張雪松 鄭琳 郭世晨 崔文娟
(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司)
摘 要：根據首鋼京唐公司轉爐汽化冷卻系統在實際生產運行過程中存在氮氣消耗量大、積渣擠壓罩裙環管、進水聯箱配水不均和工頻引起的電能浪費等問題，有針對性的采用機械密封、增設低壓報警檢測、增加入水口、加固溜槽聯箱和工頻改變頻等改造優化，不僅每年節約370余萬元，而且降低了汽化煙道的故障率。
關鍵詞：轉爐；汽化冷卻；改造
首鋼京唐公司300t轉爐冶煉周期約36min, 其中加廢鋼(3min) →兌鐵水(4 min)→吹煉 (15 min) →副槍檢測(4 min) →出鋼(5min) →濺渣護爐(3 min) →倒渣(2min)。轉爐冶煉的特點是生產負荷波動大、不穩定。吹氧期間負荷最大，爐內鋼水溫度最高，約為1700℃。
因此，汽化冷卻系統產蒸汽的過程波動同樣非常大,時刻發生著應力變化。轉爐汽化冷卻設備的實質即余熱鍋爐，轉爐煉鋼爐口產生的煙氣溫度約為1500℃ ,汽化煙道出口要求煙氣溫度為800~ 1000℃。設置汽化冷卻系統的目的是，收集轉爐冶煉過程中產生的高溫煙氣，利用循環水將煙氣冷卻并充分回收其中的熱量，進而滿足下一步除塵和煤氣回收的要求，保證轉爐煉鋼的安全生產；同時可產生蒸汽回收大量的熱能，供生產或生活使用，降低轉爐煉鋼的生產成本。轉爐汽化冷卻煙道實際運行情況不是很理想，在生產過程中出現各種各樣的問題，導致停爐檢修，嚴重影響生產，經過不斷改造優化，在生產運行和節能方面取得了良好的效果。
1 汽化煙道的組成和工作原理
汽化冷卻煙道由下到上依次為罩裙、固定煙道、移動煙道、斜直冷卻煙道和尾部煙道。其中移動煙道兩側各有一個加料溜槽，上部有氧槍孔和副槍孔。整個煙道系統設計三種循環方式，分別為高壓強制循環、高壓自然循環和低壓強制循環。
罩裙、溜槽、氧槍孔和副槍孔通過低壓循環泵在低壓強制循環下工作，除氧器是低壓循環系統的汽包。除氧水經過下降管，利用低壓循環泵升壓送入裙罩、氧槍口、副槍口以及下料溜槽的水冷部件后，再經過上升管送回除氧器。水冷部件吸收的熱量用于給水的除氧，能夠大大減少除氧所需要的輔助蒸汽用量。
高壓強制循環流程：汽包中的欠飽和水-下降總管→熱水循環泵升壓→下降支管→分配聯箱-煙道水冷壁冷卻構件，吸收轉爐煙道傳給的熱量變為飽和的汽水混合物→匯集聯箱→上升管→回到汽包，汽水混合物在汽包中被分離為水及蒸汽,蒸汽送至蓄熱器后引至用戶，汽包中的水與補入的給水混合后成欠飽和水再重復上述循環。
高壓自然循環流程：汽包中的欠飽和水-下降總管-下降支管比配聯箱T煙道水冷壁冷卻構件，吸收轉爐煙道傳給的熱量變為飽和汽水混合物-匯集聯箱-上升管-回到汽包，汽水混合物在汽包中被分離為水及蒸汽，蒸汽送至蓄熱器后引至用戶，汽包中的水與補入的給水混合成欠飽和水再重復上述循環。
2存在的問題
(1) 罩裙密封為傳統的氮氣密封，消耗大 量氮氣。
(2) 罩裙緊鄰爐口，由四條油缸帶動罩裙 提升和下降，罩裙的行程為500mm,降到最低位時距離爐口大約200mm。爐口積渣高度達到200mm時，罩裙下降過程中就會出現積渣擠壓罩裙環管，使罩裙下環管變形，發生漏水。漏水一旦擴大，就必須停產檢修，環管嚴重變形，則需要更換一段新管，時間大概8h；環管只是漏水時，則補焊處理，也要檢修3~4h。
(3) 固定煙道位于罩裙內側，也屬于緊鄰爐口段，原設計罩裙進水聯箱有4個進水口，并且管道垂直于聯箱進水，經過分析，此進水方式容易在進水點形成旋渦，造成進水點排管水量不足，是造成爆管的主要原因之一。
(4) 固定煙道兩側分別設置下料溜槽，轉爐冶煉下料節奏頻繁，造成溜槽聯箱平均2個月就被砸漏停產進行檢修。
(5) 氧槍孔套直徑為800mm,氧槍直徑為550mm,由于操作工技術以及煉鋼輔料品質等各方面原因，造成氧槍粘粗，粘粗后會磨損氧槍孔套。當氧槍孔套上沿被磨漏，就要進行檢修，并且更換氧槍。
(6) 橫移煙道斜坡角度50°，煙道內部爬坡面爆管頻繁，檢修需要在煙道內部搭建臨時支架，檢修時間大約20h,對生產造成很大影響。
(刀汽化系統給水泵組設置2組，采用一用一備工作模式，由于給水泵電機為工頻，當汽包不需要補水時，給水泵也以同樣的功率輸出，造成巨大的電能浪費。
3汽化冷卻系統改造優化方案及取得的效果
3.1改造優化方案
(1) 對罩裙密封進行改造，罩裙和爐口煙罩之間的縫隙改用機械密封裝置來密封，機械密封裝置布置在裙罩的上側。密封裝置由法蘭上的密封板以及位于兩個法蘭之間的柔性密封件組成，密封效果好，基本不用維護。
(2) 對罩裙運行進行優化，在罩裙液壓站給罩裙油缸增加低壓報警檢測，當罩裙油缸負載低于罩裙自重時，立即結束下降命令，防止罩裙繼續下降而被爐口積渣擠壓環管。
(3) 固定煙道聯箱進水口由4個改為8個, 進水方向由原設計90。改為45。進水，避免在聯箱局部形成漩渦造成漩渦處排管與其他排管進水分配不均，大大減少固定煙道爆管次數。
(4) 為解決溜槽聯箱被下料沖擊砸漏，在聯箱內部加500mm長內套筒，基體壁厚25mm, 套筒內表面耐磨層厚度5mm,利用法蘭固定在水箱內部，30mm厚的內套筒可完全吸收散料的沖擊力。為解決下料溜槽堵料問題，溜槽內部堆焊硬質合金，外表面噴涂防高溫粘結、耐磨耐腐蝕性能好、與基體粘結強度高(大于40MPa) 的單相結晶涂層。
(5) 氧槍孔由Φ800mm擴大為Φ1000mm, 避免由于氧槍沾渣刮漏氧槍套，同時減少氧槍更換的次數。
(6) 由于橫移煙道排管內為汽水混合物, 在管內爬坡流動時，對排管上表面冷卻不到位,因此，干燒容易造成爆管漏水。針對此問題在煙道下部120°范圍內的排管內部安裝螺旋導流板, 改造效果良好。
(7) 優化給水系統，鍋爐給水泵電機由原來的工頻更換為變頻，節約大量電耗。
3.2取得的效果
經過近幾年的不斷摸索，對轉爐汽化冷卻系統不合理處進行改造，取得了驚人的成績：
(1) 按每臺轉爐裙罩氮氣消耗約2500m3/h, 氮氣價格0. 15元/ m3,每年8000h計算，消耗氮氣可達2500 x 0. 15 x 8000 = 300 萬元/a。
(2) 給水泵電機功率250kW,電費按照0.5元/kWh,原來每臺泵每年耗電250kW x 24h/d x0. 5 元/ kWh x 365d = 1095000 元，改造后，每天按補水8h算，耗電250kW x 8h/d x 0. 5元/ kWh x 365d = 365000 元，節約電費 1095000 -365000 = 73 萬元/a。
(3)汽化煙道改造后，維護單位對煙道的維護次數明顯降低，煙道偶爾發生漏水，氧槍孔改大后從未發生漏水，換槍次數減少將近三分之一。
2011年1號轉爐平均每月漏水3 ~ 4次, 2018年汽化系統改造后平均每月漏水不到1次, 極大程度降低了汽化煙道的故障率。
4結語
轉爐汽化冷卻系統自投產運行以來，經常發生漏水以及爆管等各種問題，針對發生的各類問題，對汽化冷卻煙道各部件進行改造，對設備進行合理的選型，取得的效果良好，保證了各部件的使用壽命，減少故障的發生，同時節省了大量停產檢修的時間，為安全生產提供保障，設備的穩定運行為公司創造了巨大的經濟效益。