高炉直吹管结构改造优化实践

高炉直吹管结构改造优化实践

山东泰山钢铁集团有限公司

孙其德  韩传宝  周广居

摘要  直吹管是高炉送风系统中的薄弱环节，高炉运行中普遍存在着外表温度高、漏风、发红、烧穿、使用寿命短等问题，严重影响着着高炉正常生产。泰钢两座高炉直吹管结构经过改造优化，运行质量有了较大改善，使用效果明显提高，更换数量从2014年的106件降低到2017年的31件，单件使用寿命由之前的最长11个月提高到26个月以上，寿命增加2.4倍以上，为高炉生产提供了安全保障。

关键词：高炉  直吹管  温度  发红  烧穿  寿命

1 前言

直吹管是高炉送风系统中的薄弱环节，各高炉普遍存在着外表温度高、漏风、发红、烧穿、使用寿命短等问题。现场通常临时采取压缩风冷却、循环水冷却等措施来处理轻微的温度高、发红、漏风问题，等待休风机会予以处理。面对突然出现的严重发红、漏风及烧穿问题，高炉则采取紧急休风措施来处理。

泰钢1^#、2^#两座高炉设计容积为1780m³，设有26个风口，2个出铁口，分别于2011年11月28日和2012年3月20日开炉。开炉初期至2014年10月之间，直吹管的运行温度在260--330℃左右，无明显发红、漏风问题，最长在线运行时间在17个月以上，能满足高炉生产要求。随着高炉冶炼强度的进一步提高，与高炉同步设计加工的直吹管已不能满足高炉送风要求，原直吹管设计与高炉工况的变化存在不适应问题，以致直吹管前端钢头至枪道部位温度高、发红、甚至烧穿问题逐渐暴露出来。2014年1月至10月因直吹管原因更换67件，占总数的63.21%，其中，直吹管前端烧穿4件，由此更换下线48件，发红下线5件，温度高下线10件，在线直吹管运行质量不稳定，给高炉安全运行带来较大隐患，严重制约着高炉各项经济技术指标的提高。（见表1）

2 直吹管结构改造优化

为解决这一问题，在供销公司协调下，炼铁部对行业内进行了比较，以氧量6500-8000m³/h、风量3300 m³/min、风压370Kpa等工况条件为参照，根据高炉实际工况对直吹管结构进行设计、改造，达到“正常安装不跑风，长时间休风冷、热态互转不造成风口跑风。喷枪不刻意加工即可以喷至风口正中心，且喷出的煤粉不刷风口小套。”的修复标准。针对直吹管结构的改造、优化，先后设计出了四种改造方案，并予以实施。

方案1：枪道夹角由11°改造为10°，枪包在原基础上宽度增加20mm，厚度增加15mm，内衬骨料以亚白刚玉为主，提高内衬强度及耐火度，其它无改变。该方案由厂家设计并实施。2014年9月10日，1#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在2#、17#、18#、19#、21#风口。运行中温度变化较大，最高达到364℃左右且呈升高趋势，与生产要求有一定差距。（见表2-3）

表2   2014年10月15日测温结果

表3  2014年11月15日测温结果

方案2：枪道夹角由11°改造为10°、枪包在原基础上宽度增加15mm、厚度增加10mm，为避开前端耐材壁薄易出问题的不利条件，枪包切口位置后延100mm，内衬采用优级浇注料，其它未做改变。2014年10月14日，2#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在4#、5#、13#、14#、26#风口。运行中温度变化较大，最高温度达到317度左右， 与生产要求也存有一定的差距。（见表4-5）

表4   2014年11月15日测温结果

表5   2014年11月28日测温结果

方案3：枪道夹角由11°改造为10°，枪管内径由48mm改为32mm，以降低煤枪震颤对前端内衬的破坏；出风口内径由140mm改为130mm，内衬采用优级耐材浇注，直吹管钢头向后350mm部位直径增加15mm，耐材厚度增加8mm，其它无改变。该方案实施后。2014年10月18日，2#高炉利用休风机会将1件试用直吹管更换在20#风口，11月11日1#高炉利用休风机会将4件试用直吹管更换在5#、11#、16#、23#风口。运行中温度变化大，最高达到354℃。（见表6-7）

表6   2014年11月15日测温结果

表7  2014年11月28日测温结果

方案4：枪道夹角由11°改造为10°，枪管内径由48mm改为40mm，枪包宽度增加10mm、厚度增加10mm、枪包开口位置前延100mm，使出口切面与钢头内愣靠近，使该部位的内衬厚度达到最大化。出风口内径由140mm改为130mm，缩小10mm。钢头长度增加7mm，后端直径增加12mm，耐材厚度增加11mm。钢头向后580mm距离内部焊接不锈钢保护层，内衬分段浇注，前端580mm用刚玉质骨料浇注、后端用优级耐火材料浇注。该方案实施后。2014年10月14日、18日，2#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在2#、12#、19#、8#、21#风口。运行中温度最低221度，最高250度，温度无明显变化。枪管内径变小，降低了煤枪震颤对前端耐材的影响，保持了枪道前端温度的稳定；枪道夹角变小、枪包前移，使煤枪更深入的插入风口小套中心部位，避免了刷套、刷直吹管现象。能满足生产要求。（见表8）

表8  2014年11月15日测温结果

通过对以上四种直吹管在线运行情况进行比较和鉴别，按照方案3改造维修的直吹管，以其结构设计合理、尺寸准确、耐材性能良好、安装方便、运行稳定的特点，比较适合炼铁部高炉工况条件，具有较好的推广应用价值。因此按照方案3开始有计划、分批次的进行改造维修。到2014年11月24日，2#高炉在线26件直吹管完成了结构优化改造；到2014年12月24日，1#高炉在线26件直吹管完成了结构改造优化，至此，两座高炉在线直吹管全部换为新维修件。

结构经过改造优化的直吹管，运行稳定，无漏风、无发红现象，温度保持在280℃以下，从根本上解决了发红、温度高等问题。为进一步观察直吹管运行状况，2016年10月31日，利用1#高炉计划休风机会，对26件直吹管内衬工作情况进行观察，普遍无明显冲刷、烧失减薄、裂纹现象，表面光洁，整体完好，能够达到继续运行条件。（见表9）

表9    2016年12月25日测温结果

直吹管改造前结构图：

4  结语

    缩小枪道夹角，前移枪道出口，利于煤枪更深的插入风口小套中心部位，并能有效减小风阻对枪道出口部位的破坏；加长钢头长度，增大钢头球面，增大与风口小套接触面积，提高冷却效果，降低前端温度；增大枪包体积，增加耐材厚度，延长耐材寿命；缩小枪道内径，降低煤枪震颤对耐材的破坏；分段浇注，并采用优级耐材，在增加耐材内衬强度的同时，提高其耐急冷急热性能，保持耐材结构完整；增加不锈钢保护层，降低导热效果，减缓热胀冷缩对前端薄弱内衬造成的破损，延长了使用时间。结构改造优化的直吹管，满足了当前工况条件下的高炉生产要求。