炼钢转炉汽化冷却烟道使用寿命的研究

摘 要 ：炼钢转炉汽化冷却烟道 由于所处工况恶劣复杂 ，对设备 的质量 （包括设计强度 和流量计算 、结构 、制造 、使用等等 ）要求很高 。这 关 系到钢铁生产 的平稳进行 ，更关系到钢铁企业的经济效 益 ，所 以如何保证 和延长烟道 的使用寿命 尤为重要 。针对影响烟道使用 寿命
的主要 因素分别进行 了分析 ，并给 出了相应的措施 。
收 稿 日期 ：２０１７—１０—０８ 作者 简介 ：柴 君 （１９６ｏ＿－），男 ，本科 ，高级工程 师 ，研究
方向为机械制造及冶舍装备研究 ； 梁修福 （１９７２一 ），男 ，本科 ，工程 师 ，研究方 向 为 焊 接 、材 料 和 热 处 理 ．
另外 ，烟 道 内的高 温烟 气还 含有 大量 的粉 尘颗 粒 ， 在 气 流 高速 运 动 的过 程 中 ，会 对 烟 道 内壁 产 生 强烈 的 磨 蚀作 用 。所 以 ，如果 不采 取措 施对 烟道 内壁 加 以保护 的话 ，久 而 久 之 ，内侧 管 壁都 会 减 薄 ，直 至 烟道 失 效报 废 。其失 效形 式如 图 １所示 ：
关键词 ：高温热疲 劳 ；受热管壁 ；交变应力 ；裂纹 ；缺 口效应 ；爆管 ；堆焊
中 图分 类号 ：ＴＱ１７３ 文献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００２—１６３９（２０１８）０１—００３４—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｔｅｅｌｍ ａｋｉｎｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｆｌｕｅ Ｌｉｆｅ
ＤＯＩ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００２—１６３９．２０１８．０１．０１０
繁 加 熟
ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＨＥＡ ｒｌＮＧ
２０１８年 第 ４７卷 第 １期
Ｆｅｂ ． ４７ Ｎ Ｏ ． １ ２０１ ８
炼钢转炉汽化 冷却烟道使 用寿命 的研究
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柴 君 ，梁 修 福
（烟 台国冶冶金水冷设备有 限公司 ，山东 烟 台 ２６５５００）
图 １ 管 壁 磨 损 失 效 案 例 图
１．２ 汽化冷 却烟 道 的热力学 模型 由图 ２可 见 ，烟道 内侧 管 壁 受 到 高温 烟气 的强 烈
辐 射 ，与其接 触 的冷 却水被 瞬 间沸腾 汽化 ，形 成气 泡 随 水 流 流走 ，新 的冷 却水 随之 补充 与受 热管 壁 接 触再 汽 化 ，这样 在 受热管 壁 内侧形 成 了强烈 的对 流热 循 环 。也 由此 可见 在 烟 道受 热 管 的横 截 面 上 ，温度 分 布 是 不均 匀 的 ，内侧 受热 管壁 温度远 高 于外侧 管壁 。同时 内侧受 热管 壁在 厚 度 截 面上 的温度 分 布 ，与 烟气 接 触 的外 表 面远 高 于 汽化 冷却 的 内表 面 。如果 外 表 面有 损 伤 或缺 陷 ，在 高 温 工 况 的作 用 下 ，极 易 被 扩展 而造 成 泄 漏 事 故 ，所 以在 烟道 的制 作过 程 中 ，炯道 的 内侧 表面 要重 点 保护
ｏｆ出ｅ ｅｑｕｊｐｍｅｎｔ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｅｔｃ．）ｉｓ ｖｅｒｙ ｈｉｇｂ．Ｉｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｏｆ ｓｔｅｅｌ Ｄｒ０ｄｕｃｔｉｏｎ。ａｎｄ ａｌＳＯ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓ Ｌｃｅｌ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ＳＯ ｈｏｗ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｕｅ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍ ｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖ ｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｕｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍ ｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｆａｔｉｇｕｅ；ｈｅａｔｅｄ ｐｉｐｅ ｗａｌｌ；ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ；ｆｌａｗ ；ｎｏｔｃｈ ｅｆｆｅｃｔ；ｂｏｏｓｔｅｒ；ｂｅａｄ ｗｅｌｄ
ＣＨＡＩ Ｊｕｎ．ＬＩＡＮＧ Ｘｉｕｆｕ
（Ｙａｎｔａｉ Ｇｕｏｙｅ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｏｌｅｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｙａｎｔａｉ ２６５５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｖａｐｏｒｉｚｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｌｕｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｈａｒｓｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ
１ 炼钢对 汽化冷 却烟道 的工艺要求概述
１．１ 炼钢转炉汽化冷却烟道的工况环境 炼 钢转 炉 汽化冷 却 烟道 （以下 简称 烟道 ）为余 热锅
炉 ，属 于特 种 设 备 。烟 道 内为 炼 钢 高 温 烟气 及 粉 尘 颗 粒 ，特 别 是靠 近炉 口的活动 烟罩及 炉 口段烟 道 ，其 内温 度 甚 至 高 达 １ ０００％ 以上 ，随着 烟道 远 离 钢 包 向外 延 伸 ，直 至 三段 、四段 烟 道 ，其 内温 度 会逐 渐 降 低 到几 百 度 。受到 钢铁 冶炼 工艺 的影 响 ，钢 包 内 的温 度 是时刻 波 动 的 ，烟 道 内 的温 度会 随之 而波 动 。例如 当氧枪 对钢 液 进 行 吹氧 除碳时 ，烟道 内的温度 会骤 然大 幅度 攀升 ，而 当氧枪停 止 吹氧 的瞬 间 ，温 度又会 大 幅度 骤降 。当停 炉 或 复产 时炉 温骤 降和 急 升 的幅 度更 大 。随着 烟气 温 度 的陡升 和 陡降 ，烟 道会 随之 膨胀 和 收缩 ，无时 无刻 不在 受 到 交 变应 力 的作 用 …。这 就是 说 ，烟 道 的工 作 状态 自 始 至终是动态 的而非简单意义上 的静态 。在这种苛刻 的工况环境作用下 ，设计 、材料、制作、使用中存在 的任 何纰 漏 ，都难 以经受 住这 种 长时 间 的热疲劳 作用 ，最终 都会 导致 泄漏停 产甚 至酿 成重 大 的事 故 。