转炉煤气蓄热烘烤技术在RH真空炉工艺中的应用

0 前言

随着钢铁行业的发展，RH真空炉精炼成为钢铁行业优特钢产品转型和企业增加利润的首选工艺，越来越多的钢铁企业选用了RH炉外精炼工艺，其中真空槽耐材和浸渍管的烘烤是RH工艺中的重要环节，决定着RH的过程成本控制。我国现有真空槽的烘烤多采用外购天然气或者焦炉煤气烘烤，成本较高，其中天然气烘烤直接介质成本达到10元/t钢，焦炉煤气也达到2～3元/t钢。在钢铁大行业微利甚至亏损的背景下，降本增效成为钢铁企业逆境中求生的关键环节，针对河南济源钢铁(集团)有限公司(以下简称河南济钢)RH工艺的现状，河南济钢对RH真空槽烘烤系统进行转炉煤气改造，采用专门的转炉煤气长火焰蓄热式节能烘烤技术，达到了预期目的，按照同样的烘烤曲线，真空槽烘烤温度最高达到1 300℃，不仅满足了生产，更重要的是利用了公司富余转炉或高炉煤气，极大减少了天然气的消耗，经济效益和社会效益显著。

1 现有RH烘烤工艺及燃烧介质

河南济钢现有RH采用新型三槽五位、双处理工位的精炼工艺，在线两个工作位，三个烘烤位，离线一个修砌干燥烘烤位，可实现在线快速移动换槽，不影响连续生产，设计产能年过钢量100万t，以生产轴承钢、冷墩钢、帘线钢、弹簧钢等为主。由于没有自产焦炉煤气，烘烤燃气介质为外购天然气，作业率50%，天然气成本约10元/t钢。为降低过程成本，河南济钢针对3台在线烘烤器和1台离线干燥烘烤器进行转炉煤气蓄热式烘烤技术改造，实践证明，此次改造达到了烘烤工艺要求，取得了较好的经济效益。

2 转炉煤气蓄热式烘烤器的改造

2.1 改造方案

本着尽可能利用原有烘烤器结构、设备和阀门的原则，采用了以下方案:

(1)利用原有的钢架、包盖升降系统、包盖及基础平台;

(2)采用长火焰转炉煤气蓄热式组合烧嘴，并配套改造引风机、鼓风机及换向系统;

(3)制作鼓风机管道，并入换向系统控制;

(4)安装控制柜，主要控制引风及换向系统;

(5)烧嘴连接管道内铺设防火材料;

(6)为保证煤气的压力稳定，在设备前段设置一个煤气稳压包。

该方案原理如图1所示，真空槽1的烘烤器包盖上装有蓄热式组合烧嘴2，蓄热式组合烧嘴2包含煤气喷口3和两个自蓄热口4，煤气喷口位于组合烧嘴的中央，两个自蓄热口对称分布在煤气喷口两边。真空槽1的底部与引风机5连接，引风机5的排气口与蓄热式换热器6的进烟口连接，排烟装置7和鼓风机8分别连接在蓄热式换热器6的排烟口和进风口。蓄热式换热器6的热空气出口与转炉煤气喷口3连接，转炉煤气通过独立管线给煤气喷口3提供燃烧介质，两个自蓄热口4经换向阀9与抽风机10连接或断开，自蓄热口4和换向阀9之间设有蓄热器。蓄热式换热器6的进气口和排烟口之间设有蓄热器，冷空气和热空气的管道穿设于蓄热器内，排出的热烟气将热量传递给蓄热器，蓄热器对进入的冷空气进行预加热。

图1 蓄热式烘烤原理图
Fig.1 Heat storage principle

改造后的烘烤装置如图2所示。工作原理如下:引风机5启动后，在真空槽底部形成对流流场，真空槽上部火焰的热量通过向下流动的热烟气携入真空槽底部，提高了真空槽底部对流换热的强度，同时延长了火焰的长度。另一方面，引风机将真空槽内的热烟气引入蓄热式换热器内，经过热量回收，废气温度可降到200℃以下，减少了高温烟气排放对现场环境的影响。鼓风机8为煤气喷口提供助燃用的冷空气，此路冷空气经过蓄热式换热器加热后温度可达到800℃，加热后的热空气进入蓄热式组合烧嘴和转炉煤气混合燃烧，加强了火焰长度、刚度和燃烧温度。在烘烤过程中，蓄热式组合烧嘴内的两个自蓄热口通过换向阀与吸风机交换接通，当其中一个自蓄热口与吸风机连接时，另一个自蓄热口与吸风机断开，依此对组合烧嘴内的蓄热器进行蓄热，该蓄热器对进入组合式烧嘴的热空气和转炉煤气进行二次预热，以达到节能和提高温度的目的。

经过风机、换向系统和蓄热器的综合作用，空气、煤气和热烟气在真空槽内的流动方向得到合理的控制，火焰的长度增加，在空气的对流下形成“螺旋”火焰，使真空槽内部的温度更加均匀，真空槽内温度可高达1300℃，且真空槽内任何两点的温度差不超过50℃。

图2 改造后的烘烤装置
Fig.2 Heating facility after reforming

2.2 改造后的技术参数

改造后的技术参数见表1。

表1 改造后的技术参数
Tab.1 technical parameters after reform

真空槽总长为7.6 m，配套使用的烧嘴为长火焰专用烧嘴，火焰长度最长达到9 m，完全满足烘烤要求，而且火焰能到达浸渍管位置。为节约能源，烘烤装置配有热交换器和蓄热式烧嘴，使烘烤的热效率大大提高，烘烤设备的点火装置和调节装置能实现全自动控制。具有高压电子打火、火焰自动传输、火焰监测，有毒有害气体的现场监测报警，火焰熄灭、气源压力不足自动切断等功能，另外还可按升温曲线的要求实现烘烤介质等比例调节和控制。该设备运用计算机实现温度、燃气、空气流量自动调节，低压报警，在保证安全的情况下满足生产需求。

3 转炉煤气烘烤的效果

3.1 实际烘烤效果

(1)小火烘烤(15 h)。煤气调节阀开口度25%，按照烘烤曲线自动调节引风量和鼓风量。每3 h进行一次激光测温，15 h测温5次，火焰长度5.5 m。温度变化见表2。

表2 小火烘烤温度变化
Tab.2 change of temperature in small fire

(2)450℃提温阶段(中火12 h)。煤气调节阀开口度50%，按照烘烤曲线自动调节引风量和鼓风量。每3 h进行一次激光测温，12 h测温3次，火焰长度8.5 m。温度变化见表3。

表3 450℃升温阶段温度变化
Tab.3 change of temperature in heating-up stage

(3)中火保温阶段。煤气调节阀开口度50%，按照烘烤曲线自动调节引风量和鼓风量。每4 h进行一次激光测温，温度升高较快，火焰长度8.5 m。温度变化见表4。

表4 中火保温阶段温度变化
Tab.4 change of temperature in keeping temperature stage

温度高于1 250℃后，按照烘烤曲线自动调节引风量和鼓风量。保温5 h后，连续三次测温。温度变化见表5。求，可以进行生产。

表5 高温阶段温度变化
Tab.5 change of temperature in high temperature stage

3.2 实际烘烤曲线

烘烤系统改造后，每3小时记录一次温度，整个烘烤过程的时间-温度曲线如图3所示。图中虚线表示维修后的真空槽烘烤过程，实线表示新砌槽的烘烤过程。对于新砌槽，先快速升温6 h，达到245℃，平均温升40℃/h。然后慢火烘烤，热量向耐材内传递，温升15℃/h。当槽温达到500℃时保温3 h。然后加大火焰，使温升保持在45℃/h，等槽温达到1 250℃后再对真空槽保温。至此，真空槽已满足RH工艺的温度要

图3 实际烘烤曲线
Fig.3 actual heating curve

3.3 改造后经济效益

转炉煤气与天然气烘烤的经济效益比较见表6。

表6 经济效益比较
Tab.6 economic benefits compare

4 结束语

河南济钢RH真空槽的烘烤实现转炉煤气或者转炉高炉混合煤气烘烤的改造取得了完全的成功，改造后设备运行安全稳定，生产正常。此次改造在全国RH真空槽的烘烤上实现了首创，实践证明:RH真空槽转炉煤气蓄热式烘烤技术是成功的，具有投资少、见效快、安全稳定等技术特点，有着广泛的社会推广价值，经济效益显著。