新型復(fù)合式高爐風(fēng)口的研制

萬(wàn)旭偉，盧獻(xiàn)忠，楊彥芳，鐘 毅，范曉明

（1.武漢鋼鐵重工集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430083；2.武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司研究院，湖北武漢 430080；3.武漢理工大學(xué)，湖北武漢 430070）

1 問(wèn)題的提出

高爐送風(fēng)風(fēng)口是高爐冶煉生鐵生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵備件。其工作環(huán)境嚴(yán)峻，屬于連續(xù)工作而且無(wú)法在使用中檢修更換，一旦破損，將給生鐵產(chǎn)量、質(zhì)量和焦比等帶來(lái)不利的影響。如果風(fēng)口壽命低，不僅備件費(fèi)用增加，焦耗增加，而且高爐休風(fēng)率增加，經(jīng)濟(jì)損失很大。因此，風(fēng)口破損以及風(fēng)口壽命一直是煉鐵界關(guān)注的一個(gè)重要課題，提高風(fēng)口壽命對(duì)煉鐵企業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

影響高爐風(fēng)口壽命的因素很多，如風(fēng)口結(jié)構(gòu)、冷卻強(qiáng)度、制作質(zhì)量等。一般認(rèn)為,高爐風(fēng)口破損的主要形式是熔損、龜裂和磨損[1～3]。整鑄銅風(fēng)口是一種重要的高爐風(fēng)口，但是，在生產(chǎn)使用中往往存在以下問(wèn)題:①風(fēng)口銅含量不高（97.5%～98.5%），熱導(dǎo)率不高；②整鑄銅風(fēng)口易產(chǎn)生氣孔、夾渣、粘砂等缺陷，尤其是內(nèi)腔易粘砂，導(dǎo)致風(fēng)口傳熱差，頭部易燒壞；③整鑄銅風(fēng)口壁厚尺寸精度不易控制，容易導(dǎo)致鑄造縮松等缺陷和使用中導(dǎo)熱不均導(dǎo)致龜裂等缺陷。鑒于整鑄銅風(fēng)口的質(zhì)量現(xiàn)狀，作者基于長(zhǎng)期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的高爐風(fēng)口制備技術(shù)，針對(duì)整鑄銅風(fēng)口出現(xiàn)的問(wèn)題，研發(fā)了一種新型復(fù)合式高爐風(fēng)口。本文將簡(jiǎn)要介紹其技術(shù)特點(diǎn)和生產(chǎn)應(yīng)用情況，但愿對(duì)促進(jìn)高爐風(fēng)口壽命的提高有所裨益。

2 新型復(fù)合式高爐風(fēng)口的主要特點(diǎn)及技術(shù)要求

2.1 主要特點(diǎn)

（1）整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化。新型銅風(fēng)口為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，采用鑄造本體和熱擠壓帽頭（含鋼制導(dǎo)流器）組裝焊接加工而成。結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的風(fēng)口示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的風(fēng)口示意圖

新型風(fēng)口的后端本體和前端帽頭實(shí)物照片分別如圖2和圖3所示。

圖2 后端本體鑄件

圖3 前端帽頭

（2）水道結(jié)構(gòu)。復(fù)合式風(fēng)口的前端帽頭采用貫流式螺旋封閉水道（見(jiàn)圖4），使其內(nèi)部水流通道結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，尺寸嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)，確保流量、壓力、壓損等參數(shù)滿足技術(shù)要求，可大大提高冷卻效果與使用壽命。而貫流式風(fēng)口和類似的高壓水冷銅管螺旋風(fēng)口由于冷卻強(qiáng)度大，很少被燒壞，主要破損形式是磨損和開(kāi)裂，對(duì)這類風(fēng)口的研究重點(diǎn)在防止磨損方面和提高風(fēng)口制造質(zhì)量上。因此，為了提高風(fēng)口表面耐磨性，作者曾采用表面合金共滲處理，但由于共滲層較薄，其使用效果不太明顯。目前，通過(guò)課題組技術(shù)攻關(guān)，成功采用自動(dòng)堆焊耐磨合金，其堆焊層可達(dá)到5 mm以上，大大提高了其表面耐磨性。

圖4 風(fēng)口水道結(jié)構(gòu)剖面圖

2.2 技術(shù)要求

新型復(fù)合式風(fēng)口的主要技術(shù)指標(biāo)如下:

化學(xué)成分：帽頭成分要求w(Cu)≥99.95%；本體w(Cu)≥98.5%。

導(dǎo)熱率：室溫時(shí) λ≥375 W/m·K；100℃時(shí) λ≥360 W/m·K；200℃時(shí) λ≥350 W/m·K；300℃時(shí) λ≥350 W/m·K；400℃時(shí)λ≥340 W/m·K。

風(fēng)口壓力試驗(yàn)：壓損試驗(yàn)，在水流量35 m3/h和進(jìn)水壓力1.6 MPa條件下，進(jìn)出口水壓力差允許范圍為 0.45～0.65 MPa；耐壓試驗(yàn)，同時(shí)加壓 2.0 MPa,密閉保壓30 min,無(wú)滲漏、無(wú)冒汗為合格。

3 復(fù)合式高爐風(fēng)口的制備過(guò)程及質(zhì)量控制

經(jīng)過(guò)攻關(guān)試制，新型高爐風(fēng)口的主要生產(chǎn)流程如圖5所示。

（1）風(fēng)口后端本體鑄造

圖5 新型高爐風(fēng)口的生產(chǎn)流程圖

采用金屬冷型鑄造工藝制備風(fēng)口本體。銅液的熔煉設(shè)備為中頻感應(yīng)電爐，配合真空處理室的真空除氣處理，有效地控制銅液的氧化、夾雜和氣體含量，提高銅液的純凈度，確保了風(fēng)口的致密度和導(dǎo)熱性能。由于風(fēng)口采用了復(fù)合型結(jié)構(gòu)，有效地簡(jiǎn)化了本體制造工藝。

（2）前端帽頭成型

采用熱擠壓成型，其金相組織相比沖壓成型、鍛壓成型和鑄造成型更加細(xì)密、均勻，導(dǎo)熱率、抗拉強(qiáng)度、延伸率等綜合機(jī)械性能更高。各種工藝成型帽頭的性能詳見(jiàn)表1。

表1 各種工藝成型帽頭的性能

（3）風(fēng)口焊接組合

風(fēng)口焊接采用惰性氣體保護(hù)自動(dòng)焊接工藝。焊接設(shè)備采用芬蘭進(jìn)口的KB500型自動(dòng)送絲氬弧焊機(jī)和一套半自動(dòng)焊接設(shè)備，有效解決了焊接設(shè)備和焊接性能不高的問(wèn)題；同時(shí)還采用一臺(tái)130 KW電加熱爐，解決了煤氣加熱溫度不均、不夠和氧化嚴(yán)重的問(wèn)題。

通過(guò)逐步完善焊接工藝，對(duì)焊接V型坡口尺寸、焊接速度、溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、氬氣流量及焊接前的組裝等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行明確的工藝界定與要求。通過(guò)不斷生產(chǎn)實(shí)踐，焊接質(zhì)量穩(wěn)步提高，目前焊接合格率達(dá)到98%左右。

（4）風(fēng)口加工特點(diǎn)

針對(duì)風(fēng)口多維加工的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)并定制一臺(tái)風(fēng)口加工專用機(jī)床，集配合面加工、球面加工和進(jìn)出水孔加工為一體，充分提高風(fēng)口尺寸加工精度，確保風(fēng)口機(jī)械加工一次成型，同時(shí)也大大提高了風(fēng)口加工效率。

按上述工藝制備的成品風(fēng)口如圖6所示。

圖6 新型復(fù)合風(fēng)口成品

（5）產(chǎn)品質(zhì)量控制

首先對(duì)鑄造的風(fēng)口本體毛坯打壓測(cè)試，對(duì)于滿足要求的坯件進(jìn)行熱擠壓帽頭的焊接，焊接后的坯件再進(jìn)行打壓測(cè)試，最后對(duì)成品風(fēng)口按技術(shù)要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢測(cè)。

4 新產(chǎn)品試用結(jié)果

采用新結(jié)構(gòu)、新工藝制備的新型高爐風(fēng)口的機(jī)械性能更優(yōu)，抗燒損、耐磨損能力強(qiáng)，已陸續(xù)安裝在武鋼各類高爐上使用，上爐使用9個(gè)月以上未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，效果良好。目前使用狀況明顯優(yōu)于整鑄結(jié)構(gòu)型式的風(fēng)口。使用結(jié)果表明，新型復(fù)合式高爐風(fēng)口工藝基本成熟，可以批量使用。

[1]張鳳起,蔣漢華，韓玲.我國(guó)高爐風(fēng)口破損狀況的調(diào)查及改進(jìn)意見(jiàn)[J].煉鐵,1993(1):38-40.

[2]金國(guó)范.高爐風(fēng)口表面處理的發(fā)展[J].世界鋼鐵,1993(1):21-25.

[3]丁玉龍,楊天鈞，劉淇，等.高爐風(fēng)口破損數(shù)據(jù)分析及損壞機(jī)理的研究[J].煉鐵,1994(1):6-10.