高炉送风直吹管结构优化设计浅析

摘要：送风装置的作用是将热风围管高温、高压的热风，输送到高炉本体，热风在小套出风口与煤粉生成一氧化碳，从而完成铁矿石的冶炼。在整套送风装置系统中，直吹管由于受大中小套及附属水管的限制，其结构紧凑、耐火料较薄，是送风装置最薄弱的部件。送风装置的发红烧穿，多发生在直吹管部位，因此，合理的优化设计直吹管显得尤为重要。本文介绍了直吹管在结构设计时需要注意的一些问题。

关键词：送风装置；直吹管；优化设计

1.前言

近二十年来，世界钢铁工业发达国家迅速实现了炼铁高炉的大型化、高效化和自动化。由于在高炉生产上采取了精料及喷吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保证了高炉的稳定运行，为高炉接受高风温奠定了基础。送风装置在炼铁工艺中，是将热风炉加热的1250～1350℃的热空气送入高炉的主体装置。送风装置的使用寿命，对高炉的稳定运行及安全生产有至关重要的作用。近年来随着炼铁技术不断进步以及高风温、高富氧、大喷煤的应用，高炉送风系统不断出现开裂、烧塌或烧穿等事故，这些事故如果提前做好预防可以将损失降到最低。否则，一旦发生事故，轻者烧坏设备，重者还会造成人员的伤害或死亡。

在送风装置设计中，鹅颈管、补偿器、弯头由于受到的限制较小，可以适当加大关键部位的管体尺寸，增加管内耐火材料的厚度，从而减低其表面温度、减少热风损失、提高热风利用率，从而延长其使用寿命。但直吹管由于受到大中小套及其水管的空间限制，其外形尺寸较小、结构紧凑、耐火料较薄，从而成为送风装置中最薄弱的部件。送风装置的发红、烧穿，多发生于直吹管。由此，在有限的空间内，合理进行直吹管的结构设计，显得尤为重要。

2.直吹管的结构设计

通过分析炼铁高炉直吹管烧穿的案例、高炉送风装置新做及改造的经验，直吹管耐火料最薄弱的位置是煤枪罩的末端。

根据以往的设计经验及现场使用状况，得出如下经验值：

对于容积800以下的高炉，一般要求煤枪罩末端的料厚大于25mm，800以上的高炉料厚大于30mm，1260以上的高炉要大于35mm。这样才能保证直吹管最薄弱位置有足够的料厚，减少其发红烧穿概率。

根据笔者多年设计经验，加大直吹管的料厚，通常有以下六种方法：

1）适当加大直吹管球头尺寸。

直吹管球头外侧做成锥形，与小套水管边缘的间距控制在8mm，保证球头与锥管焊道不与水管干涉、并使球头在小套内转动时避免碰触小套水管。这样，球头内的耐火料厚度达到了最大值。

煤枪角度的调整

2）合理优化煤枪角度。

如图所示，小套的煤枪角度由尺寸A、尺寸B控制。尺寸A为煤枪与风口中心交点距球头端面的距离，尺寸B为煤枪的倾角。多次调整尺寸A和尺寸B，使煤枪在不冲刷小套的基础上，尽量加大直吹管最薄弱位置耐火料的厚度（尺寸C），使煤枪角度最优化。

在调整煤枪角度时需注意：

A、调整后，应使煤枪顺利穿出小套，避免与小套干涉，烧毁小套；

B、调整时应注意煤枪与球头内径至少保持5mm间距，避免与球头内径干涉，影响直吹管的制造及使用；

C、优化煤枪角度时，应保证直吹管小法兰不与锥管本体干涉，并且喷煤枪（或弹子阀卡头）不与直吹管法兰发生干涉。

3）适当加大煤枪罩高度。

在确定煤枪角度后，在保证煤枪罩不与中套内径发生干涉的前提下，适当加大煤枪罩高度尺寸，使煤枪罩末端距球头焊道的距离保持在30mm左右，同时锥管本体切割末端距离煤枪罩末端焊道尺寸控制在5mm。这样，也能增加直吹管最薄弱位置的料厚。

4）合理加粗锥管本体。

适当加大锥管本体大头端尺寸，锥管大头端不应与法兰处的螺栓、螺母干涉；必要时可以将锥管做成两段分别加粗；需要注意的是，锥管本体、法兰内侧不应与小套水管发生干涉。

5）合理设计球头内径尺寸。

在小套出风口一定的情况下（例如，出风口为Φ110mm），直吹管球头内径设计为Φ120mm较为合适（内径尺寸为：小套出风口+10mm）。因为，高炉的送风量由小套出风口决定，直吹管出风口设计再大，也不会增加高炉进风量。过大的球头内径，只会减小直吹管的耐火料厚度，不利于送风装置的顺利运行。

6）煤枪管尺寸的设计。

煤枪管的主要作用是利于喷煤枪的插入，煤枪管的尺寸不宜过大，其内径尺寸比喷煤枪大5mm即可满足生产。目前许多钢厂的直吹管都存在煤枪管尺寸过大的问题，在保证正常插枪的情况下，过大的煤枪管反而会削弱煤枪罩的耐火料厚度。

3.技术实施

通过以上六点优化改进，从整体上增加了直吹管的耐火料厚度，有效降低了直吹管表面温度，减少了直吹管的发红烧穿，为炼铁高炉的稳定生产提供了有效保障。从国内几十家钢铁厂的实际使用过程看，效果非常明显。

4.结束语

石家庄巨力科技有限公司2014年通过了河北省发改委依托企业建设的《高炉送风系统河北省工程实验室》验收。企业充分利用工程实验室的试验条件，不断优化高炉送风装置的结构及工艺制备，并对耐火材料进行持续技术研发，有效推进了送风装置的技术进步，得到了送风装置运行企业的认可。

参考文献：

[1]GB/T12777《金属波纹管膨胀节通用技术条件》.

[2]YB/T 208《冶金机械设备安装工程施工及验收规范炼铁设备》.

[3]YB/T4191-2009《高炉进风装置》.

作者简介：

郭朝，男，1984年2月出生，本科学历，现就职于石家庄巨力科技有限公司，送风装置研发工程师，从事送风装置设计及改造工作8年。