广钢5号高炉图拉法炉渣处理设备的改进
前 言
广州钢铁股份有限公司（简称广钢）在2003年2月投产的5号高炉上采用了图拉法炉渣处理工艺，该工艺是一种新型高炉熔渣处理工艺，具有节能、环保、占地面积小、安全的优点。但图拉法设备在运行初期，故障频发，曾成为阻碍高炉正常生产的隐患，经过近两年的整改，设备运行大致走上正常。
2 图拉法工艺简介
图拉法工艺简单[1]，其工艺结构如图1所示。从高炉放出的熔渣，直接流向旋转的粒化轮，粒化轮的速度可达150～330 r/min，在熔渣与粒化轮衬板相碰的瞬间，熔渣被打碎粒化，而粒化轮左、上、右三侧水箱喷出的冷却水，压力一般可达0.3 MPa，将粒化轮打出的碎渣冷却、水淬，形成真正意义上的水渣。水渣通过粒化轮斜槽流入脱水器，进行脱水，同时进一步冷却，脱水后的渣由皮带运到堆场。渣处理系统采用上渣1套粒化轮，脱水在1号脱水器进行；下渣2套粒化轮和脱水器，开1备1。
 图1 图拉法渣处理系统工艺结构 |
3 设备存在的问题及改进方法
3.1 粒化轮结构不合理
设备运行初期，粒化轮频繁出现卡死现象， 粒化轮电机自动跳闸，造成系统堵塞，严重时高炉减风，成为高炉正常生产的隐患。最初以为是安装时两端轴承座没对中，导致轴在工作过程中因热胀而卡死。但调整、更换几次粒化轮后，问题并没有解决。经拆开轴承座检查，发现轴承座内有水及灰，判断是轴承的密封不好。为此重新设计轴承的密封型式[2]，并在轴承座外增加甩水环，轴承座改进前后的结构见图2。改进后粒化轮再没有出现过卡死现象。
 改进前 改进后 1－透盖一；2－挡圈；3－轴承座上盖；4－轴承；5－透盖二；6－轴；7－甩水环；8－锁紧螺钉；9－毛毡；10－轴承底座。 |
3.2 粒化轮外壳变形严重
在设备运行半年后，发现粒化轮的外壳变形开裂严重，内表面基本没有平整的地方，造成粘渣。操作人员每放1炉铁都要爬进里面清理粘渣，劳动强度极大，清理不及时则影响高炉正常放铁。而且由于粒化轮现场场地狭窄，生产节奏又快，维修外壳变形的难度极大。通过对现场设备的检查，认为主要原因是粒化轮外壳冷却面积小，在没有冷却的地方，当内侧有炉渣粘住时，由于温度高而变形，外壳的变形又加剧了内侧面的不平整，增加了粘渣的机会，如此恶性循环。为此，对外壳进行改造，使冷却水基本覆盖了整个外壳。在2004年上半年改进后，因外壳变形而检修的次数大幅减少。
3.3 冲渣泵、冲渣水管道、阀门磨损严重
冲渣泵采用的是300AWFB-BD自吸泵，扬程47.5 m，流量400 m3/h，但运行3、4个月后，水压下降到0.15 MPa左右，因此必须更换新泵。拆开水泵检查，发现泵叶、壳体、泵轴均磨损较大，其中1台泵外壳体磨穿了，这直接导致水泵的压力、流量减少。冲渣泵设计时是开1备1，但实际上经常要2泵同开才能满足生产。为了保证水量及压力，在原来2台冲渣泵旁边增加1台冲渣泵，采用开2备1，同时选用较耐磨的冲渣泵，特别是叶轮，要求用不锈钢耐磨件，从而减少了故障，使冲渣水压达到0.25～0.3 MPa的生产要求。
冲渣管道、阀门经常穿漏，在不到半年时间就有25个截止阀阀体穿漏。管道的穿漏也很频繁，特别是水管的弯头部位。初期的办法是哪里漏哪里补，后来则是逐步采用耐磨陶瓷内衬复合钢管来更换旧管，提高管道的耐磨性。
对穿漏问题采取的处理方法，虽然减少了故障的发生，但未从根源上解决。通过对现场的观察分析，认为由于回流水中含渣量多，沉淀池中的水在渣沉淀不充分的情况下，重新被泵吸入冲渣管道，导致相关管道的快速磨损。根本的办法应是减少回流水中的含渣量。为此，在2004年底，对回流水系统进行了改造：截去1节回流水管，同时在该处增加1个小型隔渣池，使回流水中颗粒较大的渣粒先在此沉淀，细小的渣则再流到小水池沉淀。同时加强脱水器筛板的检查，筛板穿漏后及时更换。经过这样处理，情况得到极大改善，故障率大幅降低。
3.4 粒化轮衬板消耗大
在图拉法炉渣处理设备中，粒化轮衬板直接跟熔渣相撞，磨损最严重，也是价格最贵的备件。在设备使用的前2年，基本上每半年就要更换一套衬板，磨损更换的频率快。通过对现场的了解分析，认为引起衬板磨损快的原因有4个方面：1）跟衬板的材质耐磨性有关；2）跟渣中含铁量的多少有关，含铁量高则磨损快；3）跟渣沟嘴的平整性有关，若渣沟嘴没铺开，渣只冲击一个地方，衬板磨损也快；4）跟冲渣水量、水的落点有关。
因此，降低衬板的磨损需要综合考虑。订备件时要求衬板的耐磨性要好，出铁时要求渣中含铁少，渣沟嘴必须平整，更换设备重装水管时要调整好水的落点。这几个方面改进后，衬板的消耗大幅度减少，目前衬板寿命约为1 a。
3.5 钢结构维护难
广钢5号高炉图拉法炉渣处理设备全部采用钢结构，基础经常浸泡在水中，腐蚀速度比较快。但在高炉不停产的情况下，很难进行防腐。为此，利用高炉2005年初中修的机会，对基础钢结构采用混凝土包覆防腐，以减少腐蚀速度。
3.6 设备操作中存在意识误区
由于图拉法炉渣处理工艺具有安全性高的特点，操作人员往往会忽视渣中含铁的危害性。渣中含铁多，害处有二：一是不易破碎，且易粘结在设备上，损坏设备，增加操作人员清渣量；二是为防止蒸汽的侵蚀，在脱水器烟囱内壁贴有防腐保护层，一旦渣中含铁多，虽不会大爆炸，但多次轻微的小爆炸会损坏这些保护层，使其脱落从而增大该处钢结构的腐蚀速度。其中第3层烟囱就因为这样的爆炸导致保护层部分脱落，致使该处钢板很快腐蚀穿孔。因此要特别强调操作的盲点，以利设备的正常运转。
4 改进效果及效益
广钢图拉法设备通过一系列的改进后，不仅解决了粒化轮卡死问题，而且减少了设备的磨损、变形，提高了设备的寿命，从而减少了设备的故障，减少了维修人员的劳动量，保证了高炉的正常生产。方法虽然简单，但效果比较明显：解决了投产40 d出现7次的粒化轮卡死现象；粒化轮外壳比较大的变形由15 d延长至30 d；冲渣泵寿命由3个月延长至7个月；粒化轮衬板寿命由0.5 a延长至1 a。
冲渣泵由2台改为3台，但寿命提高，每年可节约备件费用约28万元。粒化轮衬板寿命提高可每年节约备件费用约30万元。截止阀每年大约可减少磨损25个，节约备件费约2.5万元。维修工作量大幅减少，每年可节约施工费及委外机具费约25万元。
以上4项合计每年可取得经济效益85.5万元，而设备的改进成本费用大约为20万元。因此，改造第1年的经济效益就达到65.5万元，还不包括因高炉不用减风而增加产量带来的效益。
参考文献：
[1] 范彦军.广钢3#高炉大修炉渣处理工艺探讨与分析[J].冶金丛刊,2003,(5)：10-11.
[2] 《机械设计手册》联合编写组.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1982.
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