安鋼100t轉爐汽化煙道漏水原因及改進方法

劉軍海

摘 要：汽化煙道是轉爐煉鋼的關鍵設備之一，其安全性關系到轉爐煉鋼的穩定性和高效性。本文結合安鋼100 t轉爐汽化煙道，分析其漏水原因，總結其日常維護要點，并針對問題提出改進措施。

關鍵詞：轉爐;汽化煙道;漏水;結垢

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

安陽鋼鐵公司規劃的100 t頂底復吹轉爐工程是安鋼三步走發展戰略規劃的第一步，該工程于2004年3月26日正式投產，5月份產量10萬t，達到設計生產能力，創造了國內同類爐型建設周期最短、達產最快的記錄。頂底復吹轉爐冶煉時間短，一般冶煉時間為30～40 min，生產效率高，并且投資少、成本低、施工速度快。頂底復吹轉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，轉爐在國內占有絕對的優勢，其主要系統設備包括轉爐本體設備、汽化冷卻系統、“OG”系統、轉爐二次除塵系統、煤氣回收系統及其他設備。

轉爐煙氣凈化系統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，在轉爐煙氣凈化系統中必須設置冷卻設備[1]。安鋼100 t頂底復吹轉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水系統是2臺高壓泵從48 m上方汽包抽水經管道輸送到固定段及移動段煙道進水集箱，再通過進水集箱內安裝的節流閥均布分配給煙道的各個支管，經回水管路返回汽包。

2 存在的問題

安鋼頂底復吹轉爐工程自2004年投產以來，轉爐汽化系統80%的故障為煙道漏水。汽化冷卻煙道漏水主要發生在固定段和移動段。如果發生漏水，須及時停止冶煉處理，這主要是因為若漏水量較大，冷卻水漏到爐內可能發生爆炸，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，煙道內部缺水，在高溫情況下迅速變形、燒損，最終導致漏水的發生。漏水事故對人員和設備造成極大的安全隱患。發生事故后，工作人員檢查管路發現管道內部有大量的積垢（見圖2），造成管路堵塞。

固定段和移動段安裝在轉爐爐口位置，在吹煉過程中，直接承受轉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境最惡劣的煙道。這兩段煙道對循環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，就會發生故障。原設計系統中，為防止管路堵塞，設置了高壓泵入口除污器和進水集箱的節流閥。

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，高壓除污器內布置有封閉的流量孔板，流量孔板上設計有5 236個孔徑是4 mm的圓孔，除污器下部設計有排污管路，從汽包到高壓泵的水質必須經過高壓除污器的過濾才能經高壓泵輸送到16 m平臺的固定段和移動段煙道，進高壓泵的水質雜質直徑大于4 mm的都被高壓泵除污器過濾掉了，經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 進水集箱的節流閥

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

集箱環管內若有大塊的異物雜質并不能堵塞節流閥，而大量較薄的5 mm左右的管路結垢垢片脫落附著在節流閥外側，會造成堵塞，甚至造成節流閥管路瞬間缺水。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生分解，析出的碳元素會集聚在鐵素體晶界的間隙內，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合力減弱。在煙道高溫環境作用下，容易在晶界誘發形成微裂紋并逐漸擴展。同時，高溫使鋼的強度減弱，煙道管內由于缺水，溫度急劇上升，在受熱管內部壓力的作用下形成缺口效應被撕裂，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有積垢或者雜質造成節流閥堵塞，影響冷卻水流量，最終造成事故。積垢或者雜質的來源一部分是設備安裝施工時進入的，一部分是冷卻水在高溫下自身結垢并吸附在管壁上面。

3 改進措施

根據安鋼100 t轉爐的實際情況，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，轉爐在冶煉過程中，會不可避免地產生噴濺，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。

3.3 煮爐時的新增措施

轉爐開始煉鋼，即為煮爐開始。煮爐期間，轉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。轉爐正常煉鋼后，三天內加強對系統排污，排污時間為每小時一次，排污要求同煮爐期間一樣。

3.4 轉爐冶煉間斷4 h以上采取的措施

在生產過程中，煙道進水管溫度達到120 ℃左右，長時間停爐后水溫下降，再次冶煉后管道內的溫度再次回到120 ℃，由于管道和垢片的膨脹系數不一致，部分長期積累的垢片會脫落。根據這種情況增加轉爐4 h以上的停爐生產頭兩爐冶煉結束后，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，從而減少結垢的堆積。

4 結論

經過以上措施的實施，在連續兩年的大修之后沒有出現燒損煙道的惡性事故。轉爐汽化煙道的安全運行，為安鋼100 t轉爐安全、可靠、高效生產提供有力的保障。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.氧氣轉爐煉鋼工藝及設備[M].北京：兵器工業出版社，2001.