廣鋼5號高爐圖拉法爐渣處理設備的改進
前 言
廣州鋼鐵股份有限公司（簡稱廣鋼）在2003年2月投產的5號高爐上采用了圖拉法爐渣處理工藝，該工藝是一種新型高爐熔渣處理工藝，具有節能、環保、占地面積小、安全的優點。但圖拉法設備在運行初期，故障頻發，曾成為阻礙高爐正常生產的隱患，經過近兩年的整改，設備運行大致走上正常。
2 圖拉法工藝簡介
圖拉法工藝簡單[1]，其工藝結構如圖1所示。從高爐放出的熔渣，直接流向旋轉的粒化輪，粒化輪的速度可達150～330 r/min，在熔渣與粒化輪襯板相碰的瞬間，熔渣被打碎粒化，而粒化輪左、上、右三側水箱噴出的冷卻水，壓力一般可達0.3 MPa，將粒化輪打出的碎渣冷卻、水淬，形成真正意義上的水渣。水渣通過粒化輪斜槽流入脫水器，進行脫水，同時進一步冷卻，脫水后的渣由皮帶運到堆場。渣處理系統采用上渣1套粒化輪，脫水在1號脫水器進行；下渣2套粒化輪和脫水器，開1備1。
 圖1 圖拉法渣處理系統工藝結構 |
3 設備存在的問題及改進方法
3.1 粒化輪結構不合理
設備運行初期，粒化輪頻繁出現卡死現象， 粒化輪電機自動跳閘，造成系統堵塞，嚴重時高爐減風，成為高爐正常生產的隱患。最初以為是安裝時兩端軸承座沒對中，導致軸在工作過程中因熱脹而卡死。但調整、更換幾次粒化輪后，問題并沒有解決。經拆開軸承座檢查，發現軸承座內有水及灰，判斷是軸承的密封不好。為此重新設計軸承的密封型式[2]，并在軸承座外增加甩水環，軸承座改進前后的結構見圖2。改進后粒化輪再沒有出現過卡死現象。
 改進前 改進后 1－透蓋一；2－擋圈；3－軸承座上蓋；4－軸承；5－透蓋二；6－軸；7－甩水環；8－鎖緊螺釘；9－毛氈；10－軸承底座。 |
3.2 粒化輪外殼變形嚴重
在設備運行半年后，發現粒化輪的外殼變形開裂嚴重，內表面基本沒有平整的地方，造成粘渣。操作人員每放1爐鐵都要爬進里面清理粘渣，勞動強度極大，清理不及時則影響高爐正常放鐵。而且由于粒化輪現場場地狹窄，生產節奏又快，維修外殼變形的難度極大。通過對現場設備的檢查，認為主要原因是粒化輪外殼冷卻面積小，在沒有冷卻的地方，當內側有爐渣粘住時，由于溫度高而變形，外殼的變形又加劇了內側面的不平整，增加了粘渣的機會，如此惡性循環。為此，對外殼進行改造，使冷卻水基本覆蓋了整個外殼。在2004年上半年改進后，因外殼變形而檢修的次數大幅減少。
3.3 沖渣泵、沖渣水管道、閥門磨損嚴重
沖渣泵采用的是300AWFB-BD自吸泵，揚程47.5 m，流量400 m3/h，但運行3、4個月后，水壓下降到0.15 MPa左右，因此必須更換新泵。拆開水泵檢查，發現泵葉、殼體、泵軸均磨損較大，其中1臺泵外殼體磨穿了，這直接導致水泵的壓力、流量減少。沖渣泵設計時是開1備1，但實際上經常要2泵同開才能滿足生產。為了保證水量及壓力，在原來2臺沖渣泵旁邊增加1臺沖渣泵，采用開2備1，同時選用較耐磨的沖渣泵，特別是葉輪，要求用不銹鋼耐磨件，從而減少了故障，使沖渣水壓達到0.25～0.3 MPa的生產要求。
沖渣管道、閥門經常穿漏，在不到半年時間就有25個截止閥閥體穿漏。管道的穿漏也很頻繁，特別是水管的彎頭部位。初期的辦法是哪里漏哪里補，后來則是逐步采用耐磨陶瓷內襯復合鋼管來更換舊管，提高管道的耐磨性。
對穿漏問題采取的處理方法，雖然減少了故障的發生，但未從根源上解決。通過對現場的觀察分析，認為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況下，重新被泵吸入沖渣管道，導致相關管道的快速磨損。根本的辦法應是減少回流水中的含渣量。為此，在2004年底，對回流水系統進行了改造：截去1節回流水管，同時在該處增加1個小型隔渣池，使回流水中顆粒較大的渣粒先在此沉淀，細小的渣則再流到小水池沉淀。同時加強脫水器篩板的檢查，篩板穿漏后及時更換。經過這樣處理，情況得到極大改善，故障率大幅降低。
3.4 粒化輪襯板消耗大
在圖拉法爐渣處理設備中，粒化輪襯板直接跟熔渣相撞，磨損最嚴重，也是價格最貴的備件。在設備使用的前2年，基本上每半年就要更換一套襯板，磨損更換的頻率快。通過對現場的了解分析，認為引起襯板磨損快的原因有4個方面：1）跟襯板的材質耐磨性有關；2）跟渣中含鐵量的多少有關，含鐵量高則磨損快；3）跟渣溝嘴的平整性有關，若渣溝嘴沒鋪開，渣只沖擊一個地方，襯板磨損也快；4）跟沖渣水量、水的落點有關。
因此，降低襯板的磨損需要綜合考慮。訂備件時要求襯板的耐磨性要好，出鐵時要求渣中含鐵少，渣溝嘴必須平整，更換設備重裝水管時要調整好水的落點。這幾個方面改進后，襯板的消耗大幅度減少，目前襯板壽命約為1 a。
3.5 鋼結構維護難
廣鋼5號高爐圖拉法爐渣處理設備全部采用鋼結構，基礎經常浸泡在水中，腐蝕速度比較快。但在高爐不停產的情況下，很難進行防腐。為此，利用高爐2005年初中修的機會，對基礎鋼結構采用混凝土包覆防腐，以減少腐蝕速度。
3.6 設備操作中存在意識誤區
由于圖拉法爐渣處理工藝具有安全性高的特點，操作人員往往會忽視渣中含鐵的危害性。渣中含鐵多，害處有二：一是不易破碎，且易粘結在設備上，損壞設備，增加操作人員清渣量；二是為防止蒸汽的侵蝕，在脫水器煙囪內壁貼有防腐保護層，一旦渣中含鐵多，雖不會大爆炸，但多次輕微的小爆炸會損壞這些保護層，使其脫落從而增大該處鋼結構的腐蝕速度。其中第3層煙囪就因為這樣的爆炸導致保護層部分脫落，致使該處鋼板很快腐蝕穿孔。因此要特別強調操作的盲點，以利設備的正常運轉。
4 改進效果及效益
廣鋼圖拉法設備通過一系列的改進后，不僅解決了粒化輪卡死問題，而且減少了設備的磨損、變形，提高了設備的壽命，從而減少了設備的故障，減少了維修人員的勞動量，保證了高爐的正常生產。方法雖然簡單，但效果比較明顯：解決了投產40 d出現7次的粒化輪卡死現象；粒化輪外殼比較大的變形由15 d延長至30 d；沖渣泵壽命由3個月延長至7個月；粒化輪襯板壽命由0.5 a延長至1 a。
沖渣泵由2臺改為3臺，但壽命提高，每年可節約備件費用約28萬元。粒化輪襯板壽命提高可每年節約備件費用約30萬元。截止閥每年大約可減少磨損25個，節約備件費約2.5萬元。維修工作量大幅減少，每年可節約施工費及委外機具費約25萬元。
以上4項合計每年可取得經濟效益85.5萬元，而設備的改進成本費用大約為20萬元。因此，改造第1年的經濟效益就達到65.5萬元，還不包括因高爐不用減風而增加產量帶來的效益。
參考文獻：
[1] 范彥軍.廣鋼3#高爐大修爐渣處理工藝探討與分析[J].冶金叢刊,2003,(5)：10-11.
[2] 《機械設計手冊》聯合編寫組.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1982.
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