轉爐煤氣蓄熱烘烤技術在RH真空爐工藝中的應用

張亞男，李居明，董文利，任 彤，孟繁亞，馬正鋒

(1．河南濟源鋼鐵(集團)有限公司，河南 濟源 454650;2．中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

隨著鋼鐵行業的發展，RH真空爐精煉成為鋼鐵行業優特鋼產品轉型和企業增加利潤的首選工藝，越來越多的鋼鐵企業選用了RH爐外精煉工藝，其中真空槽耐材和浸漬管的烘烤是RH工藝中的重要環節，決定著RH的過程成本控制。我國現有真空槽的烘烤多采用外購天然氣或者焦爐煤氣烘烤，成本較高，其中天然氣烘烤直接介質成本達到10元/t鋼，焦爐煤氣也達到2～3元/t鋼。在鋼鐵大行業微利甚至虧損的背景下，降本增效成為鋼鐵企業逆境中求生的關鍵環節，針對河南濟源鋼鐵(集團)有限公司(以下簡稱河南濟鋼)RH工藝的現狀，河南濟鋼對RH真空槽烘烤系統進行轉爐煤氣改造，采用專門的轉爐煤氣長火焰蓄熱式節能烘烤技術，達到了預期目的，按照同樣的烘烤曲線，真空槽烘烤溫度最高達到1 300℃，不僅滿足了生產，更重要的是利用了公司富余轉爐或高爐煤氣，極大減少了天然氣的消耗，經濟效益和社會效益顯著。

1 現有RH烘烤工藝及燃燒介質

河南濟鋼現有RH采用新型三槽五位、雙處理工位的精煉工藝，在線兩個工作位，三個烘烤位，離線一個修砌干燥烘烤位，可實現在線快速移動換槽，不影響連續生產，設計產能年過鋼量100萬t，以生產軸承鋼、冷墩鋼、簾線鋼、彈簧鋼等為主。由于沒有自產焦爐煤氣，烘烤燃氣介質為外購天然氣，作業率50%，天然氣成本約10元/t鋼。為降低過程成本，河南濟鋼針對3臺在線烘烤器和1臺離線干燥烘烤器進行轉爐煤氣蓄熱式烘烤技術改造，實踐證明，此次改造達到了烘烤工藝要求，取得了較好的經濟效益。

2 轉爐煤氣蓄熱式烘烤器的改造

2.1 改造方案

本著盡可能利用原有烘烤器結構、設備和閥門的原則，采用了以下方案:

(1)利用原有的鋼架、包蓋升降系統、包蓋及基礎平臺;

(2)采用長火焰轉爐煤氣蓄熱式組合燒嘴，并配套改造引風機、鼓風機及換向系統;

(3)制作鼓風機管道，并入換向系統控制;

(4)安裝控制柜，主要控制引風及換向系統;

(5)燒嘴連接管道內鋪設防火材料;

(6)為保證煤氣的壓力穩定，在設備前段設置一個煤氣穩壓包。

該方案原理如圖1所示，真空槽1的烘烤器包蓋上裝有蓄熱式組合燒嘴2，蓄熱式組合燒嘴2包含煤氣噴口3和兩個自蓄熱口4，煤氣噴口位于組合燒嘴的中央，兩個自蓄熱口對稱分布在煤氣噴口兩邊。真空槽1的底部與引風機5連接，引風機5的排氣口與蓄熱式換熱器6的進煙口連接，排煙裝置7和鼓風機8分別連接在蓄熱式換熱器6的排煙口和進風口。蓄熱式換熱器6的熱空氣出口與轉爐煤氣噴口3連接，轉爐煤氣通過獨立管線給煤氣噴口3提供燃燒介質，兩個自蓄熱口4經換向閥9與抽風機10連接或斷開，自蓄熱口4和換向閥9之間設有蓄熱器。蓄熱式換熱器6的進氣口和排煙口之間設有蓄熱器，冷空氣和熱空氣的管道穿設于蓄熱器內，排出的熱煙氣將熱量傳遞給蓄熱器，蓄熱器對進入的冷空氣進行預加熱。

圖1 蓄熱式烘烤原理圖Fig.1 Heat storage principle

改造后的烘烤裝置如圖2所示。工作原理如下:引風機5啟動后，在真空槽底部形成對流流場，真空槽上部火焰的熱量通過向下流動的熱煙氣攜入真空槽底部，提高了真空槽底部對流換熱的強度，同時延長了火焰的長度。另一方面，引風機將真空槽內的熱煙氣引入蓄熱式換熱器內，經過熱量回收，廢氣溫度可降到200℃以下，減少了高溫煙氣排放對現場環境的影響。鼓風機8為煤氣噴口提供助燃用的冷空氣，此路冷空氣經過蓄熱式換熱器加熱后溫度可達到800℃，加熱后的熱空氣進入蓄熱式組合燒嘴和轉爐煤氣混合燃燒，加強了火焰長度、剛度和燃燒溫度。在烘烤過程中，蓄熱式組合燒嘴內的兩個自蓄熱口通過換向閥與吸風機交換接通，當其中一個自蓄熱口與吸風機連接時，另一個自蓄熱口與吸風機斷開，依此對組合燒嘴內的蓄熱器進行蓄熱，該蓄熱器對進入組合式燒嘴的熱空氣和轉爐煤氣進行二次預熱，以達到節能和提高溫度的目的。

經過風機、換向系統和蓄熱器的綜合作用，空氣、煤氣和熱煙氣在真空槽內的流動方向得到合理的控制，火焰的長度增加，在空氣的對流下形成“螺旋”火焰，使真空槽內部的溫度更加均勻，真空槽內溫度可高達1300℃，且真空槽內任何兩點的溫度差不超過50℃。

圖2 改造后的烘烤裝置Fig.2 Heating facility after reforming

2.2 改造后的技術參數

改造后的技術參數見表1。

表1 改造后的技術參數Tab.1 technical parameters after reform

真空槽總長為7.6 m，配套使用的燒嘴為長火焰專用燒嘴，火焰長度最長達到9 m，完全滿足烘烤要求，而且火焰能到達浸漬管位置。為節約能源，烘烤裝置配有熱交換器和蓄熱式燒嘴，使烘烤的熱效率大大提高，烘烤設備的點火裝置和調節裝置能實現全自動控制。具有高壓電子打火、火焰自動傳輸、火焰監測，有毒有害氣體的現場監測報警，火焰熄滅、氣源壓力不足自動切斷等功能，另外還可按升溫曲線的要求實現烘烤介質等比例調節和控制。該設備運用計算機實現溫度、燃氣、空氣流量自動調節，低壓報警，在保證安全的情況下滿足生產需求。

3 轉爐煤氣烘烤的效果

3.1 實際烘烤效果

(1)小火烘烤(15 h)。煤氣調節閥開口度25%，按照烘烤曲線自動調節引風量和鼓風量。每3 h進行一次激光測溫，15 h測溫5次，火焰長度5.5 m。溫度變化見表2。

表2 小火烘烤溫度變化Tab.2 change of temperature in small fire

(2)450℃提溫階段(中火12 h)。煤氣調節閥開口度50%，按照烘烤曲線自動調節引風量和鼓風量。每3 h進行一次激光測溫，12 h測溫3次，火焰長度8.5 m。溫度變化見表3。

表3 450℃升溫階段溫度變化Tab.3 change of temperature in heating-up stage

(3)中火保溫階段。煤氣調節閥開口度50%，按照烘烤曲線自動調節引風量和鼓風量。每4 h進行一次激光測溫，溫度升高較快，火焰長度8.5 m。溫度變化見表4。

表4 中火保溫階段溫度變化Tab.4 change of temperature in keeping temperature stage

溫度高于1 250℃后，按照烘烤曲線自動調節引風量和鼓風量。保溫5 h后，連續三次測溫。溫度變化見表5。求，可以進行生產。

表5 高溫階段溫度變化Tab.5 change of temperature in high temperature stage

3.2 實際烘烤曲線

烘烤系統改造后，每3小時記錄一次溫度，整個烘烤過程的時間-溫度曲線如圖3所示。圖中虛線表示維修后的真空槽烘烤過程，實線表示新砌槽的烘烤過程。對于新砌槽，先快速升溫6 h，達到245℃，平均溫升40℃/h。然后慢火烘烤，熱量向耐材內傳遞，溫升15℃/h。當槽溫達到500℃時保溫3 h。然后加大火焰，使溫升保持在45℃/h，等槽溫達到1 250℃后再對真空槽保溫。至此，真空槽已滿足RH工藝的溫度要

圖3 實際烘烤曲線Fig.3 actual heating curve

3.3 改造后經濟效益

轉爐煤氣與天然氣烘烤的經濟效益比較見表6。

表6 經濟效益比較Tab.6 economic benefits compare

4 結束語

河南濟鋼RH真空槽的烘烤實現轉爐煤氣或者轉爐高爐混合煤氣烘烤的改造取得了完全的成功，改造后設備運行安全穩定，生產正常。此次改造在全國RH真空槽的烘烤上實現了首創，實踐證明:RH真空槽轉爐煤氣蓄熱式烘烤技術是成功的，具有投資少、見效快、安全穩定等技術特點，有著廣泛的社會推廣價值，經濟效益顯著。

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