高爐送風直吹管結構優化設計淺析

摘要：送風裝置的作用是將熱風圍管高溫、高壓的熱風，輸送到高爐本體，熱風在小套出風口與煤粉生成一氧化碳，從而完成鐵礦石的冶煉。在整套送風裝置系統中，直吹管由于受大中小套及附屬水管的限制，其結構緊湊、耐火料較薄，是送風裝置最薄弱的部件。送風裝置的發紅燒穿，多發生在直吹管部位，因此，合理的優化設計直吹管顯得尤為重要。本文介紹了直吹管在結構設計時需要注意的一些問題。

關鍵詞：送風裝置；直吹管；優化設計

1.前言

近二十年來，世界鋼鐵工業發達國家迅速實現了煉鐵高爐的大型化、高效化和自動化。由于在高爐生產上采取了精料及噴吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保證了高爐的穩定運行，為高爐接受高風溫奠定了基礎。送風裝置在煉鐵工藝中，是將熱風爐加熱的1250～1350℃的熱空氣送入高爐的主體裝置。送風裝置的使用壽命，對高爐的穩定運行及安全生產有至關重要的作用。近年來隨著煉鐵技術不斷進步以及高風溫、高富氧、大噴煤的應用，高爐送風系統不斷出現開裂、燒塌或燒穿等事故，這些事故如果提前做好預防可以將損失降到最低。否則，一旦發生事故，輕者燒壞設備，重者還會造成人員的傷害或死亡。

在送風裝置設計中，鵝頸管、補償器、彎頭由于受到的限制較小，可以適當加大關鍵部位的管體尺寸，增加管內耐火材料的厚度，從而減低其表面溫度、減少熱風損失、提高熱風利用率，從而延長其使用壽命。但直吹管由于受到大中小套及其水管的空間限制，其外形尺寸較小、結構緊湊、耐火料較薄，從而成為送風裝置中最薄弱的部件。送風裝置的發紅、燒穿，多發生于直吹管。由此，在有限的空間內，合理進行直吹管的結構設計，顯得尤為重要。

2.直吹管的結構設計

通過分析煉鐵高爐直吹管燒穿的案例、高爐送風裝置新做及改造的經驗，直吹管耐火料最薄弱的位置是煤槍罩的末端。

根據以往的設計經驗及現場使用狀況，得出如下經驗值：

對于容積800以下的高爐，一般要求煤槍罩末端的料厚大于25mm，800以上的高爐料厚大于30mm，1260以上的高爐要大于35mm。這樣才能保證直吹管最薄弱位置有足夠的料厚，減少其發紅燒穿概率。

根據筆者多年設計經驗，加大直吹管的料厚，通常有以下六種方法：

1）適當加大直吹管球頭尺寸。

直吹管球頭外側做成錐形，與小套水管邊緣的間距控制在8mm，保證球頭與錐管焊道不與水管干涉、并使球頭在小套內轉動時避免碰觸小套水管。這樣，球頭內的耐火料厚度達到了最大值。

煤槍角度的調整

2）合理優化煤槍角度。

如圖所示，小套的煤槍角度由尺寸A、尺寸B控制。尺寸A為煤槍與風口中心交點距球頭端面的距離，尺寸B為煤槍的傾角。多次調整尺寸A和尺寸B，使煤槍在不沖刷小套的基礎上，盡量加大直吹管最薄弱位置耐火料的厚度（尺寸C），使煤槍角度最優化。

在調整煤槍角度時需注意：

A、調整后，應使煤槍順利穿出小套，避免與小套干涉，燒毀小套；

B、調整時應注意煤槍與球頭內徑至少保持5mm間距，避免與球頭內徑干涉，影響直吹管的制造及使用；

C、優化煤槍角度時，應保證直吹管小法蘭不與錐管本體干涉，并且噴煤槍（或彈子閥卡頭）不與直吹管法蘭發生干涉。

3）適當加大煤槍罩高度。

在確定煤槍角度后，在保證煤槍罩不與中套內徑發生干涉的前提下，適當加大煤槍罩高度尺寸，使煤槍罩末端距球頭焊道的距離保持在30mm左右，同時錐管本體切割末端距離煤槍罩末端焊道尺寸控制在5mm。這樣，也能增加直吹管最薄弱位置的料厚。

4）合理加粗錐管本體。

適當加大錐管本體大頭端尺寸，錐管大頭端不應與法蘭處的螺栓、螺母干涉；必要時可以將錐管做成兩段分別加粗；需要注意的是，錐管本體、法蘭內側不應與小套水管發生干涉。

5）合理設計球頭內徑尺寸。

在小套出風口一定的情況下（例如，出風口為Φ110mm），直吹管球頭內徑設計為Φ120mm較為合適（內徑尺寸為：小套出風口+10mm）。因為，高爐的送風量由小套出風口決定，直吹管出風口設計再大，也不會增加高爐進風量。過大的球頭內徑，只會減小直吹管的耐火料厚度，不利于送風裝置的順利運行。

6）煤槍管尺寸的設計。

煤槍管的主要作用是利于噴煤槍的插入，煤槍管的尺寸不宜過大，其內徑尺寸比噴煤槍大5mm即可滿足生產。目前許多鋼廠的直吹管都存在煤槍管尺寸過大的問題，在保證正常插槍的情況下，過大的煤槍管反而會削弱煤槍罩的耐火料厚度。

3.技術實施

通過以上六點優化改進，從整體上增加了直吹管的耐火料厚度，有效降低了直吹管表面溫度，減少了直吹管的發紅燒穿，為煉鐵高爐的穩定生產提供了有效保障。從國內幾十家鋼鐵廠的實際使用過程看，效果非常明顯。

4.結束語

石家莊巨力科技有限公司2014年通過了河北省發改委依托企業建設的《高爐送風系統河北省工程實驗室》驗收。企業充分利用工程實驗室的試驗條件，不斷優化高爐送風裝置的結構及工藝制備，并對耐火材料進行持續技術研發，有效推進了送風裝置的技術進步，得到了送風裝置運行企業的認可。

參考文獻：

[1]GB/T12777《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》.

[2]YB/T 208《冶金機械設備安裝工程施工及驗收規范煉鐵設備》.

[3]YB/T4191-2009《高爐進風裝置》.

作者簡介：

郭朝，男，1984年2月出生，本科學歷，現就職于石家莊巨力科技有限公司，送風裝置研發工程師，從事送風裝置設計及改造工作8年。