一种转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于转炉冶炼技术领域，设及一种结构简单、成本低、减漏效果显著的 转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管。
【背景技术】
[0002] 转炉汽化冷却系统的实质是烟道式余热锅炉。其作用是利用循环水换热将转炉烟 气的热量转换为蒸汽，从而达到对烟气降溫冷却的目的。汽化冷却烟道通常自转炉而上分 另IJ分为活动烟罩、固定段烟道、主烟道1段、主烟道2段和末段烟道构成。各段烟道均由锅炉 管与扁钢焊接密排而成，循环水在烟道的密排管内低进高出，循环往复。
[0003] 转炉汽化冷却烟道的安全稳定运行是保证被其冷却的转炉稳产、顺产的重要条件 之一。由于转炉汽化冷却烟道受多种复杂因素制约，因此烟道漏水是烟道维护中存在的最 常见、最难解决的问题，严重地影响了烟道的使用寿命，不仅会浪费大量的软水资源，而且 还会造成转炉的停产或减产，严重的漏水还会造成W下问题:产生的蒸汽加大了烟道的过 风量，可能造成烟气外溢形成污染;影响煤气的收得率和烟道余热的利用;对安全生产造成 威胁。特别是在生产运行中，末段烟道经常出现漏点，即便经常焊补也无济于事(图1)。
[0004] 末段烟道频繁漏水是由密排的锅炉用无缝钢管水管产生横向裂纹，随着裂纹点累 计至一定程度时才表现出来。根据维护常识可知，汽化冷却烟道上的横向裂纹一般因受热 管冷却效果不佳后出现热疲劳所致。由于汽化冷却烟道是间歇式作业，转炉吹氧时烟气量 处于最大，烟气溫度也达到最高，热负荷增大，管壁溫度升高，停吹时烟气总量下降为零，热 负荷减小，管壁溫度随之骤降，使受热管产生周期性的热交变应力，极易造成热疲劳破坏， 因此是密排管出现横向裂纹的重要原因。另外，由于汽化系统其他段烟道循环水循环方向 与烟气流动方向一致，均为低进高出，即循环水越向后所接触的烟溫越低;而末段烟道由于 其功能特殊，循环水循环方向低进高出，而烟气则高进低出，运样就使循环水越向后所接触 的烟溫越高。因此，当循环水进入末段烟道后即被高溫烟气加热形成汽水混合物，而后随着 烟溫的上升，循环水继续汽化从而不断产生大量蒸汽，W致循环水到达末段烟道的平直段 后，由于重力作用形成汽水分层，即较重的水沉到水冷管的底部.而蒸汽则浮在水冷管上 部。运样就造成内弧侧平直段水冷管因缺水而出现冷却不足，进而热疲劳产生横向裂纹，最 终导致该区域频繁漏水。因此介质流向引起的汽水分层是造成烟道漏水的根本原因。
[0005] 为了解决转炉汽化冷却烟道，特别是末端烟道的漏水问题，一般采取强制循环W 提高烟道换热面水冷强度，从而避免烟道过热而疲劳破损泄漏。但由于转炉的间歇式冶炼， 吹炼高峰时期烟气量急剧增加，烟道内壁受热使冷却循环水压力局部升高过快，瞬时膨胀 压力大于循环压力而会导致局部滞阻；另外，吹氧期间吹氧量的变化也会造成烟气量和烟 气溫度的变化，对循环冷却水压也会造成波动；而停吹时烟气总量下降为零，热负荷减小， 管壁溫度随之骤降，循环冷却水压随之下降。因此，单纯提高循环水压会由于冶炼吹氧而造 成水压冲击，从而使热管产生周期性的热交变应力，极易造成热疲劳泄漏乃至爆管。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低、减漏效果显著的转炉末段烟 道高可靠性汽化冷却上升管。
[0007] 本实用新型的目的是运样实现的，包括末段烟道、上升管支管、上升管主管，所述 末段烟道设置有密排管，所述上升管主管通过上升管支管与末段烟道的密排管连通，所述 上升管支管中轴与上升管主管中轴的汽流方向连接夹角α小于90%与所述上升管主管连通 的上升管支管的连接段与其相邻段中轴的汽流方向夹角β小于90°。
[0008] 本实用新型通过减小上升管主管与其支管的夹角W及减小支管间夹角，从而减小 上升管主管级支管中介质的流动阻力，增加末段烟道秘排管中介质的扰动强度，阻止或弱 化末段烟道汽水分层现象的发生，增强末段烟道密排冷却管的冷却效果，降低密排冷却管 的热疲劳强度，达到减少转炉末段烟道频繁漏水、提高末段烟道汽化冷却系统可靠性的目 的。因此，本实用新型具有结构简单、成本低、减漏效果显著的特点。
【附图说明】
[0009] 图1为现有末段烟道结构示意图；
[0010] 图2为图1左视图；
[0011] 图3为本实用新型结构示意图之一；
[001^ 图4为图3左视图；
[0013] 图中：1-末段烟道，10-烟气流向，11-漏水区域，2-上升管支管，20-支管连接段， 21-支管介质流向，22-支管一，23-支管二，24-支管Ξ，25-支管四，26-支管五，27-支管六， 28-支管屯，29-支管八，3-上升管主管，30-主管介质流向，4-汽包。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不得W任何方式对本实用新型加 W限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。
[0015] 如图3和4所示，本实用新型包括末段烟道1、上升管支管2、上升管主管3,所述末段 烟道1设置有密排管，所述上升管主管3通过上升管支管2与末段烟道1的密排管连通，所述 上升管支管2中轴与上升管主管3中轴的汽流方向连接夹角α小于90%与所述上升管主管3 连通的上升管支管2的连接段与其相邻段中轴的汽流方向夹角β小于90°。
[0016] 所述转炉为12化转炉，与所述上升管主管3连通的上升管支管2的连接段与其相邻 段的连接弯管中屯、半径不小于300mm。
[0017] 所述连接夹角α为20~50°。
[001引所述连接夹角β为15~60°。
[0019] 所述末段烟道1的转折间直线过渡连接。
[0020] 所述上升管支管2的任意一段与水平面的夹角大于15°。
[0021] 本实用新型工作原理及工作过程：
[0022] 本实用新型通过减小上升管主管与其支管的夹角W及减小支管间夹角，特别是综 合加大上升管转角半径，从而减小上升管主管级支管中介质的流动阻力，增加末段烟道秘 排管中介质的扰动强度，阻止或弱化末段烟道汽水分层现象的发生，增强末段烟道密排冷 却管的冷却效果，降低密排冷却管的热疲劳强度，达到减少转炉末段烟道频繁漏水、提高末 段烟道汽化冷却系统可靠性的目的。同时，通过控制上升管支管与水平面间的夹角大于 15%能够进一步减少管中介质的阻力和转炉吹炼时汽包内的水位波动，从而增强管壁的冷 却性能;另外，将末段烟道在现有技术中常规采用的圆弧过渡改用直线转折连接过渡，达到 减少末端烟道的平直段，从而减弱形成水汽分层的客观条件的目的。因此，本实用新型具有 结构简单、成本低、减漏效果显著的特点。
[0023] 如图3和4所示，昆钢新区炼钢厂2座12化转炉，自末段烟道运行6个月后第一次漏 水开始，W后平均每月每座转炉漏水5次上下，大约每隔5至7天漏水一次，每次焊补维修时 间为4小时左右。一座转炉每4小时生产合格钢水约43化，每月因为末段烟道漏水影响产量 为:430t X 5次/月X 2座转炉=430化，则每年将会直接减少产量5160化，进而造成较大的经 济损失。而且漏水位置在塔楼6楼，距离地面50多米高，且检修维护不方便，尤其是要通过烟 道顶部人孔进入烟道内部检修作业时更是又危险又困难又费时等。
[0024] 现有的末段烟道上升管的8根支管与主管的夹角都为90%其对应的局部阻力因数 为1.419;将8根支管与主管的夹角分别改造为22°、46°、37°、42°、36°、29°、22°和22°，改造 后的平均局部阻力因数为1.122。
[00巧]现有的上升管支管9个90°折管折管被分别改造为35°、55°、30°、20°、20°、33°、 35°、55°和15°，改造前的折管局部阻力因数约为0.985,改造后折管局部阻力因数约为 0.062。
[00%]现有的 10个90° 弯管的弯曲半径R值250、250、250、250、300、300、300、300、250、250 全部分别扩大改造为350、350、500、600、450、450、400、375、350和350，改造前的90°弯管局 部阻力因数约为0.210,改造后的弯管平均局部阻力因数约为0.134。
[0027]按W上方案对两座转炉的末段烟道进行改造，改造1年多来运行状况良好，漏水区 域的漏水间隔时间从原来的5至7天提高到了30至35天，30天左右打开保溫覆盖层观测，仅 有少数的漏点。证明管内介质流动更加的顺杨，汽水扰动作用加强，汽水分层现象得到了有 效的抑制，在很大程度上解决了末段烟道频繁漏水的难题，改造取得了成功。改造后的各项 指标见表1所示。
[002引表1改造后的指标表 [0029]
【主权项】
1. 一种转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于包括末段烟道（1)、上升管 支管(2)、上升管主管(3)，所述末段烟道(1)设置有密排管，所述上升管主管(3)通过上升管 支管(2)与末段烟道(1)的密排管连通，所述上升管支管(2)中轴与上升管主管(3)中轴的汽 流方向连接夹角α小于90°，与所述上升管主管(3)连通的上升管支管(2)的连接段与其相邻 段中轴的汽流方向夹角β小于90°。2. 根据权利要求1所述的转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于所述转 炉为120t转炉，与所述上升管主管(3)连通的上升管支管(2)的连接段与其相邻段的连接弯 管中心半径不小于300mm。3. 根据权利要求2所述的转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于所述连 接夹角α为20~50°。4. 根据权利要求2所述的转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于所述连 接夹角β为15~60°。5. 根据权利要求1所述的转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于所述末 段烟道(1)的转折间直线过渡连接。6. 根据权利要求1所述的转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，其特征在于所述上 升管支管(2)的任意一段与水平面的夹角大于15°。
【专利摘要】本实用新型公开了一种转炉末段烟道高可靠性汽化冷却上升管，包括末段烟道、上升管支管、上升管主管，所述末段烟道设置有密排管，所述上升管主管通过上升管支管与末段烟道的密排管连通，所述上升管支管中轴与上升管主管中轴的汽流方向连接夹角α小于90°，与所述上升管主管（3）连通的上升管支管（2）的连接段与其相邻段中轴的汽流方向夹角β小于90°。本实用新型通过减小上升管主管与其支管间的夹角以及支管间夹角，从而减少上升管中介质的流动阻力，阻止或弱化末段烟道汽水分层现象的发生，增强末段烟道密排冷却管的冷却效果，降低密排冷却管的热疲劳，达到减少转炉末段烟道频繁漏水的目的，具有结构简单、成本低、减漏效果显著的特点。
【IPC分类】C21C5/40
【公开号】CN205152256
【申请号】CN201520880353
【发明人】郭灿先, 王红飞
【申请人】武钢集团昆明钢铁股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月7日