安钢100t转炉汽化烟道漏水原因及改进方法

刘军海

摘 要：汽化烟道是转炉炼钢的关键设备之一，其安全性关系到转炉炼钢的稳定性和高效性。本文结合安钢100 t转炉汽化烟道，分析其漏水原因，总结其日常维护要点，并针对问题提出改进措施。

关键词：转炉;汽化烟道;漏水;结垢

中图分类号：TF341.1文献标识码：A文章编号：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

安阳钢铁公司规划的100 t顶底复吹转炉工程是安钢三步走发展战略规划的第一步，该工程于2004年3月26日正式投产，5月份产量10万t，达到设计生产能力，创造了国内同类炉型建设周期最短、达产最快的记录。顶底复吹转炉冶炼时间短，一般冶炼时间为30～40 min，生产效率高，并且投资少、成本低、施工速度快。顶底复吹转炉有效改变了熔池的搅拌能力，可以减少喷溅，提高收得率。目前，转炉在国内占有绝对的优势，其主要系统设备包括转炉本体设备、汽化冷却系统、“OG”系统、转炉二次除尘系统、煤气回收系统及其他设备。

转炉烟气净化系统概括为烟气的收集与输导、降温与净化、抽引与放散三部分[1]。转炉烟气的温度未燃法烟气温度一般为1 400～1 600 ℃，燃烧法废气温度一般为1 800～2 400 ℃。因此，在转炉烟气净化系统中必须设置冷却设备[1]。安钢100 t顶底复吹转炉汽化冷却烟道共由7段组成，包括炉口升降罩、固定段、移动段、中Ⅰ段、中Ⅱ段、中Ⅲ段、末段烟道。固定段和移动段的强制冷却循环水系统是2台高压泵从48 m上方汽包抽水经管道输送到固定段及移动段烟道进水集箱，再通过进水集箱内安装的节流阀均布分配给烟道的各个支管，经回水管路返回汽包。

2 存在的问题

安钢顶底复吹转炉工程自2004年投产以来，转炉汽化系统80%的故障为烟道漏水。汽化冷却烟道漏水主要发生在固定段和移动段。如果发生漏水，须及时停止冶炼处理，这主要是因为若漏水量较大，冷却水漏到炉内可能发生爆炸，甚至造成人员伤亡的重大事故。固定段漏水爆管的破坏形式如图1所示。

造成汽化冷却烟道损坏的原因主要为冷却水流量达不到冷却要求，烟道内部缺水，在高温情况下迅速变形、烧损，最终导致漏水的发生。漏水事故对人员和设备造成极大的安全隐患。发生事故后，工作人员检查管路发现管道内部有大量的积垢（见图2），造成管路堵塞。

固定段和移动段安装在转炉炉口位置，在吹炼过程中，直接承受转炉熔池中高温炉气的辐射，移动段是引导烟气流向的第一个弯段，因此固定段和移动段是汽化烟道中工作环境最恶劣的烟道。这两段烟道对循环冷却水流量有极高的要求，一旦管路堵塞，水流量不满足要求，就会发生故障。原设计系统中，为防止管路堵塞，设置了高压泵入口除污器和进水集箱的节流阀。

2.1 高压泵入口除污器

固定段及移动段烟道的冷却水来自两台安装在0 m位置汽化泵组的高压供水泵，供水压力2.45 MPa。高压供水泵的进水口安装有一台高压除污器，高压除污器内布置有封闭的流量孔板，流量孔板上设计有5 236个孔径是4 mm的圆孔，除污器下部设计有排污管路，从汽包到高压泵的水质必须经过高压除污器的过滤才能经高压泵输送到16 m平台的固定段和移动段烟道，进高压泵的水质杂质直径大于4 mm的都被高压泵除污器过滤掉了，经过高压除污器的定时排污可以清除。一旦除污器长期没有得到清理，污垢会被运送至进水集箱造成堵塞。

2.2 进水集箱的节流阀

固定段进水集箱是一个Φ159×10的环形封闭管路，内部均匀安装节流阀，共60个。每一个节流阀负责3根固定段烟道管路的供水，节流阀上均匀钻30个孔径为5 mm的圆孔。移动段烟道进水集箱是一个Φ219×12的环形封闭管路，内部均匀安装节流阀，共120个。每一个节流阀负责1根固定段烟道管路的供水，节流阀上均匀钻30个孔径为5 mm的圆孔。

集箱环管内若有大块的异物杂质并不能堵塞节流阀，而大量较薄的5 mm左右的管路结垢垢片脱落附着在节流阀外侧，会造成堵塞，甚至造成节流阀管路瞬间缺水。水流量不足会导致局部爆管，材料长时间受高温作用，金相组织会逐渐发生变化。以最常用的20G为例，其原始组织为铁素体和渗碳体，在高温作用下渗碳体发生分解，析出的碳元素会集聚在铁素体晶界的间隙内，这种碳元素游离集聚的过程称为石墨化。石墨化会使晶粒间的结合力减弱。在烟道高温环境作用下，容易在晶界诱发形成微裂纹并逐渐扩展。同时，高温使钢的强度减弱，烟道管内由于缺水，温度急剧上升，在受热管内部压力的作用下形成缺口效应被撕裂，最终贯穿整个厚度，从而形成爆管。

综上所述，烟道爆管的直接原因是烟道内有积垢或者杂质造成节流阀堵塞，影响冷却水流量，最终造成事故。积垢或者杂质的来源一部分是设备安装施工时进入的，一部分是冷却水在高温下自身结垢并吸附在管壁上面。

3 改进措施

根据安钢100 t转炉的实際情况，特制定了烟道爆管漏水的预防措施。

3.1 烟道备件上线前的酸洗喷涂

汽化冷却烟道上线前进行酸洗钝化，一方面可以去除各类油污，氧化皮、焊斑;另一方面，转炉在冶炼过程中，会不可避免地产生喷溅，加剧烟道的磨损，喷涂后表面不易挂渣，同时表面的特殊材料可以缓解烟道的磨损，提高使用寿命。施工完毕后，注意将烟道进出口进行封闭从而防止进入杂物。

3.2 安装维护标准化

汽化烟道上线进回水管道对接前认真检查管道是否有杂物，并用压缩空气进行吹扫，管道对接前抛光机打磨，氩弧焊焊接，严格管控施工质量。通过严格的施工要求防止焊渣氧化铁皮等外来异物进入管道内。

3.3 煮炉时的新增措施

转炉开始炼钢，即为煮炉开始。煮炉期间，转炉冶炼仍按正常进行，但两炉钢开炼之间间隔时间为1 h，对汽化系统进行保压，并对汽包和各段烟道、泵组除污器进行排污。排污原则为“勤排、快排、均匀排”。每次排污时，每个排污阀单次开启时间不得超过30 s，连续两次开启间隔不得超过10 s，每个排污阀每次排污不得少于10次。排污完毕，在炼钢前，再次将汽包水位补至正常。转炉正常炼钢后，三天内加强对系统排污，排污时间为每小时一次，排污要求同煮炉期间一样。

3.4 转炉冶炼间断4 h以上采取的措施

在生产过程中，烟道进水管温度达到120 ℃左右，长时间停炉后水温下降，再次冶炼后管道内的温度再次回到120 ℃，由于管道和垢片的膨胀系数不一致，部分长期积累的垢片会脱落。根据这种情况增加转炉4 h以上的停炉生产头两炉冶炼结束后，利用回水压力对固定段、移动段管路进行5 min以上的反冲洗排污，从而减少结垢的堆积。

4 结论

经过以上措施的实施，在连续两年的大修之后没有出现烧损烟道的恶性事故。转炉汽化烟道的安全运行，为安钢100 t转炉安全、可靠、高效生产提供有力的保障。本文提出的改进方案对同类型的机组有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]郭廷钢.氧气转炉炼钢工艺及设备[M].北京：兵器工业出版社，2001.