张雪松 郑琳 郭世晨 崔文娟
(首钢京唐钢铁联合有限责任公司)
摘 要：根据首钢京唐公司转炉汽化冷却系统在实际生产运行过程中存在氮气消耗量大、积渣挤压罩裙环管、进水联箱配水不均和工频引起的电能浪费等问题，有针对性的采用机械密封、增设低压报警检测、增加入水口、加固溜槽联箱和工频改变频等改造优化，不仅每年节约370余万元，而且降低了汽化烟道的故障率。
关键词：转炉；汽化冷却；改造
首钢京唐公司300t转炉冶炼周期约36min, 其中加废钢(3min) →兑铁水(4 min)→吹炼 (15 min) →副枪检测(4 min) →出钢(5min) →溅渣护炉(3 min) →倒渣(2min)。转炉冶炼的特点是生产负荷波动大、不稳定。吹氧期间负荷最大，炉内钢水温度最高，约为1700℃。
因此，汽化冷却系统产蒸汽的过程波动同样非常大,时刻发生着应力变化。转炉汽化冷却设备的实质即余热锅炉，转炉炼钢炉口产生的烟气温度约为1500℃ ,汽化烟道出口要求烟气温度为800~ 1000℃。设置汽化冷却系统的目的是，收集转炉冶炼过程中产生的高温烟气，利用循环水将烟气冷却并充分回收其中的热量，进而满足下一步除尘和煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产；同时可产生蒸汽回收大量的热能，供生产或生活使用，降低转炉炼钢的生产成本。转炉汽化冷却烟道实际运行情况不是很理想，在生产过程中出现各种各样的问题，导致停炉检修，严重影响生产，经过不断改造优化，在生产运行和节能方面取得了良好的效果。
1 汽化烟道的组成和工作原理
汽化冷却烟道由下到上依次为罩裙、固定烟道、移动烟道、斜直冷却烟道和尾部烟道。其中移动烟道两侧各有一个加料溜槽，上部有氧枪孔和副枪孔。整个烟道系统设计三种循环方式，分别为高压强制循环、高压自然循环和低压强制循环。
罩裙、溜槽、氧枪孔和副枪孔通过低压循环泵在低压强制循环下工作，除氧器是低压循环系统的汽包。除氧水经过下降管，利用低压循环泵升压送入裙罩、氧枪口、副枪口以及下料溜槽的水冷部件后，再经过上升管送回除氧器。水冷部件吸收的热量用于给水的除氧，能够大大减少除氧所需要的辅助蒸汽用量。
高压强制循环流程：汽包中的欠饱和水-下降总管→热水循环泵升压→下降支管→分配联箱-烟道水冷壁冷却构件，吸收转炉烟道传给的热量变为饱和的汽水混合物→汇集联箱→上升管→回到汽包，汽水混合物在汽包中被分离为水及蒸汽,蒸汽送至蓄热器后引至用户，汽包中的水与补入的给水混合后成欠饱和水再重复上述循环。
高压自然循环流程：汽包中的欠饱和水-下降总管-下降支管比配联箱T烟道水冷壁冷却构件，吸收转炉烟道传给的热量变为饱和汽水混合物-汇集联箱-上升管-回到汽包，汽水混合物在汽包中被分离为水及蒸汽，蒸汽送至蓄热器后引至用户，汽包中的水与补入的给水混合成欠饱和水再重复上述循环。
2存在的问题
(1) 罩裙密封为传统的氮气密封，消耗大 量氮气。
(2) 罩裙紧邻炉口，由四条油缸带动罩裙 提升和下降，罩裙的行程为500mm,降到最低位时距离炉口大约200mm。炉口积渣高度达到200mm时，罩裙下降过程中就会出现积渣挤压罩裙环管，使罩裙下环管变形，发生漏水。漏水一旦扩大，就必须停产检修，环管严重变形，则需要更换一段新管，时间大概8h；环管只是漏水时，则补焊处理，也要检修3~4h。
(3) 固定烟道位于罩裙内侧，也属于紧邻炉口段，原设计罩裙进水联箱有4个进水口，并且管道垂直于联箱进水，经过分析，此进水方式容易在进水点形成旋涡，造成进水点排管水量不足，是造成爆管的主要原因之一。
(4) 固定烟道两侧分别设置下料溜槽，转炉冶炼下料节奏频繁，造成溜槽联箱平均2个月就被砸漏停产进行检修。
(5) 氧枪孔套直径为800mm,氧枪直径为550mm,由于操作工技术以及炼钢辅料品质等各方面原因，造成氧枪粘粗，粘粗后会磨损氧枪孔套。当氧枪孔套上沿被磨漏，就要进行检修，并且更换氧枪。
(6) 横移烟道斜坡角度50°，烟道内部爬坡面爆管频繁，检修需要在烟道内部搭建临时支架，检修时间大约20h,对生产造成很大影响。
(刀汽化系统给水泵组设置2组，采用一用一备工作模式，由于给水泵电机为工频，当汽包不需要补水时，给水泵也以同样的功率输出，造成巨大的电能浪费。
3汽化冷却系统改造优化方案及取得的效果
3.1改造优化方案
(1) 对罩裙密封进行改造，罩裙和炉口烟罩之间的缝隙改用机械密封装置来密封，机械密封装置布置在裙罩的上侧。密封装置由法兰上的密封板以及位于两个法兰之间的柔性密封件组成，密封效果好，基本不用维护。
(2) 对罩裙运行进行优化，在罩裙液压站给罩裙油缸增加低压报警检测，当罩裙油缸负载低于罩裙自重时，立即结束下降命令，防止罩裙继续下降而被炉口积渣挤压环管。
(3) 固定烟道联箱进水口由4个改为8个, 进水方向由原设计90。改为45。进水，避免在联箱局部形成漩涡造成漩涡处排管与其他排管进水分配不均，大大减少固定烟道爆管次数。
(4) 为解决溜槽联箱被下料冲击砸漏，在联箱内部加500mm长内套筒，基体壁厚25mm, 套筒内表面耐磨层厚度5mm,利用法兰固定在水箱内部，30mm厚的内套筒可完全吸收散料的冲击力。为解决下料溜槽堵料问题，溜槽内部堆焊硬质合金，外表面喷涂防高温粘结、耐磨耐腐蚀性能好、与基体粘结强度高(大于40MPa) 的单相结晶涂层。
(5) 氧枪孔由Φ800mm扩大为Φ1000mm, 避免由于氧枪沾渣刮漏氧枪套，同时减少氧枪更换的次数。
(6) 由于横移烟道排管内为汽水混合物, 在管内爬坡流动时，对排管上表面冷却不到位,因此，干烧容易造成爆管漏水。针对此问题在烟道下部120°范围内的排管内部安装螺旋导流板, 改造效果良好。
(7) 优化给水系统，锅炉给水泵电机由原来的工频更换为变频，节约大量电耗。
3.2取得的效果
经过近几年的不断摸索，对转炉汽化冷却系统不合理处进行改造，取得了惊人的成绩：
(1) 按每台转炉裙罩氮气消耗约2500m3/h, 氮气价格0. 15元/ m3,每年8000h计算，消耗氮气可达2500 x 0. 15 x 8000 = 300 万元/a。
(2) 给水泵电机功率250kW,电费按照0.5元/kWh,原来每台泵每年耗电250kW x 24h/d x0. 5 元/ kWh x 365d = 1095000 元，改造后，每天按补水8h算，耗电250kW x 8h/d x 0. 5元/ kWh x 365d = 365000 元，节约电费 1095000 -365000 = 73 万元/a。
(3)汽化烟道改造后，维护单位对烟道的维护次数明显降低，烟道偶尔发生漏水，氧枪孔改大后从未发生漏水，换枪次数减少将近三分之一。
2011年1号转炉平均每月漏水3 ~ 4次, 2018年汽化系统改造后平均每月漏水不到1次, 极大程度降低了汽化烟道的故障率。
4结语
转炉汽化冷却系统自投产运行以来，经常发生漏水以及爆管等各种问题，针对发生的各类问题，对汽化冷却烟道各部件进行改造，对设备进行合理的选型，取得的效果良好，保证了各部件的使用寿命，减少故障的发生，同时节省了大量停产检修的时间，为安全生产提供保障，设备的稳定运行为公司创造了巨大的经济效益。