新型复合式高炉风口的研制

万旭伟，卢献忠，杨彦芳，钟 毅，范晓明

（1.武汉钢铁重工集团有限公司,湖北武汉 430083；2.武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉 430080；3.武汉理工大学，湖北武汉 430070）

1 问题的提出

高炉送风风口是高炉冶炼生铁生产中的一个关键备件。其工作环境严峻，属于连续工作而且无法在使用中检修更换，一旦破损，将给生铁产量、质量和焦比等带来不利的影响。如果风口寿命低，不仅备件费用增加，焦耗增加，而且高炉休风率增加，经济损失很大。因此，风口破损以及风口寿命一直是炼铁界关注的一个重要课题，提高风口寿命对炼铁企业和国民经济具有重大的经济效益[1]。

影响高炉风口寿命的因素很多，如风口结构、冷却强度、制作质量等。一般认为,高炉风口破损的主要形式是熔损、龟裂和磨损[1～3]。整铸铜风口是一种重要的高炉风口，但是，在生产使用中往往存在以下问题:①风口铜含量不高（97.5%～98.5%），热导率不高；②整铸铜风口易产生气孔、夹渣、粘砂等缺陷，尤其是内腔易粘砂，导致风口传热差，头部易烧坏；③整铸铜风口壁厚尺寸精度不易控制，容易导致铸造缩松等缺陷和使用中导热不均导致龟裂等缺陷。鉴于整铸铜风口的质量现状，作者基于长期的工程实践经验，借鉴国内外先进的高炉风口制备技术，针对整铸铜风口出现的问题，研发了一种新型复合式高炉风口。本文将简要介绍其技术特点和生产应用情况，但愿对促进高炉风口寿命的提高有所裨益。

2 新型复合式高炉风口的主要特点及技术要求

2.1 主要特点

（1）整体结构优化。新型铜风口为复合式结构，采用铸造本体和热挤压帽头（含钢制导流器）组装焊接加工而成。结构优化前后的风口示意图见图1。

图1 结构优化前后的风口示意图

新型风口的后端本体和前端帽头实物照片分别如图2和图3所示。

图2 后端本体铸件

图3 前端帽头

（2）水道结构。复合式风口的前端帽头采用贯流式螺旋封闭水道（见图4），使其内部水流通道结构更加科学合理，尺寸严格控制在设计公差范围内，确保流量、压力、压损等参数满足技术要求，可大大提高冷却效果与使用寿命。而贯流式风口和类似的高压水冷铜管螺旋风口由于冷却强度大，很少被烧坏，主要破损形式是磨损和开裂，对这类风口的研究重点在防止磨损方面和提高风口制造质量上。因此，为了提高风口表面耐磨性，作者曾采用表面合金共渗处理，但由于共渗层较薄，其使用效果不太明显。目前，通过课题组技术攻关，成功采用自动堆焊耐磨合金，其堆焊层可达到5 mm以上，大大提高了其表面耐磨性。

图4 风口水道结构剖面图

2.2 技术要求

新型复合式风口的主要技术指标如下:

化学成分：帽头成分要求w(Cu)≥99.95%；本体w(Cu)≥98.5%。

导热率：室温时 λ≥375 W/m·K；100℃时 λ≥360 W/m·K；200℃时 λ≥350 W/m·K；300℃时 λ≥350 W/m·K；400℃时λ≥340 W/m·K。

风口压力试验：压损试验，在水流量35 m3/h和进水压力1.6 MPa条件下，进出口水压力差允许范围为 0.45～0.65 MPa；耐压试验，同时加压 2.0 MPa,密闭保压30 min,无渗漏、无冒汗为合格。

3 复合式高炉风口的制备过程及质量控制

经过攻关试制，新型高炉风口的主要生产流程如图5所示。

（1）风口后端本体铸造

图5 新型高炉风口的生产流程图

采用金属冷型铸造工艺制备风口本体。铜液的熔炼设备为中频感应电炉，配合真空处理室的真空除气处理，有效地控制铜液的氧化、夹杂和气体含量，提高铜液的纯净度，确保了风口的致密度和导热性能。由于风口采用了复合型结构，有效地简化了本体制造工艺。

（2）前端帽头成型

采用热挤压成型，其金相组织相比冲压成型、锻压成型和铸造成型更加细密、均匀，导热率、抗拉强度、延伸率等综合机械性能更高。各种工艺成型帽头的性能详见表1。

表1 各种工艺成型帽头的性能

（3）风口焊接组合

风口焊接采用惰性气体保护自动焊接工艺。焊接设备采用芬兰进口的KB500型自动送丝氩弧焊机和一套半自动焊接设备，有效解决了焊接设备和焊接性能不高的问题；同时还采用一台130 KW电加热炉，解决了煤气加热温度不均、不够和氧化严重的问题。

通过逐步完善焊接工艺，对焊接V型坡口尺寸、焊接速度、温度、电压、电流、转速、氩气流量及焊接前的组装等相关参数进行明确的工艺界定与要求。通过不断生产实践，焊接质量稳步提高，目前焊接合格率达到98%左右。

（4）风口加工特点

针对风口多维加工的特点，通过设计并定制一台风口加工专用机床，集配合面加工、球面加工和进出水孔加工为一体，充分提高风口尺寸加工精度，确保风口机械加工一次成型，同时也大大提高了风口加工效率。

按上述工艺制备的成品风口如图6所示。

图6 新型复合风口成品

（5）产品质量控制

首先对铸造的风口本体毛坯打压测试，对于满足要求的坯件进行热挤压帽头的焊接，焊接后的坯件再进行打压测试，最后对成品风口按技术要求进行水压试验检测。

4 新产品试用结果

采用新结构、新工艺制备的新型高炉风口的机械性能更优，抗烧损、耐磨损能力强，已陆续安装在武钢各类高炉上使用，上炉使用9个月以上未出现质量缺陷，效果良好。目前使用状况明显优于整铸结构型式的风口。使用结果表明，新型复合式高炉风口工艺基本成熟，可以批量使用。

[1]张凤起,蒋汉华，韩玲.我国高炉风口破损状况的调查及改进意见[J].炼铁,1993(1):38-40.

[2]金国范.高炉风口表面处理的发展[J].世界钢铁,1993(1):21-25.

[3]丁玉龙,杨天钧，刘淇，等.高炉风口破损数据分析及损坏机理的研究[J].炼铁,1994(1):6-10.