环缝洗涤装置内锥异常磨损分析与改进

环缝洗涤装置内锥异常磨损分析与改进

陈真尚

宝钢湛江钢铁有限公司炼钢厂  广东湛江 524000

摘要：本文结合湛江钢铁转炉的实际情况，对转炉一次除尘系统原理进行了分析，介绍了喷淋塔内RSW环缝洗涤装置的使用工况及其内锥体磨损的现场实际情况，分析造成内锥体磨损过快的原因，根据现场使用工况采取了有效的延长内锥体使用寿命的改进措施，解决了由于内锥体磨损造成转炉一次除尘效果不好的问题。

关键词：转炉  除尘  环缝内锥  磨损  不锈钢

1概述

转炉一次除尘系统主要包括喷淋塔粗除尘、RSW精除尘和旋风脱水器。在转炉吹炼过程中，产生的高温烟气（主要成分是CO、O2、CO2、N2和SO2），含有大量的粉尘，首先进入喷淋塔上塔6层喷淋喷枪喷淋水进行粗除尘，预除尘后的转炉烟气再进入RSW环缝除尘系统，在RSW环缝锥体内进行喷淋精除尘，喷淋塔整体布局见图1。转炉烟气在环缝中被加速，烟气在此节流件内高速通过，此时烟气中的颗粒与喷淋水充分接触并凝结成颗粒，以重力方式沉淀至下塔排水密封罐。上下塔的含尘水经过上下塔排水密封罐，经明槽流到粗粒分离器进行净化处理，经浊循环水处理净化冷却后的OG集成水再经过除尘水给水泵送转炉OG系统除尘。

RSW环缝洗涤装置内锥体在实际使用工况中，长时间受到高温、高速废气及含尘水的冲刷，易磨损影响到除尘的效果，除尘效果不好关系到转炉废气排放的合格情况及ID风机能否减少粘结粉尘等问题。由于此装置只有在每次年修的时候才会打开人孔进行内部检查及检修，所以减少内锥体磨损情况，延长使用寿命，对转炉一次除尘系统具有重要意义。

2 RSW环缝洗涤装置

RSW环缝洗涤装置为德国GEA引进的设备，是在转炉一次除尘喷淋塔内通过三个可变环隙锥体进行精除尘的装置。如图2，整个装置是由升降油缸、连接杆、内锥体、外锥体及升降导向杆等设备组成。环缝洗涤器最重要的部分是可轴向调节的锥形体，与锥形壳体形成一个环形间隙。在每个环缝锥体上方中心各安装一个单向喷水喷嘴。除尘水由上往下喷入低速烟气的区域，流经环缝导管进入环缝间隙，气体和灰尘的混合物在高速流动区雾化，这种喷洒方法确保水能均匀地布满环缝间隙。

气体和水被强制通过一个具有相互交互作用的高速紊乱区。因此所有的烟气都变得潮湿，且灰尘颗粒从烟气中被分离出来。

环缝锥体通过液压缸进行轴向上下升降，并用作气体净化和流量控制。根据汽化冷却烟道内的压力信号控制环缝锥体轴向移动，进而控制烟气流量。

由于重力作用，喷出的水聚集在底部最低点，通过排污管道流至密封罐，洗涤水流向见图3。

图1  喷淋塔布局图图2  RSW环缝布局图

图3  环缝洗涤水流向示意图

3 环缝内锥体磨损情况及原因分析

3.1内锥体磨损情况

    湛江钢铁一期共有3座转炉，投产运行一年多后，检查发现3座转炉的环缝内锥体均有不同程度的磨损穿洞异常情况，且不同转炉相同位置布局的同个锥体，磨损位置基本一致（见现场实际磨损情况图4），垂直方向主要集中在锥体顶部100mm-600mm区域，水平方向主要集中在喷淋塔中心区域（见图5）。锥体出现局部磨损过后，烟气通过锥体时，无法满足原设计的烟气流速，进一步会导致系统的除尘效果不佳，易出现废气排放超标、冒黄烟等异常。

图4  现场实际磨损图 图5  磨损主要区域

    通过锥体表面情况来看，有磨损的迹象和典型的腐蚀产物残留物。

3.2内锥体结构（图6）

1-导向杆2固定支架3-支撑杆4-锥形体    5-底部法兰盘  6-加强筋

图6   改进前的环缝内锥体

内锥体是由升降导向杆、固定支架、支撑杆、锥形体、底部法兰盘、底部加强筋等设备螺栓连接或焊接组成。其中锥形体部分为夹角30度、厚度10mm、材质为316L不锈钢的钢板。

3.3锥体磨损过快的原因分析

3.3.1 环缝设计压差增大

原设计上为了考虑除尘效果，粉尘排放量需≤20mg/Nm3，烟气通过环缝时，在大压差、高流速的情况下同时喷水，让烟气中携带的小粉尘颗粒物与水进行接触混合，在重力作用下混合后随污水一起排出，使其达到除尘的目的。湛江炼钢环缝压差设计在18

～25KPa，较以往传统的环缝设计压差明显增大，是造成环缝内锥体异常磨损的原因之一。

3.3.2 浊循环水质氯离子高

原设计上OG浊循环水质氯离子含量最高750mg/l，但实际上湛江钢铁OG浊循环水中氯离子过高，长期在3000~5000mg/l,造成环缝内锥体出现氯腐蚀现象，内锥体材质为316L不锈钢，抗氯离子腐蚀能力差。湛江钢铁工业新水中氯离子含量较其他几个基地相同系统要高出很多，而浊循环系统为循环使用，工业新水基本不补充，从而造成OG浊循环系统中氯离子浓度长期居高不下，且目前也没有好的办法对浊循环水氯离子进行控制。

3.3.3 锥体表面耐磨性不高

环缝内锥体所处工况为高流速、高冲击、高氯腐蚀，在这三者共同作用下，内锥体出现磨损穿洞。内锥体损坏机理为在高氯水的长期接触后，锥体表面出现腐蚀坑洞，同时含有金属粉尘颗粒的烟气高速冲刷表面，而且原设计锥体表面无耐磨层，造成表面快速磨损减薄，进而出现穿洞现象。

4 环缝内锥体的改进措施

通过以上原因分析，结合现场实际使用工况情况，及金属材料的性能对比，针对环缝内锥体磨损过快，影响除尘效果，日常无法检查维护，更换难度大、时间长的问题，作出了内锥体改进措施。

4.1材料改进

内锥体的材质由316L不锈钢改为2205双相不锈钢，提高内锥体的抗氯离子腐蚀能力，2205双相不锈钢的金属性能优点见表1。

表1（2205双相不锈钢性能优势对比）

2205双相不锈钢焊接的关键是保证焊接接头具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，因此需要通过严格的控制焊接工艺，控制焊接接头的两相比例，以使其得到与母材金属相近的各项性能。

4.2 焊接工艺

2205双相不锈钢可以采用多种焊接方法：

4.2.1 等离子弧焊打底+熔化极氩弧焊盖面（环缝内锥体的改进不锈钢采用此种方法）；

4.2.1.1 焊接方法选择

打底采用等离子焊，保证单面焊双面成型，盖面采用自动氩弧焊，按多层焊接规定的顺序，多层数焊，每次堆焊应清理焊道。

4.2.1.2 焊接材料选择：

在双相不锈钢的焊接过程中，如果焊缝金属的化学成分与母材相同，在热循环的作用下，焊缝中的铁素体含量会急速增加，甚至出现纯铁素体组织，从而导致氮化物和二次奥氏体析出，使焊缝的韧性和耐腐蚀性能降低。因此，为抑制铁素体的过量增加，一般采用奥氏体占优势的焊缝金属来解决。Ni是强烈的奥氏体形成元素，因而一般用的填充材料中Ni储量比母材高2～4％，同时N含量略低于母材，以促进铁素体向奥氏体转变，并稳定焊缝金属中的奥氏体。所以，可以使用2209焊丝作为盖面时的填充焊丝。 

4.2.1.3焊接工艺参数 ：

2205双相不锈钢要求全熔透，采用V型坡口、坡口角度为60°、钝边5mm、根部间隙1～2mm。采用多层焊接时，最高层间温度控制在100℃以下。保护气体选用98%Ar+2%N2，可以防止N损失。固溶处理（焊后热处理），固溶温度1070℃，保温30分钟，然后以大于25℃/s的速度水冷。

4.3 内锥体结构改进

内锥体由整体锥体形式改为上下段拼装。锥体改为上段800mm+下段850mm连接（图7），更换修复可分段更换修复，节省检修时间的同时节约物料成本。上下段锥体连接方式：下椎体为焊接式的整体，上椎体是可以拆卸的活动体，依靠此处内六角螺钉压在下椎体上，且受力方式为中间连杆受力，此处的内六角只需要将上椎体定为固定在于中间连杆的定位处即可。

图7  上下段锥体内六角螺钉连接方式

4.4 提高耐磨性措施

内锥体上段增加耐磨层并增加厚度，下段增加厚度。

4.4.1 结合现场实际情况，由于内锥体主要磨损部位处于上段100mm-600mm区域范围内，此区域位置长时间处于烟气对其高流速、高冲击、高氯腐蚀的情况下，需考虑增加耐磨层。内锥体分上下段后，上段锥体表面增加耐磨层，原厚度10mm，改进后为2205不锈钢+NiCr合金、总厚度30mm的上段锥体，下段锥体原厚度10mm改为16mm。

4.4.2 耐磨层采用电弧式喷涂工艺：

在原母材2205双相不锈钢精加工后的外表面基础上电弧式喷涂，数控均匀喷涂厚度约1mm,同时也可保证与现装机的环缝内锥体尺寸一致，表面粗糙度为25，硬度达到HRC60左右。喷涂以镍Ni为基础，再喷涂铬Cr等元素。喷涂材质所含元素：Cr、WC、Ni、Nb、Mo以及Mn元素，具体元素含量根据工况条件，在保证耐冲刷性，碱性腐蚀性及使用寿命来决定。

图8  改进后的内锥体（主要改进部分：5-上锥体、3-下锥体）

图9  改进后的内锥体实物

5 结束语

对管辖区域设备系统要熟悉并深入学习专研，涉及到的专业知识要学习掌握，金属材料各种各样，需能基本区分性能的对比及适用环境场合。通过此次RSW环缝洗涤装置内锥体的磨损异常分析及改进，深入了解了系统知识及专业基础，及时做好设备缺陷的改进，

保证了设备的稳定运行及除尘系统烟气的排放合格性。

参考文献：

1. 《转炉烟气净化与回收工艺》   马春生主编          冶金工业出版社出版  2014

2.《机械设计手册》（第一卷）成大先主编机械工业出版社出版   2016

3.《金属材料学》第三版         袁志钟等主编        化学工业出版社出版  2008

4.《金属材料焊接工艺》         乌日根主编          机械工业出版社出版  2019

5.《金属表面处理技术》第三版   熊伟、王学武主编     机械工业出版社出版 2021

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