董水秀 史頁(yè)殊 賈東升 尚德良
（鞍鋼股份皺魚圈鋼鐵分公司煉鋼部 營(yíng)口）
【摘要】針對(duì)LF爐水冷爐蓋漏水事故的原因，對(duì)水冷爐蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進(jìn)水回水管路方式進(jìn)行改造，使得水冷爐蓋的在線使用壽命提高一倍以上。
【關(guān)鍵詞】LF精煉爐；水冷爐蓋；漏水；設(shè)備改造
1概述
精煉LF爐利用電弧將鋼水加熱，同時(shí)向鋼水內(nèi)吹入惰性氣體，通過(guò)加入合金或?qū)嵤┪咕€等手段，使鋼水在在非氧化性氣氛下實(shí)施精煉,從而實(shí)現(xiàn)鋼水的成分調(diào)整、脫硫、脫氣、去除夾雜物等功能,是煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵重要設(shè)備之一。
水冷爐蓋主要起鋼水保溫,保持還原氣體氣氛,減少電極氧化，煙氣除塵等作用，為密布管式水冷結(jié)構(gòu)，一旦爐蓋出現(xiàn)漏水，將導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患或事故，并宜接影響正常生產(chǎn)。皺魚圈鋼鐵分公司煉鋼部鋼水精煉LF爐屬連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所有重點(diǎn)品種鋼幾乎都需經(jīng)電爐處理，但由于LF爐水冷爐蓋漏水經(jīng)常造成設(shè)備事故，其占比達(dá)到連鑄區(qū)域2018年全年設(shè)備事故的50%。成為限制煉鋼部產(chǎn)能的瓶頸環(huán)節(jié)，給企業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。
目前國(guó)內(nèi)外LF爐水冷爐蓋冷卻水多采用有壓回水的方式,并對(duì)爐蓋內(nèi)冷卻水管的布置不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。日本部分先進(jìn)鋼鐵企業(yè)水冷爐蓋壽命可達(dá)9000爐次以上，國(guó)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)水冷爐蓋壽命也達(dá)到6000爐次以上。皺魚圈鋼鐵分公司煉鋼部通過(guò)對(duì)水冷爐蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進(jìn)水、回水方式進(jìn)行優(yōu)化改造，同時(shí)改進(jìn)了爐蓋修復(fù)方案，使得水冷爐蓋的在線使用壽命大幅度延長(zhǎng)，已達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。
2水冷爐蓋的構(gòu)成
爐蓋本體采用無(wú)縫鋼管和特制彎頭組焊而成，上下共分為三層。底層側(cè)壁設(shè)有裙邊,防止空氣進(jìn)入鋼包，同時(shí)防止煙塵外溢。上層設(shè)有電極升降通過(guò)的三個(gè)孔，通過(guò)耐火中心蓋與爐蓋連接。 中層分別設(shè)有加料孔、測(cè)溫取樣孔和喂絲孔。爐蓋本體中層側(cè)壁還開設(shè)有爐門，主要用于生產(chǎn)時(shí)操作人員觀察爐內(nèi)鋼液情況，此爐門采用氣缸驅(qū)動(dòng)。煙氣通道用鋼板圍成，外部焊接水冷管，形成水冷煙道，并設(shè)吸風(fēng)口與外部除塵管道相連接。水冷爐蓋內(nèi)部原設(shè)計(jì)采用均布焊接掛渣釘，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掛渣或人工打結(jié)耐火材料（見圖1）。
水冷爐蓋原設(shè)計(jì)14條冷卻水環(huán)路,冷卻水通過(guò)兩條金屬軟管進(jìn)集水分配器,再經(jīng)由14條管路自由分配水量進(jìn)入水冷爐蓋?；厮捎瞄_放式回水槽，14條回水管路匯總至回水槽,再經(jīng)由管道流入回水泵房。14條回水管路在回水槽上方設(shè)有溫度檢測(cè)和調(diào)節(jié)手閥。
3漏水的原因
(1) 爐蓋內(nèi)部原設(shè)計(jì)打結(jié)耐火材料。由于耐材脫落易造成對(duì)鋼水的二次污染，加上對(duì)比先進(jìn)鋼鐵企業(yè)LF爐爐蓋的實(shí)際應(yīng)用，因此取消了在爐蓋內(nèi)部打結(jié)耐材的工藝。取消耐材后冷卻水管工作環(huán)境劣化，部分爐蓋內(nèi)冷卻水已達(dá)到85℃。
(2)LF爐冷卻水初始設(shè)計(jì)供水工作壓力過(guò)低,加之供水泵距離現(xiàn)場(chǎng)入口閥門近700m距離，沿程壓力損失較大。目前，供水泵出口壓力為0.6MPa,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力不足0.3 MPa。而爐蓋自身要求進(jìn)水壓力在0.5 MPa左右,導(dǎo)致管路內(nèi)冷卻水流速過(guò)慢。
(3) 爐蓋配套的進(jìn)水管、出水管管路設(shè)計(jì)過(guò)細(xì)。爐蓋冷卻水管為DN65mm,而進(jìn)水管、出水管采用DN40mm的無(wú)縫鋼管。冷卻水在管內(nèi)受阻，循環(huán)較慢，溫升較快。
(4) 爐蓋中部分冷卻水管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不合理。最長(zhǎng)的水管達(dá)到80m,最高溫的區(qū)域水管長(zhǎng)度也有50 m,冷卻水在爐蓋內(nèi)循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水溫較高。
(5)現(xiàn)有爐蓋均采用修復(fù)品，修復(fù)過(guò)程中只能對(duì)部分管路進(jìn)行更換。多處管路管壁老化變薄，膨脹系數(shù)下降,在熱交變應(yīng)力的作用下,經(jīng)常在焊接處開裂。
(6)無(wú)壓回水方式的進(jìn)水回水壓差較小，并且水量為自由分配，導(dǎo)致部分管路水流量較低，冷卻水無(wú)法充滿管路。
4改造方案
(1)對(duì)爐蓋內(nèi)部管路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，由原有的14路冷卻水改造為16路冷卻水，并且將供水、回水管路的通徑由原有的DN40mm,分別優(yōu)化為DN50mm和DN65mm。對(duì)外部回水管路同步進(jìn)行改造,加大冷卻水流量。爐蓋中冷卻水管長(zhǎng)度重新進(jìn)行優(yōu)化，保證冷卻水管長(zhǎng)度均小于50m,高溫區(qū)域的冷卻水管長(zhǎng)度小于40m,盡可能縮短冷卻水在爐蓋內(nèi)的停留時(shí)間。同時(shí)，在16路回水管路中加裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)各管路實(shí)際溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使?fàn)t蓋冷卻水的各出口溫度不高于55℃。改造前后的照片見圖1,2。
(2)將爐蓋回水系統(tǒng)改造為有壓回水,取消原有的無(wú)壓回水以及對(duì)應(yīng)的回水泵房。進(jìn)一步提升進(jìn)水回水壓力差，確保冷卻水充滿管路。
(3) 改進(jìn)爐蓋的修復(fù)工藝。采取整體更換管路的方式，減少新管與舊管之間的接縫。管路焊接采用開坡口、氮弧焊打底、直流焊接等方式，以保證接縫處的焊接質(zhì)量。并且對(duì)每條管路單獨(dú)做進(jìn)出口流量檢測(cè)，確保每條管路的流量損失低于15%。
(4)對(duì)供水泵實(shí)施改型，提升供水泵供水壓力和流量。確保爐蓋冷卻水入口壓力不低于0.45MPa。
(5)定期檢測(cè)各管路出口實(shí)際水溫，通過(guò)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)各管路水溫實(shí)施有效控制。確保各管路冷卻水管的溫度始終控制在55℃以下，從而穩(wěn)定爐蓋的工作狀態(tài),降低設(shè)備故障率。
(6)加強(qiáng)對(duì)水冷爐蓋的點(diǎn)檢維護(hù)，定期對(duì)爐蓋不同位置建立壁厚檢測(cè)趨勢(shì)圖，對(duì)爐蓋各處壁厚進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)，測(cè)量壁厚小于原始壁厚的80%的部位，要主動(dòng)實(shí)施檢查,對(duì)缺陷部位有計(jì)劃的實(shí)施修補(bǔ)。
5改造效果
2018年10月完成了對(duì)皺魚圈鋼鐵分公司煉鋼部LF爐水冷爐蓋的相關(guān)改造工作并開始上線使用，改造后的水冷爐蓋在線運(yùn)行已接近6個(gè)月，期間未發(fā)生爐蓋漏水事故。
(1)改造前后管路水溫情況見表1。
(2)改造前爐蓋使用壽命在3個(gè)月左右，改造后的爐蓋在近6個(gè)月內(nèi)未出現(xiàn)漏水事故。至今已減少檢修工用時(shí)110h,大幅度降低了設(shè)備事故率和故障率。保證了煉鋼部生產(chǎn)穩(wěn)定順行，有效地提高了產(chǎn)能。
(3)消除了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和重點(diǎn)安全隱患，可避免因爐蓋漏水而引發(fā)鋼水罐內(nèi)發(fā)生噴爆事故。