ld转炉烟道系统设备设计

1、节能技术与装备 446 LD 转炉烟道系统设备设计转炉烟道系统设备设计 王 玲 （北京首钢国际工程技术有限公司炼钢室 100043） 摘摘 要要： 本文对首钢迁安钢铁有限公司炼钢厂 210tLD 转炉烟道系统设备型式的选择、技术性能的确定，以及 结构特点等进行了阐述。 关键词关键词： 烟道；结构；技术参数；设计 Design of LD Converter Flue System Equipment WANG Ling (Beijing Shougang International Engineering Technology CO LTD) Abstract: The type selection, technical parameters and structural features for 210t- LD converter flue system equipments in Shougang Qianan Steelmaking Co., Ltd. have been discussed in this article. Key words: Movable skirt;

2、Structure; Technology Parameters; Design 1 前言 对转炉炼钢生产过程中产生烟气的处理效果 是检验转炉车间环保水平的主要标志之一，转炉 煤气和蒸汽的回收与再利用也是转炉炼钢节能减 排的重要措施。因此，减少转炉烟气向大气中排 放，同时，提高能源的二次利用成为设计中重要 的课题。转炉炼钢过程中产生的大量高温烟气， 其主要成分是一氧化碳。回收的转炉煤气发热值 可达 18002200 大卡，是上等燃料，可作为轧钢 加热炉、石灰套筒窑、钢包烘烤等设备的燃料。 烟气中还含有大量高铁含量的粉尘，收集下来可 作为烧结的生产原料。另外，高温烟气通过热交 换又可回收大量蒸汽，蒸汽的用途甚广，既用于 生产又用于生活。因此对转炉烟气能源利用的设 计其意义十分重大，若这些高温烟气不回收，散 发在大气中会产生严重环境污染，危及人们的健 康和生活，同时会造成能源的浪费。 北京首钢国际工程技术有限公司炼钢设计室 2003 年为首钢迁安钢铁有限责任公司炼钢厂 210t 转炉配套设计并投入使用的汽化冷却烟道，使迁 钢吨钢蒸汽回收达到 7080kg，煤气回收达到吨 钢 80 立方米，

3、同时减少了烟道系统的动力消耗， 延长了烟道设备的使用寿命。 2 烟道系统设计 烟道系统由活动罩裙、水冷环、横移车、罩 裙提升装置、汽化冷却烟道等组成。 2.1 活动罩裙 2.1.1 结构及主要技术参数 活动罩裙用于最大限度的收集含大量 CO 的高 温烟气和承受高温含尘炉气的冲刷，并能自由升 降，便于摇炉操作和观察火焰。其结构形式有大 罩和小罩两种（图 1） 。 图 1 大罩和小罩的结构形式 大罩的结构采用管子隔板式（图 2） 。此结 全国能源与热工 2008 学术年会 447 构轻而坚固、密封性能好，材料来源广，造价合 理。其优点是敞开口式，下部做成裙状，可容纳 烟气瞬间的较大波动及减小烟气外溢，对烟气的 缓冲效果好，并能控制漏风缝隙面积的大小。缺 点是由于烟罩敞开，需用较灵敏的调节装置控制 罩口吸气量。小罩下部为直筒形，烟罩下降时罩 裙下缘与炉口之间处于最小间隙，利于控制罩口 微压差及提高煤气回收质量。但由于迁钢铁水质 量不好，易喷溅，喷溅的钢渣易把小罩与炉口粘 结，升降时易拉坏罩裙，故采用了大罩形式。同 时，为防止外部空气侵入和因沾渣而影响扣罩， 大罩下降后与炉口外缘的间隙为 14

4、8mm。罩裙 的冷却自成回路，用金属软管连接外界水管. 图 2 管子隔板式 活动罩裙主 要 技 术 参 数 ： 上 口 直 径 4355mm；下口直径5280mm；全高 1308mm； 重量 5537kg；行程 900mm。 2.1.2 密封 大罩因在垂直方向升降，故其与横移烟道应 活动连结且密封，以防活动时外部空气侵入或煤 气外泄。目前国内密封形式一般有水封、砂封和 气体密封等形式(图 3)。 图 3 密封形式 采用水封密封时，水封槽设在活动罩裙上， 可停在行程范围内的任意一点，其结构简单、密 封可靠； 砂封密封不严、 易跑烟冒火和吹跑砂子， 但无水封槽中积灰渣的问题。 本次设计采用氮气密封，可防止大量烟气从 活动烟罩与横移烟道的间隙溢出。将其置于活动 罩裙上部，水冷环下部，沿其切线方向装有 600 个氮气喷嘴，吹炼时氮气密封阀自动开启，形成 两道环形氮气屏幕，最大耗气量为 4000 标米 3/ 时。该装置比水封和沙封体积小、重量轻、密封 效果好，且不堵塞。 2.2 横移车 横移车用于支撑横移烟道，同时可将活动罩 裙、水冷环及横移烟道等从烟道中心的上方横移 至转炉一侧，以便检修和更换

5、。其主要技术参数 为：轨距 7630mm；轮距 7600mm；行程 6600mm； 启动拉力 22680N；驱动方式为钢丝绳牵引；设备 重量 48488kg。 2.3 罩裙提升装置 罩裙提升装置设置在横移车上方的土建平 台上，这种布置结构紧凑，罩裙提升采用重锤式 机械传动。罩裙提升由电机、减速器、传动轴、 链轮、短链、导向滑轮等设备组成，四个导向滑 轮设置在横移车上。其主要技术参数为：提升重 量 15t；提升速度 53.3mm/s；提升高度 900mm； 驱动电机功率 7.5Kw；额定转速 903r/min；减 速机速比 531.7；公称中心距 450mm。 2.4 汽化冷却烟道 汽化冷却烟道由横移烟道、主烟道、尾部烟 道等组成，其辅件包括烟道支撑、上顶盖、防爆 阀、检修卷扬及吊笼等。 汽化冷却烟道用于吸收转炉炉口喷出的烟气 （1600）中大量热量。目前，国内 LD 转炉烟 道系统均采用自然循环汽化冷却或热水闭路循环 冷却与汽化冷却相结合的方式。因各段烟道受热 状况不一，为增强烟气冷却效果，本次设计采用 强制循环与自然循环相结合的冷却方式，即横移 烟道为强制循环冷却，主烟道及尾部烟道为

6、自然 循环冷却。在主烟道和尾部烟道所组成的两个单 独自然循环回路中，应用循环转换阀，当汽化冷 却系统处于冷启动状态或当转炉停止吹炼时，该 转换阀可通过控制台自动将自然循环转换为强制 循环，吹炼时又恢复自然循环。自然循环与强制 节能技术与装备 448 循环的自动转换，可避免在低负荷时烟道受热管 束中发生水循环停滞现象，保证烟道长期稳定运 行。 2.4.1 横移烟道 横移烟道由横移车支撑，为保证氧枪孔口与 转炉中心线一致，将横移烟道设计为斜烟道，烟 道中心线与水平线夹角为 53，该段有氧枪孔 （直径914mm）和副枪孔口(直径450mm)各 一个，下料溜槽（直径670mm, 与铅垂线夹角 28）两个，且各处均设置了氮气密封。 烟道的排管形式为管子隔板式（图 2） ，管 子尺寸为38mmX5mm、200 根。排管烟道开 孔方式见图 4.本次设计采用迭管式加工制造比较 方便，不需内外胎膜，对水循环影响较小。 图 4 烟道开孔方式 强制循环冷却横移烟道的每根水冷壁管均需 设节流圈，故在进水联管处设置了节流器（图 5） 。这种结构既利于水的均匀分配，又可防止杂 质进入受热管。节流器由套嘴、分流管、

7、弹簧、 紧固螺钉、丝堵等组成。烟道检修时，可从联箱 外侧将节流器拆开，取出分流管进行清洗或更 换。 图 5 节流器 横 移 烟 道 主 要 技 术 参 数 ： 上 口 直 径 3180mm； 下口直径 3769mm； 全高 9120.9mm； 重量 36633kg。 2.4.2 主烟道及尾部烟道 主烟道的支撑由固定支架、导向支座（图 6） 图 6 主烟道支撑 和水平拉杆组成。主烟道为 16 边型主框架， 每边设 8 根 60mm5mm 的受热管。这种结构 便于补焊和换管、自动焊接、分片制造，且省去 了制造时的胎具。主烟道一圈设置 128 根受热 管。 主烟道主要技术参数：上口直径 3180mm； 下 口 直 径 3180mm ； 全 高 17898mm ； 重 量 45802kg。 尾部烟道为管子隔板式，管子直径为 38mm5mm、128 根。其主要技术参数：上口 直径 3180mm；下口直径 3180mm；全高 5920mm；重量 15127kg。 2.4.3 防爆阀及烟道检修装置 防爆阀用于烟道泄压以防爆炸。其主要技 术参数为：直径550mm；启爆压力 0.009Mpa； 开启角度

8、 62；全高 955mm；进水温度 32； 重量 436kg； 电压 AC380V； 行程开关型号 LK3-20 S/D（一台） 。 烟道检修装置包括检修卷扬和载人吊笼，通 过检修卷扬和载人吊笼，检修人员可以进入烟道 内任一位置进行补焊和打渣。 3 尾部烟道弹簧的计算 本次设计使用 9 号弹簧。其性能参数：最大 允许荷重 （Pmax） 为 23732N； 最大压缩值 （max） 为 140mm；自由高度（Hzy）为 497mm。 1）压簧支座热态时的弹簧载荷（P1）的计 全国能源与热工 2008 学术年会 449 算 压簧支座热态时的弹簧载荷 P1（N）为： P1= Pmax（Hzy-H）/max (1) 式中：H热态时的弹簧高度，mm。 弹簧的安装高度 Haz(mm)为: Haz=Hzy-maxPo/Pmax （2） 式中：Po每根弹簧的计算荷载，N。 Po 取 22882N，带入(2)式，得： Haz=362 H=Haz+Z （3） 式中：Z压簧支座弹簧补偿量，mm。 Z1 t H （4） 式中：1碳钢水冷壁线膨胀系数，-1； t热态温差，； H弹簧支座至主烟道固定支座高差， mm

9、。 1、t、H 分别取 0.00001215，200 和 1618，代入（4）式，得： Z3.93 将 Haz 和Z 代入（3）得： H365.93 将 Haz 和 H 代入(1)得： P122218N 因 P1 Pmax,固选取 9 号弹簧可行。 2）吊簧支架热态时得弹簧载荷（P2）的计 算 吊簧支架热态时得弹簧载荷 P2（N）为： P2Pmax （HzyH2） /max （5） 式中：H2热态时的弹簧高度，mm。 H2Haz+D （6） 式中：Haz弹簧的安装高度，mm； D吊簧支架弹簧补偿量，mm。 Haz Hzy-maxPo/ Pmax （7） 式中：Po每根弹簧的计算载荷，N。 Po取 22065N，代入（7）式，得：Haz366.83 D1 t H （8） 式中：1碳钢水冷壁线膨胀系数，-1； t热态温差，； H弹簧支座至主烟道固定支座高 差，mm。 1、 t、 H分别取 0.00001215， 200 和-2950，并代入（8）式，得： H359.66 将 H代入（5）式，得： P223281N 因 P2Pmax，固选取 9 号弹簧可行。 4 结语 保护环境、变废为宝、 回收能源是环境保护 的一项国策，是炼钢生产不可或缺的重要环节。 烟道系统是煤气回收和汽化冷却烟道两套装置的 首段，其设计结果直接影响煤气回收和蒸汽的质 量，也关系到环境保护、烟道使用寿命和炼钢生 产。首钢迁安钢铁有限责任公司炼钢厂 210tLD 转炉烟道系统投产至今运行良好，各项综合技术 指标均达到了预期效果，满足了用户需求。这些 能源的再利用可为钢厂节约可观的成本，具有良 好的环保效益和社会效益。 参考文献 1氧气转炉炼钢设备.机械工业出版社.1982. 2氧气顶吹转炉汽化冷却设计.氧气顶吹转炉汽化冷 却设计编写组编.1978. 3机械设计手册.化学工业出版社 北京有色冶金设 计研究总院主编.1993. 4冶金机械设备安装工程

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