高爐送風(fēng)直吹管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析

摘要：送風(fēng)裝置的作用是將熱風(fēng)圍管高溫、高壓的熱風(fēng)，輸送到高爐本體，熱風(fēng)在小套出風(fēng)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(fēng)裝置系統(tǒng)中，直吹管由于受大中小套及附屬水管的限制，其結(jié)構(gòu)緊湊、耐火料較薄，是送風(fēng)裝置最薄弱的部件。送風(fēng)裝置的發(fā)紅燒穿，多發(fā)生在直吹管部位，因此，合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)直吹管顯得尤為重要。本文介紹了直吹管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的一些問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：送風(fēng)裝置；直吹管；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.前言

近二十年來(lái)，世界鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家迅速實(shí)現(xiàn)了煉鐵高爐的大型化、高效化和自動(dòng)化。由于在高爐生產(chǎn)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(wěn)定運(yùn)行，為高爐接受高風(fēng)溫奠定了基礎(chǔ)。送風(fēng)裝置在煉鐵工藝中，是將熱風(fēng)爐加熱的1250～1350℃的熱空氣送入高爐的主體裝置。送風(fēng)裝置的使用壽命，對(duì)高爐的穩(wěn)定運(yùn)行及安全生產(chǎn)有至關(guān)重要的作用。近年來(lái)隨著煉鐵技術(shù)不斷進(jìn)步以及高風(fēng)溫、高富氧、大噴煤的應(yīng)用，高爐送風(fēng)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)開裂、燒塌或燒穿等事故，這些事故如果提前做好預(yù)防可以將損失降到最低。否則，一旦發(fā)生事故，輕者燒壞設(shè)備，重者還會(huì)造成人員的傷害或死亡。

在送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)中，鵝頸管、補(bǔ)償器、彎頭由于受到的限制較小，可以適當(dāng)加大關(guān)鍵部位的管體尺寸，增加管內(nèi)耐火材料的厚度，從而減低其表面溫度、減少熱風(fēng)損失、提高熱風(fēng)利用率，從而延長(zhǎng)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(jié)構(gòu)緊湊、耐火料較薄，從而成為送風(fēng)裝置中最薄弱的部件。送風(fēng)裝置的發(fā)紅、燒穿，多發(fā)生于直吹管。由此，在有限的空間內(nèi)，合理進(jìn)行直吹管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯得尤為重要。

2.直吹管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)使用狀況，得出如下經(jīng)驗(yàn)值：

對(duì)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(fā)紅燒穿概率。

根據(jù)筆者多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加大直吹管的料厚，通常有以下六種方法：

1）適當(dāng)加大直吹管球頭尺寸。

直吹管球頭外側(cè)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)避免碰觸小套水管。這樣，球頭內(nèi)的耐火料厚度達(dá)到了最大值。

煤槍角度的調(diào)整

2）合理優(yōu)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(fēng)口中心交點(diǎn)距球頭端面的距離，尺寸B為煤槍的傾角。多次調(diào)整尺寸A和尺寸B，使煤槍在不沖刷小套的基礎(chǔ)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(yōu)化。

在調(diào)整煤槍角度時(shí)需注意：

A、調(diào)整后，應(yīng)使煤槍順利穿出小套，避免與小套干涉，燒毀小套；

B、調(diào)整時(shí)應(yīng)注意煤槍與球頭內(nèi)徑至少保持5mm間距，避免與球頭內(nèi)徑干涉，影響直吹管的制造及使用；

C、優(yōu)化煤槍角度時(shí)，應(yīng)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(fā)生干涉。

3）適當(dāng)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(nèi)徑發(fā)生干涉的前提下，適當(dāng)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(shí)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(dāng)加大錐管本體大頭端尺寸，錐管大頭端不應(yīng)與法蘭處的螺栓、螺母干涉；必要時(shí)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(nèi)側(cè)不應(yīng)與小套水管發(fā)生干涉。

5）合理設(shè)計(jì)球頭內(nèi)徑尺寸。

在小套出風(fēng)口一定的情況下（例如，出風(fēng)口為Φ110mm），直吹管球頭內(nèi)徑設(shè)計(jì)為Φ120mm較為合適（內(nèi)徑尺寸為：小套出風(fēng)口+10mm）。因?yàn)?，高爐的送風(fēng)量由小套出風(fēng)口決定，直吹管出風(fēng)口設(shè)計(jì)再大，也不會(huì)增加高爐進(jìn)風(fēng)量。過(guò)大的球頭內(nèi)徑，只會(huì)減小直吹管的耐火料厚度，不利于送風(fēng)裝置的順利運(yùn)行。

6）煤槍管尺寸的設(shè)計(jì)。

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(guò)大，其內(nèi)徑尺寸比噴煤槍大5mm即可滿足生產(chǎn)。目前許多鋼廠的直吹管都存在煤槍管尺寸過(guò)大的問(wèn)題，在保證正常插槍的情況下，過(guò)大的煤槍管反而會(huì)削弱煤槍罩的耐火料厚度。

3.技術(shù)實(shí)施

通過(guò)以上六點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)，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(fā)紅燒穿，為煉鐵高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有效保障。從國(guó)內(nèi)幾十家鋼鐵廠的實(shí)際使用過(guò)程看，效果非常明顯。

4.結(jié)束語(yǔ)

石家莊巨力科技有限公司2014年通過(guò)了河北省發(fā)改委依托企業(yè)建設(shè)的《高爐送風(fēng)系統(tǒng)河北省工程實(shí)驗(yàn)室》驗(yàn)收。企業(yè)充分利用工程實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)條件，不斷優(yōu)化高爐送風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)及工藝制備，并對(duì)耐火材料進(jìn)行持續(xù)技術(shù)研發(fā)，有效推進(jìn)了送風(fēng)裝置的技術(shù)進(jìn)步，得到了送風(fēng)裝置運(yùn)行企業(yè)的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

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[2]YB/T 208《冶金機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范煉鐵設(shè)備》.

[3]YB/T4191-2009《高爐進(jìn)風(fēng)裝置》.

作者簡(jiǎn)介：

郭朝，男，1984年2月出生，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于石家莊巨力科技有限公司，送風(fēng)裝置研發(fā)工程師，從事送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)及改造工作8年。