涟钢2200m3高炉风口磨损频繁的原因与对策

摘要  从送风装置、风口结构与布局、喷吹管路、操作等方面分析了涟钢2200m³高炉风口磨损的原因，并采取了一些避免风口磨损的措施，使风口平均使用寿命得到了提高。

关键词  高炉  风口  磨损

1 概况

涟钢2200m³高炉于2003年12月4日开炉，29日开始利用300m³级小高炉喷煤系统中的五、六两个系列进行喷煤。2004年5月12日开始使用新喷煤系统进行喷煤，至2004年8月26日，高炉累计更换风口98个，月平均更换风口10.9个。从更换原因来看，其中磨损风口73个，占74.49%；烧损风口11个，占11.22%；炸坏风口1个，占1.02%；其他在未磨穿条件下由于安装及布局调整等原因非正常更换的13个，占13.27%。风口磨损频繁成了制约高炉生产的一个重要因素。

2 原因分析

2.1 送风装置的影响

在高炉开炉初期送风装置在喷煤方面主要存在以下问题：

（1）喷枪套管位置不当。支吹管喷枪插入角度设计为11°且基本处于水平状态，设计上喷枪离开直吹管前端134mm即与风口中心线相交。与高炉使用长度为583.5mm、斜5°风口的实际情况不相适应，造成煤粉不可避免地磨及风口的左上方。自2003年12月29日喷煤至2004年元月13日，在喷煤量仅50-60kg/t的情况下，磨坏7个风口。

（2）喷枪插拨与调节不便。内衬捣制及有关构件不规范，有相当部分的直吹管喷枪在冷态下都无法插入，更多的在送风状态下无法插入。喷枪插拨时，弹子阀及喷枪套管容易发红、变形、烧损，当需要调节喷枪。开炉后我厂相继定制了2套备品送风装置，虽然生产厂家相应做了一些改动，但仍有许多地方没有达到要求。事实上，送风装置在实际安装过程中也会带来一些影响，如风管长度与实际要求不符，这会使喷枪的实际角度偏离设计水平，送风装置在左右方向的偏转也会造成喷枪与风口的实际夹角发生变化。通过观察还可以发现，送风装置尾部（也可以说就是弯头）往做偏比较有利于喷煤，而往右偏则不利于喷煤。因此，在装弯头拉杆时，先把左边的拉杆打紧就会有利一些。

2.2 煤粉的影响

（1）煤粉粒度过粗。涟钢2200m³高炉的煤粉目前主要由喷煤车间1台30t的中速磨供给，它同时还要给几座小高炉供粉。喷煤车间主要采用降低煤粉粒度的方法来满足产能的需要。喷煤车间2004年3月1-17日的幕煤粉的比例见表1。由于煤粉粒度过大，速度又高，对风口磨损较大。

表1 涟钢2000m³高炉2004年3月1-17日的目煤粉的比例，%

（2）煤的灰分较高。刚开始喷煤时，煤的灰分通常在16%-17%，煤灰分中的SiO₂颗粒对风口的磨蚀作用较强。3月份掺加部分洗精煤后，煤的灰分才得以降至12%-14%。

（3）输煤用的二次风量较大。由于大高炉目前的炉温控制不稳定，而工长把喷煤量作为一个重要的调剂手段来使用，喷煤量经常性的大起大落。当喷煤量降低时，输煤用的二次风量相应加大，这样煤粉离开喷枪时的初始速度相对较高，煤粉更容易磨及风口。

（4）煤粉中的杂物太多，对风口磨损带来相当大的影响。

2.3 风口设计与制造的影响

目前涟钢2200m³高炉采用的是贯流式风口，这些风口主要存在以下不适合于喷煤的问题：①焊缝离风口前沿过近。一方面，这些焊缝突出，也是应力较为集中的地方，是风口最薄弱的部位，有些风口在磨蚀深度不到2mm时即漏水甚至整个焊缝开裂。另一方面，由于焊接后的铜体晶粒粗大，强度与韧性都较差，因此该焊缝也就成了最易被煤粉磨蚀而漏水的地方。②风口内壁厚度前后一致。与前端易接触煤粉而磨蚀的状况不相适应。

2.4 喷煤管路的影响

涟钢2200m³高最初的简易喷煤系统有2个喷煤分配器，布置在25.4平台，分别向单双号风口供煤，各风口的喷吹支管从该平台再引至围管平台，管路的布置极不合理。

2.5 风口布局的影响

（1）进风面积偏大。涟钢2200m³高炉开炉后选用的风口长期偏大，造成标准风速长期处于较低的水平。开炉时风口选用的是Φ120mm×12+Φ130mm×16，当时还堵了2-4个风口。喷煤后不久，风口就已全部捅开。2004年1月19日对多数送风装置进行更换后采用的风口是Φ120mm×10+Φ130mm×18，2月1日休风检修后采用的是Φ120mm×8+Φ130mm×20。2004年3月11日再次更换部分送风装置后直到现在采用的是Φ120mm×14+Φ130mm×14，目前的进风面积是0.344m²，而此前高炉的最大风量也不过是4300m³/min，高炉通常的作业风量在3900-4000m³/min，高炉的标准风速实际上很少超过200m/s。而国内2000m³级高炉的标准风俗远远超出这一数值，如武钢2000m³级高炉在230m/s以上，攀钢1200m³级高炉的标准风速也已接近250m/s。由于进风面积偏大，鼓风的标准风速偏低，使得鼓风对进入风口内的煤粉的夹带作用过小，对其运动轨迹的改变太小，致使煤粉较易磨及喷枪对面的风口内壁。

（2）风口布置不合理。涟钢2200m³高炉由于场地的限制，热风主观共有2个拐角，在离热风围管9m左右设计有一个102.9°的拐角，按4500Nm³/min的风量计算，管内风速为33.04Nm/s，在1200℃的风温下，实际风速约为132m/s。9m的距离相对于热风主管1.7m的内径（外径2.6m）及这么高的风速来说，难以消除拐角的影响，在围管与热风主管的接口位置难以实现均匀的气流分布，从而对高炉各风口实际进风量带来不均影响。根据武汉科技大学依据涟钢2200m³高炉的供风管道所做的模型试验结果：正偏析最严重的区域，多半集中在叉形管左右两侧的19号——28号风口，但更倾向于左侧的23号——26号风口。负偏析比较严重的区域，在叉形管对面的4号——13号风口，但更倾向于左侧的10号——13号风口。在使用小风口时出现过超过±10%的负偏析，在对面的5号——15号风口，特别是在5号——10号风口。在风口直径较小时，叉形管右侧的21、22号风口，风量的负偏析也比较严重。这些现象与人们通常的感觉刚好相反，值得引起重视。而负偏析比较严重的区域，集中在与叉形管中心线垂直的两侧风口，分别为1、2号风口、26号——28号风口和12号——16号风口。

涟钢2200m³高炉2004年3月的风口布置见表2。从表2可以看出，涟钢2200m³高炉在风量正偏析较大的风口区采用了较多的Φ130mm风口，而在风量负偏析较大的风口区采用了较多的Φ120mm风口，这与本高炉的供风特性严重不符。这从风口的磨损情况也可得到反映，从开炉至2004年3月尚未损坏的风口号是7、8、11、16、17、18、19、20、24、26，其中7、8号风口喷煤支管路径最长，拐弯最多，实际喷煤量较少，未损坏风口多集中在风量正偏析较大的区域，而易损风口多集中在风量负偏析较大而同时喷煤支管路阻损较小的风口。

表2 涟钢2200m³高炉2004年3月1-28号风口直径，mm

2.6 操作的影响

喷枪位置的调节不当。一方面是调节偏少，由于操作经验不足及职工情绪波动等原因导致了配管作业人员对喷枪的疏于调节。另一方面是调节不当，没有具体研究大高炉的实际情况，而是根据通常及习惯的思维将喷枪调至中心位置，这看似正确的调节实际上造成了煤粉更易磨损风口。由于大高炉风口较长而目前的风速又偏低，喷枪位置的略浅更有利于保护风口。

3 对策

针对涟钢2200m³高炉风口磨损频繁的状况，许多人认为只要把直吹管里的喷枪位置调好了就能解决问题，而且把问题的根本定格在高炉配管这个岗位上，这仅仅是问题的一个方面。涟钢2200m³高炉风口的磨损是一个系统性的问题，不是简单地靠解决摸一个局部的问题就能大功告成。这需要冷静的思考，并建立起一个全局的、系统的、长远的观念，必须多管齐下。

（1）对高炉送风装置要进行全过程的严格监控。首先，要把握好各风口送风装置实际需要的风管长度与相关尺寸，量体裁衣。其次，送风装置在制作过程中，要比照风口尺寸设计特定的模具以确保喷枪的准确定位，对制作过程要派人进行严密的全过程监制，必须确保喷枪在风口内能够处于合适的位置。最后，在安装过程中，要特别注意风口与弯头的偏向。对弯头与直吹管要焊制永久性编号，建立相应的档案，对其使用与维护过程进行全程跟踪。

（2）利用休风机会对风口布局进行调整。一方面要尽可能地消除高炉风口的风量偏析，确保各风口实际风速的均匀；另一方面要确保高炉的标准风速达到230m/s以上。风口安装时对其周向位置要进行准确定位，严禁随意装配。

（3）针对喷枪位置不好的风口，将喷强前段适度弯曲，或在前端斜焊较小口径的不锈钢管，以能通过喷枪套管为限，尽可能地改善喷吹角度与方向，并先后试用了陶瓷喷枪、陶瓷弯煤枪等。

（4）对高炉风口进行了以下改进：①将内前端焊缝移位，使焊缝避开煤粉流的直接冲击。②要求厂家将风口焊好后，将风口整体加热至一定温度（800℃左右），并将风口前半部分骤冷，以消除焊接应力及焊接造成的强度不均。③风口内壁铸造厚度改为前端厚后端薄的形式，前端厚度由15mm加厚至18-20mm，以适应风口前端易被煤粉磨蚀的状况。④在风口内壁家装保护内套，最先试用了浇注的保护内套，后又相继试验了几种定形的保护套，在取得一些成功经验的基础上正在逐步推广使用。

（5）对引进的新喷煤系统进行了大胆改进，自行研究与开发出了喷枪堵塞自动监控系统，系统自动周期性对喷枪进行吹扫，而无法吹通的喷枪高炉作业人员足不出户就能够及时准确掌握到堵塞的状况与枪号。同时，在喷煤车间的下粉管上加装了煤粉筛，尽可能地减少不能喷煤的风口及因喷枪大面积堵塞后对喷煤风口的急剧磨损。

（6）加强对操作人员的培训，改变一些习惯性的操作思路，并建立有效的激励与考核机制。对喷煤枪维护与风口磨损可以实施分片包干、责任到人的办法，并实行尾数淘汰机制。当炉温向热时，可以停一段时间的煤，再按较大的煤量进行喷吹，强化了工长对炉温的控制，尽可能地避免需要大幅度降低风量来调节炉温的情况，当风量<3500m³/min时，坚决地停煤。

4 效果

涟钢2200m³高炉风口损坏情况见表3。

表3 涟钢2200m³高炉风口更换情况

从表3可以看出，自2003年12月29日高炉开始喷煤后，由于当初的送风装置及临时喷吹系统的缺陷，高炉风口磨损频繁。至3月底送风装置基本改装完毕，经过一段时间的摸索，喷枪调节亦逐步取得经验，风口结构亦不断改进，在多种努力下风口寿命逐月提高。更换风口的平均使用寿命最初2个月分别为12.8天和27.8天，而到2004年6月和7月分别提高到了76.6天、80.8天。而随着风口保护套的推广和使用，风口平均使用寿命有望大幅提高。