韶钢8号高炉风口小套维护生产实践

胡 涛 丁时明 詹开洪 杨 锋

(宝武集团中南钢铁广东韶钢松山股份有限公司)

风口小套是保证高炉生产的关键设备之一，工作环境恶劣造成风口小套破损[1-3]。

1 风口小套工作原理

1.1 风口小套结构

风口小套主要由用于装配的法兰、外套、内套以及导流器组成。法兰是由铜锭锻造成铜板毛胚再经机加工而成，主要覆盖在小套后端，用于连接冷却水管；外套由铜锭锻造成铜板，制成无缝圆锥筒体，经机加工而成，是小套最容易损坏的部分；内套是由铜锭锻造成铜板，制成无缝圆锥筒体，经机加工而成；导流器一般为螺旋流型结构，对冷却水进行导流，达到最佳冷却效果。将加工好的四个零部件研磨，按设计间隙进行总装。采用氩气保护半自动焊和手工焊相结合的工艺，对三个环形焊缝进行焊接。整体风口小套焊接完成，按规程进行热处理后检测合格上线。

1.2 风口小套工作原理及使用情况

风口小套的作用是连接吹管与高炉，热风与煤粉经过小套送入高炉，其前端是超 2 000 ℃的高温环境，渣铁熔体温度1 400 ℃以上，如图1所示。炼铁厂风口小套损坏大部分为渣皮脱落及渣铁侵蚀滴落造成的，少部分为本身材质或焊接质量不合格造成的。风口所处的工作环境恶劣，部分质量较好的风口小套在热梯度的作用下，也有可能产生裂纹或渗漏，从而导致漏水[4]。

图1 小套工作原理

2016年韶钢8号炉风口小套更换49个，其中磨损25个，占51%。2017年风口小套更换83个，其中磨损23个，占27%。小套的使用寿命偏短，损坏漏水，带来燃料消耗增多、安全风险上升、休风率增大和产量下降等问题。

2 风口小套损坏原因

2.1 工艺必要磨损

风口熔损是渣铁液粘附在风口上造成的，炉缸堆积和渣铁液面升高增加渣铁熔蚀风口前端的几率[5]。如图2所示，上方的炉料沿着风口上部向下滑落和移动，磨损风口小套上表面。高炉边缘的反应增加，生成的渣铁量增大，边缘气流较为活跃，并产生旋流带动煤粉、炉料冲刷风口小套前端。在炉内高温、高速的煤粉和炉料持续不断冲刷下，最终风口小套前端因壁厚磨薄、磨穿而失效漏水。相对于边缘气流合适的工况，渣铁沿风口回旋区表面进入炉缸，此时就会出现少量渣铁沿炉墙下滴，所以除磨损外，风口小套前端极有可能存在渣铁粘附或烧损等问题，这是在目前生产中不可避免的工艺必要磨损。

图2 风口工况

2.2 机械磨损

机械磨损包括内外磨损，即风口小套内侧被喷吹煤粉射流磨坏和外侧被炉缸内炉料磨坏，特别是循环运动的焦炭磨坏以及塌料砸坏[6]。韶钢8号炉煤枪采用的是3 m不锈耐磨钢管，日常生产过程中，为保证煤枪前段在风口小套中线上，对煤枪前段进行9°弧形弯曲。实际操作过程中由于煤枪弯的拐点长度、人工弯煤枪弧度参差不齐，造成煤枪的插入长短不一，煤枪插入小套深度不足300 mm的风口极易被煤粉磨损。

喷吹原煤杂物(稻草、泡沫、编织袋)多，磨后煤粉中含有大量的杂物碎料，收集到煤粉仓经喷吹罐输送到分配器、风口。由于喷吹系统没有设计对磨后煤粉过筛，杂物在送煤管路中卡死堵塞，造成风口堵煤，若堵枪时间过长，容易导致煤枪变形，煤流磨到小套。

风口吹管插枪包规格不一，韶钢8号炉风口直吹管插枪包与吹管中心线角度大小不一，有9°、13°、15°等不同规格，圆周方向上有13、14、15点钟不同方位。不同枪包规格的吹管，煤枪的弯曲弧度、角度、调整方位等不匹配，容易导致煤流方向变化，煤粉磨小套。

2.3 分配器罐压与风压不匹配

2019年3月韶钢8号炉进行高产、高煤比攻关，煤比由140 kg/t提高至175 kg/t，喷煤量由原来的48 t/h增加到66 t/h。原有的喷吹程序只有通过提高喷吹罐的罐压来保证喷煤量，分配器压力由原来的0.58 MPa增加到0.72 MPa，使得风口前端喷吹载气压力与炉内风压的差值变大，煤粉从煤枪头喷出后煤流发散度加剧，煤流在风口喷出速度加快。过高的喷煤压力导致煤枪晃动，煤枪出煤速度增加后，在煤粉料流分散与煤枪晃动的双重作用下，小套极易被煤粉磨损。

3 风口小套维护技术

3.1 煤枪标准化及优化煤枪插入深度

对煤枪深入长度进行优化，通过多次实验发现煤枪深入小套内部300～400 mm，煤粉磨小套的概率大幅下降，对煤枪安装进行标准化，煤枪从吹管枪包位置插入吹管，伸进小套内部，通过吹管、煤枪、小套的现场组装，对煤枪伸入小套的深度、弯煤枪的弧度进行定量分析；统一枪包角度以9°为基准，圆周上固定15点方向。

3.2 智能喷煤

针对煤量增加后，原有的喷吹软件控制系统无法满足高煤比，大煤量的要求，在原有的喷煤程序控制模块上增加相应的控制模块，消除目前控制软件的缺陷。

3.3 优化复风煤枪管理

3.3.1 提前配好煤枪

制作弯煤枪装置，采用机械对煤枪进行9°的弧形弯曲，减少人力操作带来的误差，不同风口长度对应不同的弧度拐点，休风后复风，煤枪全面更换，所有煤枪需要重新全面校核方可喷煤，喷煤后，煤枪还要进行煤流的检查。加强对复风后煤枪插入深度检测。

3.3.2 规范小套的管理

韶钢8号炉目前使用的小套有三种风口：型号(L×Ф，mm×mm)：581×130、621×120、581×140，581×130、621×120的两类风口更容易磨小套，风口磨损部位集中在风口下方6-7点钟方向，煤粉刷薄造成小套内部焊缝开裂，煤粉长期冲刷，在小套前段刷出凹槽。

针对以上问题，对风口小套的焊缝结构进行调整，小套焊缝由小套尾部调整到靠吹管头段，对小套尾部增加不锈钢耐磨衬套或喷涂耐磨衬。

日常生产过程中关注小套检漏系统，发现小套流量差异常及时通知配管工检查煤流，避免煤粉继续冲刷破损部位，造成漏水扩大，根据风口亮度明暗决定是否停煤。

3.4 做好休、复风堵枪的预防

休风后，喷吹系统管道整体凉下来，复风前分配器、管道中残留的煤粉、杂物被吹到喷煤支管中，容易引起煤枪堵塞。煤枪堵塞没有及时疏通，煤枪靠近风口段易烤弯变形，煤流轨迹改变造成磨小套。为预防高炉复风后大面积堵枪，休风减风时风量降至2 000 m3/h后，加大喷煤冷风压力，把残留在喷吹罐、分配器、管道的杂物吹到风口；休风时间大于8 h，分配器必须揭盖清理、检查；复风复喷前采用高压氮气吹扫管道0.5 h，防止压缩空气带水造成煤粉潮湿，引起煤枪堵塞；智能喷煤待风口全部正常后再投运。

3.5 日常煤枪的规范检查

加强风口的巡查，规范日常风口摄像的维护，风口玻璃积灰的及时清灰处理，风口摄像看不到煤流的必须及时调正摄像头；日常风口堵煤，当班配管工应及时疏通，如遇到煤枪大面积堵塞，必须及时通知班长组织人力疏通，预防煤枪堵塞处理不及时造成煤枪变形；煤枪堵塞后恢复喷煤前必须检查煤枪，重新校正煤流是否在风口中心线。

4 结论

(1)风口小套是保证高炉生产的重要部件，主要由用于装配的法兰、外套、内套以及导流器组成，其工作环境恶劣。小套的使用寿命偏短，导致小套损坏漏水，带来燃料消耗增多、安全风险上升、休风率增多和产量下降等问题。

(2)风口小套的使用寿命主要受炼铁工艺以及机械磨损影响，分配器罐压与风压不匹配、风口吹管插枪包规格不一的影响。

(3)可以通过优化煤枪插入深度进行智能喷煤改造。煤枪进行标准化作业，优化复风煤枪管理包括提前配好煤枪，规范小套的管理，做好休、复风堵枪的预防，加强日常煤枪的规范检查等措施，维护生产顺行。