专利名称：炼钢转炉用汽化冷却烟道的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种炼钢转炉用汽化冷却烟道。属氧气顶吹转炉炼钢设备
背景技术：
氧气顶吹转炉炼钢法是最近50多年所产生和发展起来的一种炼钢技术。其不需外供热量，系利用铁水中自身的碳，与工业纯氧化合，产生热量，供炼钢的需要。氧气通过氧枪，从转炉炉口上方，深入到转炉内铁水的上面适当的位置，进行吹炼。在吹炼过程中，铁的氧化物与铁水中的碳化物产生大量的一氧化碳，同时放出大量的热量。喷出的气体称为炉气，主要成份为一氧化碳(86～90％)和二氧化碳(约10％)。炉气在炉内的温度在1400℃～1600℃。
由于在炼钢过程中产生大量的转炉煤气(一氧化碳)，一般均采用汽化冷却烟道和除尘设备制取蒸汽和回收煤气，其工艺流程如图1，转炉烟气借风机吸力进入汽化冷却烟道，回收部分烟气余热，从汽化冷却烟道出来的烟气从上部进入溢流文氏管除尘冷却，经弯头脱水器脱水后进入下部的调径文氏管进行精除尘，经除尘后的气体由弯头脱水器进行脱水，净煤气通过风机加压后通过三通切换阀，进入储气柜储存。在整个系统中，主要装置由转炉、汽化冷却烟道和除尘设备组成。汽化冷却烟道是转炉上方冷却高温烟气至800℃～1000℃，产生蒸汽，达到余热回收的目的。同时是回收煤气的可靠通道。除尘设备的主要作用为通过喷水的方法进一步冷却煤气至70℃～80℃，同时净化煤气、储存煤气。在炉口处，烟气温度大约为1400℃～1600℃，经烟道冷却后出口温度大约为800℃～1000℃，烟气进入溢流文氏管，在1/50秒内温度迅速降至70℃～80℃，同时除去烟尘中的粗大颗粒。冷却后的烟气经弯头脱水器脱水后进入调径文氏管，调径文氏管能根据烟道炉口处测得的微压差调整喉口截面，从而控制烟气流量保持在一定范围内。同时烟气在调径文氏管内再次降温和精除尘。当煤气质量符合回收要求时，煤气通过水封逆止阀和V型水封进入煤气柜储存。
汽化冷却烟道的作用原理是高温烟气通过汽化冷却烟道，因受热面温度较低，高温烟气将自身的热能，传给受热面冷却。受热面管中的水，因吸收了烟气热能而部分蒸发，产生蒸汽。由于水在受热面管中不断循环，冷却了受热面，而使金属不过热。采用汽化冷却烟道，不但可以达到冷却烟气的目的，同时又可以生产蒸汽回收热量，供工厂的生产和生活使用。
汽化冷却烟道由活动烟罩、炉口固定段、中间段烟道和烟道末段组成，其结构如图2所示。活动烟罩在转炉的炉口上方，通常为管子隔板式结构。活动烟罩需要上下自由升降，以保证烟罩内外气压大致相等，既避免烟气的外逸恶化炉前操作环境，也不吸入过多空气而降低回收煤气的质量，因此在吹炼的各阶段活动烟罩能调节到需要的间隙。吹炼结束出钢、出渣、加废钢、兑铁水时，烟罩能升起，不妨碍转炉倾动。当需要更换炉衬时，活动烟罩又能平移开炉体上方。活动烟罩一般自成循环回路。活动烟罩上部为炉口固定段烟道，活动烟道与炉口固定段之间通常采用水封连接，以达到密封的目的。
炉口固定段，工况相对恶劣。此段一般为管子隔板形式。氧枪口、加料口均布置在此段上。炉口固定段的下联箱一般为受热面，周期性的火焰冲刷下联箱，使下联箱的工况更加恶劣。
中间烟道段，一般为斜直段等，包括烟气上升段的所有烟道。目前大部为管子隔板式结构。
烟道末段，为烟气下降段。主要是为了与后部除尘设备连接方便。
上述汽化冷却烟道的活动烟罩和炉口固定段烟道主要存在以下不足1、在加热工况稳定情况下，流动工况也逐渐达到稳定。此时，上升管内的工质处于汽水混合物的双相状态，而下降管内侧是单相的水，或者上升管内是含汽率大的双相流体而下降管内是含汽率较小的双相流体。出自上升管的双相流体经过汽水分离后，饱和汽去到上锅筒的汽空间，而饱和水则通过上锅筒的水空间再回入下降管，从而形成水的循环流动，如图3。活动烟罩处在最接近炉口，工况恶劣，受热面短。受热管采用自然水循环力反应慢，在吹炼初期水动力较差，管子常得不到可靠冷却。因此活动烟罩的使用寿命均在半年左右。80t以上转炉吹炼时，瞬间热负荷很大，特别在开始吹炼时，瞬间产生大量高温烟气，受热管采用传统的自然循环，管内的水流动冷却达不到蒸发的要求，使烟道常产生疲劳破坏。
2、由于转炉吹炼是周期性的，炼钢吹氧时，高温烟气流经烟道，烟道受热膨胀，转炉加废钢或出钢时停止吹炼，烟道冷却收缩，此点反映在烟道直径方向尚不明显，而在烟道长度方向伸缩量较大，因此必须在烟道结构上加以考虑。
3、从煤气回收系统图中可以看出，转炉烟气沿汽化冷却烟道上升到最高处，随即下降到溢流文氏管，在这上升与下降的拐弯处，烟道的中间段烟道与末段烟道连接处有一个大弯头。以前的烟道弯头处结构如图4所示，平直段较长。烟道的平直段是汽水分层最严重的部位，如图5，很容易引起爆管。另一方面，转炉烟气在活动烟罩和炉口固定段烟道内由于温度高、体积大，因此速度快，对管壁的冲刷剧烈。烟道的平直段一般已接近烟道末端，当烟气上升到此处时由于温度降低，体积变小，因此流速也减慢，烟尘容易堆积。烟道平直段上堆积的大量烟尘，会影响受热管与烟气的换交换，达不到冷却烟气的效果，而且增加了检修清渣时的工作量。问题的关键就是平直段较长，约有300～400mm。
4、在炼钢转炉吹氧时，氧气从输氧管内的高压(0.6～1.2MPa)状态下，通过喷嘴进行减压膨胀，使气流加速射出，进入自由空间。氧气流流出喷嘴时的速度超高音速(一般达到500m/s左右)。氧气射流冲击熔池液面时，其冲击力使之形成一个凹坑，氧气射流能使冲击区的金属液和渣液击碎，使之生成大量的金属液滴和渣液滴，这就是喷溅的来源。在吹炼过程中，铁的氧化物与铁水中的碳化物产生大量的一氧化碳，同时放出大量的热量。喷出的气体称为炉气，炉气在活动烟罩内约有10％燃烧，进入烟道内，此时称为烟气。烟气流经烟道，对烟道受热管造成了剧裂的冲刷，使管壁磨损减薄，产生疲劳裂纹。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能使管内水流动始终保持充足、在烟道长度方向可以伸缩、能有效解决烟道平直段汽水分层问题和烟道内表面粘渣和烟气冲刷问题的炼钢转炉用汽化冷却烟道。
本发明的目的是这样实现的一种炼钢转炉用汽化冷却烟道，包括活动烟罩、炉口固定段烟道、中间段烟道和末段烟道，活动烟罩置于转炉上方，活动烟罩、炉口固定段烟道、中间段烟道和末段烟道依次顺序连接，其特征在于a、所述活动烟罩和炉口固定段烟道的上联箱和下联箱之间循环水回路中增置一循环泵。这样可以改自然循环为强制循环，使管内水流动始终保持充足，满足了冷却蒸发的要求。
b、所述的炉口固定段烟道与中间段烟道之间采用膨胀节连接。这样一方面能在烟道运行热胀冷缩时吸收其伸缩量，实现柔性连接，另一方面也能在烟道安装时消除安装时的积累误差。
c、所述中间段烟道与末段烟道连接处采用小直段斜弯管式连接结构。这样大大缩短了烟道平直段的长度，约有100mm，有效解决了汽水分层问题，同时基本不积灰，改善了炼钢的劳动强度。
d、所述烟道最容易粘渣和烟气冲刷最剧烈的活动烟罩和炉口固定段烟道内表面涂有镍-铬涂层。镍-铬涂层材料有抗高温磨损和抗腐蚀的特性，有效解决了粘渣和烟气冲刷问题，对转炉炼钢生产起到了几方面积极作用
1)、防止高温氧化和腐蚀对管壁的侵蚀；2)、防止烟气颗粒对管壁的冲刷减薄；3)、防止高温热疲劳对管材的破坏，避免热疲劳裂纹的产生；4)、显著减少炼钢过程中的结渣挂渣现象。
经实践证明，超音速镍铬喷涂在转炉炼钢过程中达到了如下的效果1)、保护管壁，延长烟道使用寿命；2)、杜绝因管壁破裂或被高温钢液洞穿造成意外损失；3)、减少炼钢劳动强度和检修作业量；4)、改善了炼钢操作工艺条件，使之可在更宽泛的工艺要求下吹炼和溅渣操作。
图1为采用汽化冷却烟道和除尘设备制取蒸汽和回收煤气工艺流程图。
图2为汽化冷却烟道正面结构示意图。
图3为以往活动烟罩和炉口固定段烟道循环水回路示意图。
图4为以往汽化冷却烟道的中间段烟道与末段烟道连接结构示意图。
图5为以往汽化冷却烟道平直段汽水分层情况示意图。
图6为本发明的炉口固定段烟道循环水回路示意图。
图7为本发明的炉口固定段烟道与中间段烟道连接结构示意图。
图8为本发明的中间段烟道与末段烟道连接结构示意图。
图9为本发明汽化冷却烟道结构示意图。
图10为图9的A-A剖示放大图。
图中炼钢转炉1、汽化冷却烟道2、溢流文氏管3、弯头脱水器4、调径文氏管5、弯头脱水器6、风机7、旁通阀8、三通阀9、烟囱10、水封逆止阀11、V型水封12、煤气柜13、活动烟罩14、炉口固定段烟道15、密封伸缩连接装置16、中间段烟道17、末段烟道18、加料口19、氧枪口20、上升管21、下降管22、汽包23、下联箱24、烟道平直段25、循环泵26、上联箱27、膨胀节28、耐火材料29、小直段斜弯管式连接结构30、涂层材料31。
具体实施例方式参见图2，本发明强制循环式炼钢转炉用汽化冷却烟道，由活动烟罩14、炉口固定段烟道15、中间段烟道17和末段烟道18组成。活动烟罩14置于转炉上方，活动烟罩14、炉口固定段烟道15、中间段烟道17和末段烟道18依次顺序连接。
参见图6，活动烟罩14和炉口固定段烟道15的气泡23和下联箱24之间的循环回路中增置一循环泵26。
参见图7，炉口固定段烟道15与中间段烟道17之间采用膨胀节28连接。
参见图8，中间段烟道17与末段烟道18连接处采用小直段斜弯管式连接结构30。
参见图9、10，活动烟罩14和炉口固定段烟道15内表面进行镍-铬热喷涂涂层材料31处理。
权利要求
1.一种炼钢转炉用汽化冷却烟道，包括活动烟罩(14)、炉口固定段烟道(15)、中间段烟道(17)和末段烟道(18)，活动烟罩(14)置于转炉上方，活动烟罩(14)、炉口固定段烟道(15)、中间段烟道(17)和末段烟道(18)依次顺序连接，其特征在于a、所述的活动烟罩(14)和炉口固定段烟道(15)的上气泡(23)和下联箱(24)之间的循环水回路中增置一循环泵(26)，b、所述的炉口固定段烟道(15)与中间段烟道(17)之间采用膨胀节(28)连接，c、所述中间段烟道(17)与末段烟道(18)连接处采用小直段斜弯管式连接结构(30)，d、所述活动烟罩(14)和炉口固定段烟道(15)内表面涂有镍-铬涂层(31)。
全文摘要
本发明涉及一种炼钢转炉用汽化冷却烟道，包括活动烟罩(14)、炉口固定段烟道(15)、中间段烟道(17)和末段烟道(18)，活动烟罩(14)置于转炉上方，活动烟罩(14)、炉口固定段烟道(15)、中间段烟道(17)和末段烟道(18)依次顺序连接，其特征在于活动烟罩(14)和炉口固定段烟道(15)的上气泡(23)和下联箱(24)之间的循环水回路中增置一循环泵(26)，炉口固定段烟道(15)与中间段烟道(17)之间采用膨胀节(28)连接，中间段烟道(17)与末段烟道(18)连接处采用小直段斜弯管式连接结构(30)，活动烟罩(14)和炉口固定段烟道(15)内表面涂有镍－铬涂层(31)。本发明能使管内水流动始终保持充足、在烟道长度方向可以伸缩、能有效解决烟道平直段汽水分层问题和烟道内表面粘渣和烟气冲刷问题。
文档编号C21C5/46GK1876852SQ200610088268
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者赵建新, 钱飞舟, 邓伟 申请人:江阴海陆冶金设备制造有限公司