高爐直吹管結構改造優化實踐

孫其德  韓傳寶  周廣居

（山東泰山鋼鐵集團有限公司）

摘  要：直吹管是高爐送風系統中的薄弱環節，高爐運行中普遍存在著外表溫度高、漏風、發紅、燒穿、使用壽命短等問題，嚴重影響著著高爐正常生產。泰鋼兩座高爐直吹管結構經過改造優化，運行質量有了較大改善，使用效果明顯提高，更換數量從2014年的106件降低到2017年的31件，單件使用壽命由之前的最長11個月提高到26個月以上，壽命增加2.4倍以上，為高爐生產提供了安全保障。

關鍵詞：高爐；直吹管；溫度；發紅；燒穿；壽命

1 前言

直吹管是高爐送風系統中的薄弱環節，各高爐普遍存在著外表溫度高、漏風、發紅、燒穿、使用壽命短等問題。現場通常臨時采取壓縮風冷卻、循環水冷卻等措施來處理輕微的溫度高、發紅、漏風問題，等待休風機會予以處理。面對突然出現的嚴重發紅、漏風及燒穿問題，高爐則采取緊急休風措施來處理。

泰鋼1#、2#兩座高爐設計容積為1780m3，設有26個風口，2個出鐵口，分別于2011年11月28日和2012年3月20日開爐。開爐初期至2014年10月之間，直吹管的運行溫度在260--330℃左右，無明顯發紅、漏風問題，最長在線運行時間在17個月以上，能滿足高爐生產要求。隨著高爐冶煉強度的進一步提高，與高爐同步設計加工的直吹管已不能滿足高爐送風要求，原直吹管設計與高爐工況的變化存在不適應問題，以致直吹管前端鋼頭至槍道部位溫度高、發紅、甚至燒穿問題逐漸暴露出來。2014年1月至10月因直吹管原因更換67件，占總數的63.21%，其中，直吹管前端燒穿4件，由此更換下線48件，發紅下線5件，溫度高下線10件，在線直吹管運行質量不穩定，給高爐安全運行帶來較大隱患，嚴重制約著高爐各項經濟技術指標的提高。（見表1）

2 直吹管結構改造優化

為解決這一問題，在供銷公司協調下，煉鐵部對行業內進行了比較，以氧量6500-8000m3/h、風量3300 m3/min、風壓370Kpa等工況條件為參照，根據高爐實際工況對直吹管結構進行設計、改造，達到“正常安裝不跑風，長時間休風冷、熱態互轉不造成風口跑風。噴槍不刻意加工即可以噴至風口正中心，且噴出的煤粉不刷風口小套。”的修復標準。針對直吹管結構的改造、優化，先后設計出了四種改造方案，并予以實施。

方案1：槍道夾角由11°改造為10°，槍包在原基礎上寬度增加20mm，厚度增加15mm，內襯骨料以亞白剛玉為主，提高內襯強度及耐火度，其它無改變。該方案由廠家設計并實施。2014年9月10日，1#高爐利用休風機會將試用的5件直吹管更換在2#、17#、18#、19#、21#風口。運行中溫度變化較大，最高達到364℃左右且呈升高趨勢，與生產要求有一定差距。（見表2-3）

表2   2014年10月15日測溫結果

表3  2014年11月15日測溫結果

方案2：槍道夾角由11°改造為10°、槍包在原基礎上寬度增加15mm、厚度增加10mm，為避開前端耐材壁薄易出問題的不利條件，槍包切口位置后延100mm，內襯采用優級澆注料，其它未做改變。2014年10月14日，2#高爐利用休風機會將試用的5件直吹管更換在4#、5#、13#、14#、26#風口。運行中溫度變化較大，最高溫度達到317度左右， 與生產要求也存有一定的差距。（見表4-5）

表4  2014年11月15日測溫結果

表5   2014年11月28日測溫結果

方案3：槍道夾角由11°改造為10°，槍管內徑由48mm改為32mm，以降低煤槍震顫對前端內襯的破壞；出風口內徑由140mm改為130mm，內襯采用優級耐材澆注，直吹管鋼頭向后350mm部位直徑增加15mm，耐材厚度增加8mm，其它無改變。該方案實施后。2014年10月18日，2#高爐利用休風機會將1件試用直吹管更換在20#風口，11月11日1#高爐利用休風機會將4件試用直吹管更換在5#、11#、16#、23#風口。運行中溫度變化大，最高達到354℃。（見表6-7）

表6  2014年11月15日測溫結果

表7  2014年11月28日測溫結果

方案4：槍道夾角由11°改造為10°，槍管內徑由48mm改為40mm，槍包寬度增加10mm、厚度增加10mm、槍包開口位置前延100mm，使出口切面與鋼頭內愣靠近，使該部位的內襯厚度達到最大化。出風口內徑由140mm改為130mm，縮小10mm。鋼頭長度增加7mm，后端直徑增加12mm，耐材厚度增加11mm。鋼頭向后580mm距離內部焊接不銹鋼保護層，內襯分段澆注，前端580mm用剛玉質骨料澆注、后端用優級耐火材料澆注。該方案實施后。2014年10月14日、18日，2#高爐利用休風機會將試用的5件直吹管更換在2#、12#、19#、8#、21#風口。運行中溫度最低221度，最高250度，溫度無明顯變化。槍管內徑變小，降低了煤槍震顫對前端耐材的影響，保持了槍道前端溫度的穩定；槍道夾角變小、槍包前移，使煤槍更深入的插入風口小套中心部位，避免了刷套、刷直吹管現象。能滿足生產要求。（見表8）

表8  2014年11月15日測溫結果

通過對以上四種直吹管在線運行情況進行比較和鑒別，按照方案3改造維修的直吹管，以其結構設計合理、尺寸準確、耐材性能良好、安裝方便、運行穩定的特點，比較適合煉鐵部高爐工況條件，具有較好的推廣應用價值。因此按照方案3開始有計劃、分批次的進行改造維修。到2014年11月24日，2#高爐在線26件直吹管完成了結構優化改造；到2014年12月24日，1#高爐在線26件直吹管完成了結構改造優化，至此，兩座高爐在線直吹管全部換為新維修件。

結構經過改造優化的直吹管，運行穩定，無漏風、無發紅現象，溫度保持在280℃以下，從根本上解決了發紅、溫度高等問題。為進一步觀察直吹管運行狀況，2016年10月31日，利用1#高爐計劃休風機會，對26件直吹管內襯工作情況進行觀察，普遍無明顯沖刷、燒失減薄、裂紋現象，表面光潔，整體完好，能夠達到繼續運行條件。（見表9）

表9    2016年12月25日測溫結果

3 結語

    縮小槍道夾角，前移槍道出口，利于煤槍更深的插入風口小套中心部位，并能有效減小風阻對槍道出口部位的破壞；加長鋼頭長度，增大鋼頭球面，增大與風口小套接觸面積，提高冷卻效果，降低前端溫度；增大槍包體積，增加耐材厚度，延長耐材壽命；縮小槍道內徑，降低煤槍震顫對耐材的破壞；分段澆注，并采用優級耐材，在增加耐材內襯強度的同時，提高其耐急冷急熱性能，保持耐材結構完整；增加不銹鋼保護層，降低導熱效果，減緩熱脹冷縮對前端薄弱內襯造成的破損，延長了使用時間。結構改造優化的直吹管，滿足了當前工況條件下的高爐生產要求。