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摘 要：本文分析了120T转炉汽化冷却系统压力控制对烟道运行的影响，给出了汽化冷却系统各子系统压力参数，对于同类型转炉汽化冷却系统的调试具有一定的借鉴作用。
关键词：转炉；汽化冷却系统；压力控制；烟道
中图分类号：TF748.2
炼钢生产工艺主要包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸等生产环节，生产节奏快，任何一个环节出问题，将导致相关工序受影响。转炉冶炼过程中，烟道故障较多且修复时间长、难度大。因此炼钢烟道汽化冷却在炼钢厂占有十分重要的地位。
转炉冶炼中炉气温度在一般在1400-1600℃之间，高温烟气流过烟道时，烟道内热负荷急剧增加，管壁温度急剧升高；停吹后，热负荷急剧下降，管壁温度随之下降。这种周期性变化非常颗繁，约30多分钟左右一个周期，这种压力和热力周期性变化对汽化烟道的使用寿命产生影响。
以下通过120T顶底复吹转炉调试、生产实例，来分析如何通过稳定汽化冷却系统压力，保证烟道热负荷及压力的相对稳定，延长烟道使用寿命。
1 汽化冷却系统的工作流程
1.1 转炉汽化冷却装置收集转炉生产过程中的高温烟气并将其冷却，以便满足下一步转炉一次除尘及其下道工序煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产。多余蒸汽经回收后供公司蒸汽管网，提供给公司内部生产或生活使用，循环利用的蒸汽降低了转炉炼钢的生产成本。汽化冷却把烟道作为余热锅炉，它吸收烟气热量降低烟气温度，同时锅炉产生的蒸汽进入蓄热器，再进入分气缸分给用户使用。
1.2 当高温烟气从汽化冷却烟道中心通过时，管内的水被加热变成水蒸汽，同时烟气得到冷却。水蒸汽因其密度比水轻而上升，经上升管进入汽包，在汽包内冷凝成水或引出去加以利用，再补充新水，水经下降管（强制循环的再经过循环泵）又送入汽化冷却烟道循环使用。当汽包内的蒸汽压力升高到0.7～0.8MPa时，气动薄膜调节阀自动打开，使蒸汽进入蓄热器供用户使用。蓄热器的蒸汽压力超过一定值时，蓄热器上的气动薄膜调节阀自动打开放散。汽包需要补充的软水由软水泵送入。
1.3 转炉汽化冷却装置设备组成：两台给水泵（一运一备）；两台低压强制循环泵（一运一备）；两台中压强制循环泵（一运一备）；三台软水泵；一台除氧器；一套烟道及汽包；一台蓄热器；一个分气缸；一个软水箱。转炉汽化冷却系统由循环水系统、蒸汽系统、除氧给水系统、加药系统、取样系统、排气系统等组成。
1.4 转炉汽化冷却水循环由自然循环系统和强制循环系统所组成。自然循环的工作原理是靠上升管和下降管中介质的比重差与汽包的有效高度使管内受热介质流动，所以只有当转炉吹氧时，管中介质从烟气中吸收了热量才能产生介质的循环流动。强制循环动力来源于循环泵，由泵产生的压力迫使介质沿整个烟道管中流动。在泵推动下，无论转炉吹氧与否，无论烟气温度高低，介质总保持流动状态，受热的烟道管在水流活动烟罩为低压强制循环部分，活动烟罩与除氧器及除氧水箱通过热水循环泵相连接组成低压强制循环系统。炉口固定段烟道和可移动段烟道与汽包通过热水循环泵相连接组成高压强制循环系统。中I段烟道、中II段烟道、中III段烟道和末段烟道为自然循环部分，各段烟道与汽包通过循环水管道相连接成自然循环系统。
图1 汽化冷却系统工艺简图
2 转炉烟道漏水部位特征
2.1 烟道受热面有大面积积渣。
2.2 破口处管子周长增大很多，这是因为高温下塑性变形较大，损坏时有较大的变形。管壁温度升高，机械强度降低，管子承压产生的应力超过材料屈服极限，使管子变形、鼓包，直至爆破。
2.3 破口处多数为横向破裂。
3 转炉移动段烟道漏水原因
3.1 余热锅炉稳压系统运行不正常造成汽化系统的频繁波动，内压应力的不断变化而引起的疲劳破坏（破口处为横向破裂），同时系统压力波动太大也影响水循环特性。
转炉从投产至今，余热锅炉系统蓄热器蒸汽出口阀自动调节功能没有投用，导致整个余热锅炉系统的频繁波动，内压应力的不断变化而引起的疲劳破坏（破口处为横向破裂），同时系统压力波动太大也影响水循环特性。
3.1.1 余热锅炉系统蓄热器压力检测自动调节功能没有投用。
（1）初步设计：“汽包内的锅水经下降管分配至各段烟道，被加热变为汽水混合物后进入汽包进行分离，分离后的水通过下降管再次进入烟道进行循环。分离出的蒸汽送入蓄热器，经调压至0.8-1.3MPa后送入分汽缸，供用户使用。”此技术要求，需要蓄热器蒸汽出口调节阀自动控制来实现。
（2）热负荷试车方案中要求，当汽包压力达到0.8MP蒸汽输出阀自动开启，向蓄热器输送蒸汽。当汽包压力大于1.5MP时，蒸汽放散阀自动开启，当汽包压力小于0.8MP时，蒸汽放散阀自动关闭。蓄热器蒸汽输出阀将根据蓄热器的压力，自动调节向外网输送，蒸汽流量计工作正常。热试过程没有严格按照热负荷试车方案组织调试、确认。转炉投产至今，转炉冶炼和非冶炼时，余热锅炉系统汽包蒸汽出口调节阀、蓄热器蒸汽出口调节阀和分气缸外网外送蒸汽电动阀处于手动常开状态，相当于余热锅炉系统一直采取放散方式运行。
3.1.2 由于整个余热锅炉系统一直采取放散方式运行，汽包和烟道转炉停吹后没有保压，汽包压力在0.1-1.2MPa之间波动，中压循环泵流量在200-720m3/h之间波动。（见下表1）
表1 转炉汽化主要参数记录
中压泵流量 中压泵压力 汽包压力 蓄热器压力 外网压力 转炉冶炼情况 备注
296 0.66 0.28 0.28 0.27 3#、4#转炉均没有吹炼 参数优化前
710 1.14 0.69 0.7 0.7 3#停炼、4#转炉吹炼16分钟
699 1.07 0.62 0.58 0.57 3#停炼、4#转炉停吹5分钟 434 0.87 0.51 0.49 0.48 3#停炼、4#转炉停吹10分钟
655 1.4 0.96 0.72 0.66 3#转炉开始停炼10分钟 参数优化后
724 1.66 1.19 0.75 0.74 3#转炉开始溅渣，4#转炉吹炼5分钟
665 1.63 1.19 0.83 0.82 3#转炉停吹，4#转炉吹炼10分钟
650 1.61 1.17 0.79 0.74 3#转炉兑铁，4#转炉停吹
3.1.3 投产后为了转炉能够降枪冶炼，长期解除了中压循环泵流量与氧枪联锁保护（中压循环泵流量≤450m3/h，氧枪自动提枪），随着转炉冶炼，余热锅炉重新建立压力关系后，中压泵流量才能达到稳定标准值区间。导致可移动段烟道中压强制循环系统水循环流量波动大，甚至在转炉冶炼初期，可移动段烟道处于缺水运行状态，导致烟道疲劳或过烧运行。
3.1.4 无外网蒸汽保供和投产初期生产不连续、冶炼节奏慢，也是导致余热锅炉系统压力波动太大的原因之一。
3.2 高炉投产后，由于没有混铁炉、脱硫，主要受铁水成分影响，冶炼过程喷溅大，钢渣溅到移动段烟道受热面上，形成大面积结渣，结渣区域换热效果不好，易造成局部过热损坏；清渣过程或结渣自然脱落过程中也容易造成受热面机械损伤。
3.3 煮炉过程未将系统中的安装施工垃圾排出，施工垃圾有可能堵塞烟道个别排管节流件的节流孔，导致个别排管缺水过烧。（个别排管因为缺水，管壁温度升高，机械强度降低，管子承压产生的应力超过材料屈服极限，使管子变形、鼓包，直至爆破。破口为纵向破裂）
没有严格执行煮炉方案，导致煮炉过程未将系统中的安装施工垃圾排出，施工垃圾有可能堵塞烟道个别排管节流件的节流孔，导致个别排管缺水过烧。
4 结束语
通过给厂外外送蒸汽前端增加调节阀，优化汽包、蓄热器、除氧器等子系统的运行参数，使汽化冷却系统内部压力保持在相对稳定的水平，排除了其他工艺因素对烟道运行的影响，重点解决了由于压力波动给余热锅炉系统带来的不安全因素，通过运行情况来看，大大延长了烟道使用寿命，保证炼钢生产的连续性。
参考文献：
[1]郑金星，王振光，王庆春.炼钢工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2011.
[2]王社斌，宋秀安.转炉炼钢生产技术[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3]周一工.炼钢转炉汽化冷却烟道结构设计中几个应注意的问题[J].冶金动力，1997（05）.
[4]炼钢初步设计.中冶东方工程技术有限公司，2010.
作者简介：刘晓景（1971-），女，甘肃定西人，教师，讲师，学士学位，研究方向：冶金自动化；汪贵明（1973-），男，甘肃天水人，协理工程师，学士学位，研究方向：冶金自动化。
作者单位：甘肃钢铁职业技术学院，甘肃嘉峪关 735100；甘肃嘉峪关酒钢集团公司检修工程部，甘肃嘉峪关 735100
关键词：转炉；汽化冷却系统；压力控制；烟道
中图分类号：TF748.2
炼钢生产工艺主要包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸等生产环节，生产节奏快，任何一个环节出问题，将导致相关工序受影响。转炉冶炼过程中，烟道故障较多且修复时间长、难度大。因此炼钢烟道汽化冷却在炼钢厂占有十分重要的地位。
转炉冶炼中炉气温度在一般在1400-1600℃之间，高温烟气流过烟道时，烟道内热负荷急剧增加，管壁温度急剧升高；停吹后，热负荷急剧下降，管壁温度随之下降。这种周期性变化非常颗繁，约30多分钟左右一个周期，这种压力和热力周期性变化对汽化烟道的使用寿命产生影响。
以下通过120T顶底复吹转炉调试、生产实例，来分析如何通过稳定汽化冷却系统压力，保证烟道热负荷及压力的相对稳定，延长烟道使用寿命。
1 汽化冷却系统的工作流程
1.1 转炉汽化冷却装置收集转炉生产过程中的高温烟气并将其冷却，以便满足下一步转炉一次除尘及其下道工序煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产。多余蒸汽经回收后供公司蒸汽管网，提供给公司内部生产或生活使用，循环利用的蒸汽降低了转炉炼钢的生产成本。汽化冷却把烟道作为余热锅炉，它吸收烟气热量降低烟气温度，同时锅炉产生的蒸汽进入蓄热器，再进入分气缸分给用户使用。
1.2 当高温烟气从汽化冷却烟道中心通过时，管内的水被加热变成水蒸汽，同时烟气得到冷却。水蒸汽因其密度比水轻而上升，经上升管进入汽包，在汽包内冷凝成水或引出去加以利用，再补充新水，水经下降管（强制循环的再经过循环泵）又送入汽化冷却烟道循环使用。当汽包内的蒸汽压力升高到0.7～0.8MPa时，气动薄膜调节阀自动打开，使蒸汽进入蓄热器供用户使用。蓄热器的蒸汽压力超过一定值时，蓄热器上的气动薄膜调节阀自动打开放散。汽包需要补充的软水由软水泵送入。
1.3 转炉汽化冷却装置设备组成：两台给水泵（一运一备）；两台低压强制循环泵（一运一备）；两台中压强制循环泵（一运一备）；三台软水泵；一台除氧器；一套烟道及汽包；一台蓄热器；一个分气缸；一个软水箱。转炉汽化冷却系统由循环水系统、蒸汽系统、除氧给水系统、加药系统、取样系统、排气系统等组成。
1.4 转炉汽化冷却水循环由自然循环系统和强制循环系统所组成。自然循环的工作原理是靠上升管和下降管中介质的比重差与汽包的有效高度使管内受热介质流动，所以只有当转炉吹氧时，管中介质从烟气中吸收了热量才能产生介质的循环流动。强制循环动力来源于循环泵，由泵产生的压力迫使介质沿整个烟道管中流动。在泵推动下，无论转炉吹氧与否，无论烟气温度高低，介质总保持流动状态，受热的烟道管在水流活动烟罩为低压强制循环部分，活动烟罩与除氧器及除氧水箱通过热水循环泵相连接组成低压强制循环系统。炉口固定段烟道和可移动段烟道与汽包通过热水循环泵相连接组成高压强制循环系统。中I段烟道、中II段烟道、中III段烟道和末段烟道为自然循环部分，各段烟道与汽包通过循环水管道相连接成自然循环系统。
图1 汽化冷却系统工艺简图
2 转炉烟道漏水部位特征
2.1 烟道受热面有大面积积渣。
2.2 破口处管子周长增大很多，这是因为高温下塑性变形较大，损坏时有较大的变形。管壁温度升高，机械强度降低，管子承压产生的应力超过材料屈服极限，使管子变形、鼓包，直至爆破。
2.3 破口处多数为横向破裂。
3 转炉移动段烟道漏水原因
3.1 余热锅炉稳压系统运行不正常造成汽化系统的频繁波动，内压应力的不断变化而引起的疲劳破坏（破口处为横向破裂），同时系统压力波动太大也影响水循环特性。
转炉从投产至今，余热锅炉系统蓄热器蒸汽出口阀自动调节功能没有投用，导致整个余热锅炉系统的频繁波动，内压应力的不断变化而引起的疲劳破坏（破口处为横向破裂），同时系统压力波动太大也影响水循环特性。
3.1.1 余热锅炉系统蓄热器压力检测自动调节功能没有投用。
（1）初步设计：“汽包内的锅水经下降管分配至各段烟道，被加热变为汽水混合物后进入汽包进行分离，分离后的水通过下降管再次进入烟道进行循环。分离出的蒸汽送入蓄热器，经调压至0.8-1.3MPa后送入分汽缸，供用户使用。”此技术要求，需要蓄热器蒸汽出口调节阀自动控制来实现。
（2）热负荷试车方案中要求，当汽包压力达到0.8MP蒸汽输出阀自动开启，向蓄热器输送蒸汽。当汽包压力大于1.5MP时，蒸汽放散阀自动开启，当汽包压力小于0.8MP时，蒸汽放散阀自动关闭。蓄热器蒸汽输出阀将根据蓄热器的压力，自动调节向外网输送，蒸汽流量计工作正常。热试过程没有严格按照热负荷试车方案组织调试、确认。转炉投产至今，转炉冶炼和非冶炼时，余热锅炉系统汽包蒸汽出口调节阀、蓄热器蒸汽出口调节阀和分气缸外网外送蒸汽电动阀处于手动常开状态，相当于余热锅炉系统一直采取放散方式运行。
3.1.2 由于整个余热锅炉系统一直采取放散方式运行，汽包和烟道转炉停吹后没有保压，汽包压力在0.1-1.2MPa之间波动，中压循环泵流量在200-720m3/h之间波动。（见下表1）
表1 转炉汽化主要参数记录
中压泵流量 中压泵压力 汽包压力 蓄热器压力 外网压力 转炉冶炼情况 备注
296 0.66 0.28 0.28 0.27 3#、4#转炉均没有吹炼 参数优化前
710 1.14 0.69 0.7 0.7 3#停炼、4#转炉吹炼16分钟
699 1.07 0.62 0.58 0.57 3#停炼、4#转炉停吹5分钟 434 0.87 0.51 0.49 0.48 3#停炼、4#转炉停吹10分钟
655 1.4 0.96 0.72 0.66 3#转炉开始停炼10分钟 参数优化后
724 1.66 1.19 0.75 0.74 3#转炉开始溅渣，4#转炉吹炼5分钟
665 1.63 1.19 0.83 0.82 3#转炉停吹，4#转炉吹炼10分钟
650 1.61 1.17 0.79 0.74 3#转炉兑铁，4#转炉停吹
3.1.3 投产后为了转炉能够降枪冶炼，长期解除了中压循环泵流量与氧枪联锁保护（中压循环泵流量≤450m3/h，氧枪自动提枪），随着转炉冶炼，余热锅炉重新建立压力关系后，中压泵流量才能达到稳定标准值区间。导致可移动段烟道中压强制循环系统水循环流量波动大，甚至在转炉冶炼初期，可移动段烟道处于缺水运行状态，导致烟道疲劳或过烧运行。
3.1.4 无外网蒸汽保供和投产初期生产不连续、冶炼节奏慢，也是导致余热锅炉系统压力波动太大的原因之一。
3.2 高炉投产后，由于没有混铁炉、脱硫，主要受铁水成分影响，冶炼过程喷溅大，钢渣溅到移动段烟道受热面上，形成大面积结渣，结渣区域换热效果不好，易造成局部过热损坏；清渣过程或结渣自然脱落过程中也容易造成受热面机械损伤。
3.3 煮炉过程未将系统中的安装施工垃圾排出，施工垃圾有可能堵塞烟道个别排管节流件的节流孔，导致个别排管缺水过烧。（个别排管因为缺水，管壁温度升高，机械强度降低，管子承压产生的应力超过材料屈服极限，使管子变形、鼓包，直至爆破。破口为纵向破裂）
没有严格执行煮炉方案，导致煮炉过程未将系统中的安装施工垃圾排出，施工垃圾有可能堵塞烟道个别排管节流件的节流孔，导致个别排管缺水过烧。
4 结束语
通过给厂外外送蒸汽前端增加调节阀，优化汽包、蓄热器、除氧器等子系统的运行参数，使汽化冷却系统内部压力保持在相对稳定的水平，排除了其他工艺因素对烟道运行的影响，重点解决了由于压力波动给余热锅炉系统带来的不安全因素，通过运行情况来看，大大延长了烟道使用寿命，保证炼钢生产的连续性。
参考文献：
[1]郑金星，王振光，王庆春.炼钢工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2011.
[2]王社斌，宋秀安.转炉炼钢生产技术[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3]周一工.炼钢转炉汽化冷却烟道结构设计中几个应注意的问题[J].冶金动力，1997（05）.
[4]炼钢初步设计.中冶东方工程技术有限公司，2010.
作者简介：刘晓景（1971-），女，甘肃定西人，教师，讲师，学士学位，研究方向：冶金自动化；汪贵明（1973-），男，甘肃天水人，协理工程师，学士学位，研究方向：冶金自动化。
作者单位：甘肃钢铁职业技术学院，甘肃嘉峪关 735100；甘肃嘉峪关酒钢集团公司检修工程部，甘肃嘉峪关 735100