衡 红

(四川德胜集团钒钛有限公司，四川 乐山 614900)

众所周知，在钢铁冶炼过程中，必须添加一定量的合金才能生产出客户所需要的钢材产品。钢水在冷却凝固之前呈现出极不饱和的状态，极易吸收周围环境中的气体成分，如0、H等元素。而在冷却凝固的瞬间，又将溶解的气体析出，造成钢材中的气体夹杂，影响了产品质量。合金中的水分是造成钢水污染的重要来源，需要特别重视。合金中水分的存在方式有两种：(1)表面水分，表面水分比较常见，它是在储存和运输过程当中，受到环境湿度的影响而产生的，经加温到100 ℃即可使其消除，一般比较容易处理；(2)分子内部的结晶水分，结晶水分是化合水分，从表面无法观察到，只有经过≥200 ℃的高温才能使其析出。因此，全国各钢铁企业对转炉出钢温度的降低，都做了大量的研究和试验。其中降低出钢温度，研发一种高效合金烘烤装置，势在必行。通过对硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒氮合金、钒铁等合金炉料进行脱水烘烤，使合金达到一定温度，进而可以满足炼钢工艺要求，实现缩短冶炼时间、提高钢材质量的目的。

本项目研究设计开发的是一种转炉炉后高效合金烘烤装置，特结合某钢厂80t转炉炉后合金烘烤装置为实践载体，彻底解决目前市场上合金烘烤装置烘烤温度低、烘烤周期长、不能烘烤如碳化硅等粒径比较小的细颗粒合金原料等问题。某钢厂炉后平台采用的合金烘烤装置为老式结构的合金烘烤装置，烘烤过程中，存在如下问题：(1)合金烘烤温度损耗大；(2)加热时间长；(3)设备结构形式复杂，且投资大；(4)合金加热温度低；(5)针对添加的细颗粒碳化硅合金容易造成火焰的熄灭等问题[1]。

目前国内合金烘烤器结构形式主要有两种：第一种，合金烘烤装置分布在转炉平台上，加热后通过铲车运至转炉炉后加料口；第二种，采取高位料仓形式对合金进行集中加热，然后通过皮带或溜槽中转、加料。本次进行项目研究是炉后高效合金烘烤装置，通过结构形式优化，彻底解决企业在使用当中的痛点、难点问题。

1 技术难点解决

Question1:加料难点，转炉在线加料口位于转炉平台上，紧靠转炉壁和转炉驱动装置，位置比较紧凑，对合金炉在线加热提出了较高要求，在设计中既要考虑单次最大加料量，也要兼顾到现场位置，为此设计出一种360°旋转加料防护罩，可以有效解决这一问题。

Question2:收尘难点，在选装加料罩的上部与转炉附近二次除尘烟罩相连接，可有效排除加料过程中产生的灰尘和燃烧所产生的废气。

Question3：加热难点，在线合金加热时间一般在15 min左右，要求在短时间内把几吨合金料加热至500 ℃左右，且让合金料得到充分的加热，对燃烧器设计提出更高要求，设计的高效合金烘烤装置解决了这一难题。

Question4：控制难点，针对此问题，设计了两种加热模式，分别是小火和大火，当检测到炉内有料时，系统自动将火焰调节至大火烘烤，在特定时间内(可调节)系统会自动将火焰调节至小火保温状态。如果卸料或检测到炉内无料时，系统会自动将火焰调节至小火状态，可实现高效自动操作。

Question5：物料检测难点，作为小火和大火转换的关键信号点，对合金的加热有着至关重要的作用，传统的雷达和重锤料位计，不仅价格高，而且使用寿命短，设计一种机械式物料检测装置，有效的解决这一问题，实践证明，使用效果较佳。

Question6：放料难点，合金炉的出料口和加料口，因为位置问题不能在一个中心线上，因此，将下炉体设计为偏锥体，有效解决这一技术难题。

2 结构设计

2.1 本体结构设计

高效合金烘烤装置结构组成，按照自上向下空间维度进行介绍，上端是合金旋转加料罩，在旋转加料罩左前方是倒锥形进料口，倒锥形进料口下端面设计的是碳粉料斗，主要添加粒径比较小的合金原料。右侧面是高能离子自动点火装置(需单独设计)；旋转加料罩下端是二次预热室(环形气道)，二次预热室分成两层，上层结构为煤气预热腔室，下层为空气预热腔室(加热的形式，为烘烤合金放散的余热进行加热)；环形气道内层套设圆柱炉体燃烧室(为提高使用寿命，燃烧室采用的是铸铁材质)；圆柱体燃烧室下端布设的是偏锥体燃烧室，中间连接部位布设有压环。为确保合金料烘烤的均匀，在圆柱体燃烧室、偏锥体燃烧室环向空间位置交错布置至少四个高效燃烧器装置。圆柱体燃烧室四周布设钢结构支架，对合金烘烤装置进行固定；合金料卸料装置采取液压装置+双密封翻板阀+溜槽的结构形式进行下料方式结构设计。详细结构见图1。

图1 炉后合金烘烤装置结构设计组成Fig.1 Structural design and composition of alloy baking device behind furnace

2.2 供能管路设计

合金烘烤装置供能管路设计主要分为三部分：(1)第一部分由燃气管道组成，该燃气管路取自钢厂煤气管路，通过不断分支细化到用户端(DN200，根据煤气用量取值烘烤器端管径数值)，从左至合金烘烤器端分别连接设计的有蝶阀、流量计、截至阀、压力表、压力变送器、气动快切阀、电动调节阀等装置，直接连接到高效燃烧器烧嘴煤气端；(2)第二部分由左向右依次布局的是高压风机、对夹式蝶阀、电动调节阀，直接连接到高效燃烧器烧嘴空气端；(3)第三部分是烘烤合金装置燃烧废气，通过DN300管径连接到炼钢工序二次除尘管道当中。具体见图2。

2.3 高效燃烧器结构设计

合金烘烤器高效燃烧器采用低速旋风式结构，内管连接煤气管道，外层套设的是助燃空气腔室，介于内层煤气管与外层助燃空气腔室，中间自上至下螺旋布局若干带弧形定位块。高效燃烧器末端设置若干倾斜挡块，用来挡住合金料进入烧嘴造成堵塞，另外煤气管径小于风管管径1/3，营造出平行的煤气气流+旋转助燃空气气流进行交汇，加速空煤气的混合效果。

图2 供能管道结构设计组成Fig.2 Structural design composition of energy supply pipeline

3 设计参数

以某钢铁企业为例，针对该企业合金烘烤装置烘烤能耗大、烘烤温度低等诸多技术难题进行技术改造，具体改造技术参数如表1所示。

表1 高效合金烘烤装置的主要技术参数

表2 常用铁合金烘烤温度设定值

4 实践结果分析

4.1 实践结果

本次实践选取有效炉次160炉[2]，其中使用高效合金烘烤器装置与使用传统老式合金烘烤装置各80炉进行对比，两种烘烤方式下各项指标的平均数见表3所示。

表3 两种烘烤方式各项指标

4.2 实践结果分析

根据上表3分析，高效合金烘烤器装置烘烤合金的平均温度为468.43 ℃，老式合金烘烤器装置烘烤合金的平均温度为127.5 ℃，高效合金烘烤器装置烘烤合金温度明显高于老式合金烘烤器装置。显而易见，选择高效合金烘烤器装置具有效率优势。

5 经济效益分析

5.1 直接经济效益

采取高效合金烘烤装置：(1)烘烤时间，10-15 min;(2)烘烤终点温度400～600 ℃；(3)实施后出钢温度降幅10 ℃；(4)吨钢成本下降2.7元/吨。形成年直接经济效益389万元。

5.2 间接经济效益

采取高合金烘烤装置：(1)单炉冶炼节约时间0.5 min;(2)单炉全工序生产时间40 min,实际生产时间35 min，[3]节约时间含造渣耗时缩短时间;(3)全年日历作业时间8000 h;(4)单炉产量120 t;(5)全年增加产量18228 t,吨钢利润300元,形成年度间接效益547万元+造渣料消耗降低效益107万元=654万元。

6 结论

通过实践试验对比数据分析，采取高效合金烘烤器装置，产生直接经济效益389万元/年，间接经济效益654万元/年，综合经济效益1043万元。