)為拉蒙管焊口漏氣，蒸汽聯(lián)箱彎管位置漏氣，煙道腳手架孔、音頻化渣孔等開(kāi)孔補(bǔ)板位置漏氣，此類(lèi)漏氣表現(xiàn)為漏氣位置和時(shí)間均存在不確定性（見(jiàn)圖3）。

圖3 汽化煙道外部漏點(diǎn)

2 煙道漏水原因分析

2.1 煙道內(nèi)漏原因分析

移動(dòng)段煙道爬坡煙氣轉(zhuǎn)向位置有漏點(diǎn)，主要原因?yàn)椋捍禑掃^(guò)程中高速煙氣夾雜著各種顆粒狀粉塵沖刷，引起煙道管壁厚部分減薄[6]，特別是由于一次風(fēng)機(jī)選型偏大，在高風(fēng)速狀態(tài)下將較大顆粒的含鐵物料吸入煙道，引起煙氣轉(zhuǎn)向區(qū)域煙道管沖刷磨損較快。

在移動(dòng)段與斜煙道接口區(qū)域沖刷變薄，發(fā)現(xiàn)有窩狀坑洞漏水點(diǎn)，通過(guò)與廠家溝通，確認(rèn)漏水主要是由于高速煙氣在煙道結(jié)合部位造成煙氣渦流，反復(fù)沖刷該位置，引起該區(qū)域磨損嚴(yán)重。

2.2 煙道外漏原因分析

近期在開(kāi)孔補(bǔ)板區(qū)域頻繁發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，如煙道腳手架孔、音頻化渣孔等。分析原因主要是廠家設(shè)計(jì)制作時(shí)未考慮全面，沒(méi)有設(shè)置膨脹縫。

直煙道和彎曲煙道集箱出口彎頭非受熱面漏水、彎曲煙道集箱支管漏水，此兩處漏水原因?yàn)闊煹乐谱鬟^(guò)程中存在焊接缺陷，由廠家對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行修復(fù)。

2 號(hào)爐氧槍分叉管、1 號(hào)爐北溜槽分叉管及2 號(hào)爐固定罩均出現(xiàn)過(guò)縱向開(kāi)裂漏水，是由于煙道局部應(yīng)力集中，沒(méi)有完全消除，引起焊接薄弱部位裂開(kāi)漏水。

3 改進(jìn)措施

3.1 轉(zhuǎn)爐吹煉階段匹配不同轉(zhuǎn)速

由于原設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)選型偏大，造成在高風(fēng)速狀態(tài)下將較大顆粒的含鐵物料吸入煙道，造成煙氣轉(zhuǎn)向的地方煙道管壁沖刷磨損很大。針對(duì)一次風(fēng)機(jī)選型偏大問(wèn)題，通過(guò)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)匹配不同生產(chǎn)狀態(tài)的風(fēng)量來(lái)實(shí)施改造，設(shè)置合理的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)吹氧量將一次除塵風(fēng)機(jī)由原先的6 個(gè)轉(zhuǎn)速段調(diào)整到10 個(gè)轉(zhuǎn)速段自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)合理匹配風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低煙道沖刷磨損強(qiáng)度。同時(shí)，結(jié)合工藝冶煉參數(shù)對(duì)除塵系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化改造，以減少煙氣沖刷。

3.2 安裝維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化

改進(jìn)設(shè)備維護(hù)的操作規(guī)范，在煙道腳手架孔、音頻化渣孔等開(kāi)孔補(bǔ)板地方放置膨脹節(jié)；管道對(duì)接用拋光機(jī)打磨，氬埋弧焊焊接，嚴(yán)格把控焊接質(zhì)量。

3.3 修訂煙道壁厚替換標(biāo)準(zhǔn)

每個(gè)爐役測(cè)量區(qū)域內(nèi)煙道管原壁厚為5 mm，當(dāng)壁厚不足4 mm 時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換，更換完畢后對(duì)接口部位重新填充耐火料。使用新的耐磨堆焊技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造，并將其應(yīng)用于后續(xù)備件制作過(guò)程。

3.4 嚴(yán)格把控備件質(zhì)量

傳統(tǒng)的熱處理消除應(yīng)力的方式存在消除不徹底的問(wèn)題，因此消除焊接應(yīng)力可采用振動(dòng)法。振動(dòng)消除應(yīng)力原理是采用受控振動(dòng)能量對(duì)工件進(jìn)行處理，達(dá)到消除、勻化應(yīng)力的目標(biāo)。嚴(yán)格把控彎管煙道管，確保材質(zhì)、彎管壁厚、探傷等檢查100%全檢；逐根對(duì)彎曲后的每1 根受熱管進(jìn)行通球?qū)嶒?yàn)，通球直徑為25 mm，通球不合格的受熱管一律不得用于生產(chǎn)。

3.5 嚴(yán)格把控軟水水質(zhì)

在轉(zhuǎn)爐汽化冷卻水系統(tǒng)內(nèi)，隨著冷卻水的不斷蒸發(fā)，水質(zhì)會(huì)越來(lái)越差，產(chǎn)生一些具有腐蝕性的鹽類(lèi)，這會(huì)引起管壁腐蝕，造成管路變薄，進(jìn)而發(fā)生開(kāi)裂漏水；保證除氧器正常投用，杜絕循環(huán)水中的氧腐蝕管壁，嚴(yán)格把控軟水水質(zhì)，對(duì)汽包和除氧器水質(zhì)進(jìn)行每日檢測(cè)，針對(duì)化驗(yàn)指標(biāo)，及時(shí)進(jìn)行加藥和排污處理，保證循環(huán)水質(zhì)在規(guī)范的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)某煉鋼車(chē)間200 t 轉(zhuǎn)爐汽化煙道管壁漏水原因進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性的改進(jìn)措施后，實(shí)現(xiàn)汽化煙道在正常的使用期限內(nèi)不發(fā)生開(kāi)裂漏水問(wèn)題。在能源軟水消耗和蒸汽回收方面也取得很大的進(jìn)步，其中軟水補(bǔ)水量與回收蒸汽質(zhì)量之比由優(yōu)化前的1.45 降低到優(yōu)化后的1.08，日平均降低補(bǔ)水量24%；噸鋼蒸汽回收量由75 kg 提高到105 kg 以上，生產(chǎn)成本降低3.3 元/t，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。