来源：市场资讯
（来源：中国炼铁网）
刘文明
（首钢通钢公司炼铁事业部）
摘 要 2019年以来，通钢2号高炉受内外部因素影响，风口装置损坏严重，不仅造成备件成本和工人的劳动强度增加，而且还严重制约了高炉生产，乃至公司整个钢铁流程的生产节奏。为了尽快解决风口装置频繁损坏问题，对风口损坏原因进行了系统分析。首先对弯管、直吹管插枪角度、喷煤枪长度、厚度、材质进行优化改造；其次制作了防止含镐纤维密封垫偏离的专用工具、优化小套配管工具，同时治理中套上翘变形；再次改造工业水，提高冷却强度等一系列的解决措施，最终实现了煤枪的平均使用寿命达到60天以上，风口小套的平均使用寿命达到10个月以上。经过风口装置的技术改进和实际应用，通钢公司因风口装置损坏造成的安全和生产节奏打断问题得到有效解决，同时高炉经济技术指标得到提升，取得了良好的经济效益和环境效益。
关键词 高炉 风口装置 小套 改进 应用实践
通钢公司2号高炉（简称2号高炉）设计有效炉容2680m3，于2017年9月25日中修后开炉。2号高炉设计3个铁口，30个风口，炉底采用大块碳砖加陶瓷垫技术、炉缸采用大块碳砖（中修只更换上部两层大炭块至风口部位的耐火砖）及铁口区碳砖加厚设计、炉底炉缸侵蚀预报监测技术、顶燃式热风炉、烧结矿分级入炉及焦丁回收技术、串罐无料钟炉顶设备、联合软水密闭循环系统、明特法+底滤池渣处理设施（冲渣水冬季供厂区采暖余热利用）、全干法煤气除尘+“TRT”发电装置等。
2019年-2022年，由于内外部因素影响，共更换了199个风口小套，38个中套，煤枪3065根。由于频繁休风换套，不仅造成备件成本和工人的劳动强度增加，还严重制约了高炉生产，乃至公司整个钢铁流程的生产节奏。为了尽快解决风口装置频繁更换问题，对风口损坏原因进行了系统分析，并进行了一系列的解决措施，最终实现了风口装置的长寿运行。
1 风口装置损坏原因分析
通过分析认为，风口装置频繁损坏的原因主要包括以下几方面：一是入炉原燃料锌负荷、碱负荷高；二是高炉操作制度不合理与操作方式不当；三是频繁换套，野蛮操作，促使风口中套上翘，风口回旋区不规则；四是直吹管煤枪角度大，耐火材料薄，煤枪深入小套内距离短，管径薄；五是小套配管不标准，上直吹管过程中与小套管不匹配；六是小套进水压力低，水速不高。
高炉除严把原燃料质量关、炉内排碱操作外，对后四种原因做了相应的解决方法，促进了高炉安全稳定生产。近几年数据统计结果见表1和图1，小套、煤枪破损照片见图2和图3。
2 风口装置改造措施
2.1 弯管、直吹管优化改造
通钢二号高炉风口原弯管、原直吹管与弯管法兰温度经常高（生产一段时间，温度≧300℃）时有发生，外部需要增加氮气冷却，不仅造成能源浪费，而且存在烧穿隐患。经过现场研究进行改造，改造主要内容如下：原弯管内部直径从300mm改为270mm，原直吹管与弯管法兰内部直径从180mm改为160mm，直吹管内部直径从195mm改为175 mm（增加直吹管耐火料层厚度）。
2.2 喷煤枪优化设计改造
通钢二号高炉喷煤采用斜插式喷煤枪，为不锈钢无缝钢管制成（06Cr25Ni20），既能抗高温氧化又能耐煤粉磨损。喷煤枪从直吹管插入，喷枪中心与风口中心成10.8°夹角，斜插式喷枪配有带逆止热风装置。其特点是直接受热段短，不易变形烧坏，操作简单，移动方便。但存在着喷枪插入深度不够、位置和角度不合适等问题，煤粉不仅容易磨损风口造成风口损坏，还会降低煤粉燃烧效果。
为了避免风口磨损并提高燃烧效率，对直吹管内煤枪进行了优化设计和改造。改造要点包括：（1）各支管由原38mm×6无缝钢管改为40mm×6无缝钢管；（2）喷煤枪由原22mm×3改为27mm×4，喷煤枪阀门内径由原18mm改为20mm；（3）直吹管插枪角度由原10.8度改为9.2度；（4）插枪深度由原来的230mm优化为400mm；（5）考虑到中套上扬变形及喷煤枪下沉等因素影响，将插枪点由小套中心线上移10mm。
改造前原喷煤枪长度2.2米，进风口小套内150cm-200cm，改造后喷煤枪长度2.4米，进风口小套内350cm-400cm，有效的防止喷煤枪对小套的磨损，增长风口小套和喷煤枪使用时间，增加喷煤量，改造前后对比图见图4和图5。
2.3 优化小套配管工具
以往配管工配小套管时，由于进水管和出水管方向和尺寸造成偏差，安装风口直吹管时，直吹管与小套进出水管出现卡阻，导致更换小套时间长。针对这一现状，在配管过程中，提出如下技术解决方案：制作一个盖在风口小套上的圆盘（图6，1），圆盘对应风口小套进水管位置带有进出水管豁口（图6，2、3），圆盘中间与一个垂直手杆连接（图6，4），形成校正风口小套配管的专用工具，利用特制的工具搭在风口小套表面，将各部位尺寸卡住，再利用直吹管中心线角度校正是否准确，提高了小套配管的准确性，便于休风更换小套后，进行直吹管安装，整体效果如图6所示。
对该风口小套配管专用工具进行了专利申请，并已得到授权，授权号ZL 2022 2 1881449.X。
2.4 制作密封垫安装专用工具，防止直吹管烧红漏风
在更换风口送风装置时，由于下节与直吹管法兰盘之间需要一种含镐纤维密封垫进行密封，以往在更换过程中，由于高炉倒流休风，在送风装置里形成一定的抽力，安装含镐纤维密封垫时，密封垫经常出现反复不平现象，易造成密封不严，存在漏风隐患，不仅威胁生产，还影响高炉更换直吹管时间，休风时间延长，浪费人力，增加劳动强度。
针对上述问题，研究设计出防止含镐纤维密封垫偏离装置。更换风口装置时，把该工具固定在下法兰上，阻挡抽力。该工具简单、方便、快捷。收到了较好效果，减轻了工人劳动强度，杜绝了因密封垫偏离而造成直吹管烧红漏风状况发生，避免了因漏风造成直吹管烧穿事故，如图7所示。对该密封垫安装专用工具进行了专利申请，并已得到授权，授权号ZL 2019 2 1041807.4。
2.5 治理二套上翘变形及煤气泄漏
在日常更换小套过程中，由于时间紧任务重，不注重安装质量，只看小套安装严不严密，久而久之，加上热风围管下沉，直吹管吊挂的影响，就会使中套翘头。它不仅对高炉喷煤有影响，而且导致中心气流不足，炉缸边缘容易粘结，局部环流加剧，侧壁温度升高。小套安装位置被迫轴向旋转，回旋区向上，小套前部渣液、铁液渗透不下去，出现熔损侵蚀。送风装置安装困难，风口跑风，泄露煤气严重。风口中套外沿和直吹管外壳之间紧靠，风口小套和中套之间有缝隙，影响安全生产，而且更换延时通过分析，除了受更换小套影响外，还会受到炉料中的碱金属影响，在高炉的生产过程中，风口周围聚集的碱金属，炉尘及还原的锌形成新的垫层，有害元素K、Na、Zn、Pb即化学作用，渗透到风口组合砖内衬中，加剧砖衬的破坏，甚至外移，尤其是锌破坏最大。通过长期总结，采取措施如下:1)利用检修机会，更换上翘的风口中套，把炉墙上的粘的渣铁清净，再重新上中套，另外把上下节重新校正，每次校正风口中套后，炉缸局部不活跃现象得以改善，侧壁温度下降，炉缸工作状态均匀。2)安装新型顶杆装置，消除中套受到的冲击力。制作新型顶杆装置，在拉小套前，上紧顶杆，将中套的冲击力消除，在拉完中套，送风装置的张紧完成后，松开顶杆，防止出现炉墙膨胀后应力蓄积到中套。3) 对于变形较小的中套，利用休风机会，用扁铲和铜线进行封堵。通过采取以上三项措施对中套上翘的综合治理，更换风口中套和小套，直吹管和小套的结合面安装合理紧密，风口不漏风，煤气含量下降，高炉喷煤量提高，为高炉长周期稳顺奠定了基础。
2.6 改造工业水，提高冷却强度
为了强化小套冷却强度，减少因冷却不足造成的风口小套熔损，对工业水进行了如下改造：（1）更换综合泵站供水泵，安装4台供水泵（型号：KDS800-90﹡2流量：800m3）两工两备，加大工业水供水能力；（2）增设4台电机（型号：YKK5002-4 630KW），自动化控系统一套（包括控制柜）；扩建工业水蓄水池和冷却塔，保证工业水冷却；（3）更换工业水进水管道DN600，小套冷却水管道DN500，工业水回水总管DN800（注：回水总管现场空间不足，无法安装DN800管道）；（4）各小套回水管改造增设4个回水箱。每次定修时，对没有更换的变形中套，小套冷却水采取4-5个工业水替代软水，增加小套的冷却强度。
经过以上一些列改造，冷却水水压从0.8Mpa提高1.0-1.3Mpa，水速从15m/s提高到18m/s以上，同时改善了水质，大大提高了风口小套的传热效果，促进了风口表面保护渣皮的形成，延长了风口使用寿命。
2.7 严格标准化安装风口装置
通钢二号高炉选用斜5°风口，安装时需要统一垂直向下倾斜5°，并把风口里面渣铁混合物抠干净。当安装角度出现偏差，会使喷煤枪前段与风口小套内壁位移增大。如果发生煤枪末端与风口内壁相接，则喷煤时极易磨损风口。同时上翘的风口中套也会引起风口位置发生偏差。因此，必须利用休风机会更换上翘的风口中套，严格确保按斜5°的标准进行安装。
3 风口装置改进后效果
（1）直吹管和喷煤枪的改进，减少了风口煤枪更换次数，煤枪的使用寿命提高，单支煤枪从10-15天更换一支到现在60天更换一支，减轻了工人的劳动强度，同时降低了枪头抖动幅度，杜绝了煤粉流冲刷风口内壁。
（2）通过一系列改进优化后，风口的平均使用寿命由5-6个月提升至10个月以上。不仅提高了喷煤比，而且节约了生铁成本，减轻了工人的劳动强度。
改造前后风口各装置的更换数量和使用周期对比效果见表2；历年煤枪和风口小套更换及使用寿命趋势，见图8。
（3）消除了直吹管上法兰与下节法兰密封不严、中套上翘等题问题，杜绝了煤气泄露造成的安全隐患，为高炉稳顺、安全、环保奠定了基础。
（4）风口装置使用寿命的整体提升，避免了非计划休风次数，降低了休风率，高炉生产稳定，燃料比降低，实现了可观的经济效益，具体见表3。
4 结语
通过风口弯管和直吹管结构的优化、喷煤枪构造和插入位置的改进、开发小套配管工具和密封垫偏离专用工具、治理中套上翘变形等技术措施的改进和应用，通钢公司因风口装置损坏造成的安全和生产节奏打断问题得到有效解决，单支煤枪从10-15天提高到60天，风口小套的平均使用寿命由5-6个月提升至10个月以上，同时高炉经济技术指标得到提升，取得了良好的经济效益和环境效益。
5 参考文献
[1] 周传典主编.高炉炼铁生产技术手册.北京：冶金工业出版社，2002.
[2] 王笏草主编.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002.
[3] 张福明，程树森，等编著.现代高炉长寿技术.北京：冶金工业出版社，2012.
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