白國成1，朱建秋1，王東1，劉東東2，閆曉影2，牛建平2
( 1． 河鋼承鋼釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北承德067000; 2． 河北萬豐冶金備件有限公司，河北張家口076250)
摘要:闡述了銅鋼一體風(fēng)口中套的特征和在釩鈦礦2 500m3 高爐的應(yīng)用，并在銅鋼一體風(fēng)口中套的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種可防止上翹的風(fēng)口中套，兩者的結(jié)合有效解決了風(fēng)口中套上翹的問題，減少了貴重金屬銅的用量，降低了高爐冷卻設(shè)備的投資費用。
關(guān)鍵詞:釩鈦礦；高爐； 銅鋼一體風(fēng)口中套；上翹
0 引言
高爐風(fēng)口由風(fēng)口大套、風(fēng)口中套和風(fēng)口小套組成，三者之間為錐面配合，依靠外力壓緊連接; 風(fēng)口小套與進風(fēng)直吹管間球面配合，以確保進風(fēng)系統(tǒng)各連接部位配合嚴密，從而滿足高爐生產(chǎn)要求。受高爐內(nèi)熱應(yīng)力作用、爐缸內(nèi)襯異常膨脹等影響，部分風(fēng)口中套前端發(fā)生上翹，當風(fēng)口小套隨風(fēng)口中套而上翹時，就會導(dǎo)致風(fēng)口小套與進風(fēng)直吹管之間出現(xiàn)縫隙而漏風(fēng)，影響高爐生產(chǎn)，帶來事故隱患［1，2］。
1 純銅、銅鋼一體風(fēng)口中套的特征及應(yīng)用
1． 1 純銅風(fēng)口中套
純銅風(fēng)口中套由本體和前帽兩部分，分別加工后焊接而成，材質(zhì)一般為鑄造紫銅或鑄造紫銅與壓延紫銅的焊接件，主要特征如下:
( 1) 鑄造紫銅在室溫時抗拉強度約為150 MPa，而290 ℃時為78 MPa，下降了50%［3］。當冷卻強度低，中套前端溫度升高時易變形、上翹。
( 2) 目前使用的純銅風(fēng)口中套受水流的影響，易在前腔產(chǎn)生氣膜，降低冷卻強度，且隨溫度升高而變形。純銅材質(zhì)的風(fēng)口中套價格相對昂貴，使用成本高。
1． 2 銅鋼一體風(fēng)口中套
銅鋼一體風(fēng)口中套由前端、本體、配合面銅冶金層、進出水口、貫流水通道隔板五部分組成，具體特征如下:
( 1) 本體和貫流水通道隔板采用特制耐熱鍋爐鋼鑄造而成，進出水口在鋼本體上，相對于傳統(tǒng)純銅風(fēng)口中套，提升了支撐部位的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
( 2) 獨特的多層折返式循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計。貫流水隔板由兩道軸向直通前端的進水通道隔板和5塊以上徑向6 層以上折板式循環(huán)水道隔板組成，使冷卻水直達中套前腔，后經(jīng)多層折返，既消除了水流死角，有效地控制循環(huán)水的流速和流向，提高熱交換效率; 也使得中套整體獲得密集的加強筋支撐，從而提高強度和抗變形能力。
( 3) 本體與大套間配有錐面堆焊銅冶金結(jié)合層，以保證與大套密配和定位，有效防止爐內(nèi)有害氣體外逸，抑制鉛二次入侵磚縫，從而防止爐內(nèi)砌磚上拱，達到制止風(fēng)口中套上翹的目的; 同時還克服了因大中套的銅和鐵配合易損傷大套內(nèi)配合面的問題。
( 4) 重量大于空腔式純銅風(fēng)口中套。銅鋼一體風(fēng)口中套見圖1。自2015 年4 月在4號高爐( 2 500 m3 ) 9 號風(fēng)口上引進了銅鋼一體中套后，使用至今。
2 可防止上翹的風(fēng)口中套
2． 1 結(jié)構(gòu)組成
一種可防止上翹的風(fēng)口中套由風(fēng)口中套本體、前帽、隔板和位于中套后部端面的3 個墊塊構(gòu)成。風(fēng)口中套本體為中空環(huán)狀體，本體后端面設(shè)有進水孔和出水孔，進水孔內(nèi)連接進水通道，出水孔內(nèi)連接回水室; 前帽和風(fēng)口中套本體之間設(shè)置有環(huán)狀隔板，前帽和環(huán)狀隔板之間為前帽環(huán)流室，裝配后進水孔、進水通道、前帽環(huán)流室、回水室和出水孔相配合形成風(fēng)口中套的水冷系統(tǒng)。
位于風(fēng)口中套后部端面的3 個墊塊，其中2 個在中套后部端面對稱分布，另外一個位于進水孔和出水孔之間。墊塊用來安放中套壓板的頂端，墊塊邊緣為曲尺型凸起結(jié)構(gòu)，3 個中套壓板頂端分別安放在墊塊的曲尺型凸起結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，3 個墊塊分別被其頂住形成一個受力面，以平衡風(fēng)口中套在高爐內(nèi)受到的向上的作用力。中套壓板為90° 折彎結(jié)構(gòu)，兩端長短不一，且短端內(nèi)有孔洞。風(fēng)口中套后端設(shè)有3 個中套固定栓，栓上設(shè)有楔子槽。中套壓板的短端孔洞分別套在中套固定栓上，3 個楔子分別打入中套固定栓的楔子槽中，以頂緊中套壓板，使其長端分別頂緊在墊塊的曲尺型機構(gòu)內(nèi)側(cè)。
風(fēng)口中套的主要制作工藝為: ( 1) 風(fēng)口中套本體和位于中套后端面的3 個墊塊為純銅一體鑄造而成;( 2) 前帽為純銅擠壓鑄造而成; ( 3) 隔板為鋼質(zhì); ( 4)對風(fēng)口中套本體和前帽結(jié)合面進行機加工，將隔板套在風(fēng)口中套本體前端，再將風(fēng)口中套本體、隔板和前帽焊接成一體。下面結(jié)合圖2 ～6 進一步說明。
圖2 ～ 6 中各數(shù)字分別代表如下: 1 － 風(fēng)口大套;2 － 風(fēng)口大套鐵框; 3 － 蛇形管; 4 － 風(fēng)口中套; 5 － 風(fēng)口小套; 6 － 中套水管; 7 － 小套水管; 8 － 中套固定栓; 9 － 楔子; 10 － 中套壓板; 11 － 螺栓; 12 － 螺母; 13－ 墊圈; 14 － 冷卻壁; 15 － 爐殼; 16 － 填料; 17 － 墊塊; 18 － 大套水管; 19 － 風(fēng)口中套本體; 20 － 前帽; 21－ 隔板; 22 － 進水通道; 23 － 前帽環(huán)流室; 24 － 中套進水孔; 25 － 中套出水孔; 26 － 中套回水室。
2． 2 在釩鈦礦高爐的應(yīng)用
2015 年8 月和9 月，利用3 號2 500m3 高爐停爐更換風(fēng)口中套的機會，在其上共安裝了26 個可防止上翹的風(fēng)口中套?，F(xiàn)場實物照片如圖7 所示。
風(fēng)口中套防止上翹原理為: 風(fēng)口中套本體和位于中套后端面的3 個墊塊為純銅一體鑄造而成，墊塊用來安放中套壓板的頂端，墊塊邊緣為曲尺型凸起結(jié)構(gòu)，3個中套壓板頂端分別安放在墊塊的曲尺型凸起結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，將墊塊頂住使其形成一個受力面，該受力平衡了中套在高爐內(nèi)受到的向上的作用力，從而可防止風(fēng)口中套上翹。實際應(yīng)用效果顯示，3#高爐使用至今，風(fēng)口中套再未出現(xiàn)上翹的問題。
3 結(jié)論
( 1) 河鋼承鋼首次引進了銅鋼一體風(fēng)口中套，從目前使用情況看，在釩鈦礦2 500 m3 高爐的使用效果良好，可有效防止風(fēng)口中套上翹，并完全取代純銅風(fēng)口中套。
( 2) 在銅鋼一體風(fēng)口中套的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種可防止上翹的風(fēng)口中套，中套后端面有3 個呈圓周分布的墊塊，其與3 個中套壓板能緊密互頂，中套形狀有利，雙重力作用于風(fēng)口中套，可以更好地穩(wěn)定中套形狀，防止風(fēng)口中套上翹。
( 3) 使用銅鋼一體風(fēng)口中套可減少貴金屬銅的使用量，替之用鋼，對資源合理利用和穩(wěn)定高爐生產(chǎn)十分有利，具有廣泛地推廣意義。
參考文獻
［1］楊博，陳黨杰，李海東，等． 承鋼4#高爐風(fēng)口上翹的原因與治理［J］． 河北冶金，2015，( 9) : 35 ～ 39．
［2］ 李曉梅，孟德禮． 減少高爐風(fēng)口小套破損實踐［J］． 河北冶金，2014，( 4) : 30 ～ 32．
［3］ 周傳典． 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2002: 280．