新型復合式高爐風口的研制

萬旭偉，盧獻忠，楊彥芳，鐘 毅，范曉明

（1.武漢鋼鐵重工集團有限公司,湖北武漢 430083；2.武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北武漢 430080；3.武漢理工大學，湖北武漢 430070）

1 問題的提出

高爐送風風口是高爐冶煉生鐵生產中的一個關鍵備件。其工作環境嚴峻，屬于連續工作而且無法在使用中檢修更換，一旦破損，將給生鐵產量、質量和焦比等帶來不利的影響。如果風口壽命低，不僅備件費用增加，焦耗增加，而且高爐休風率增加，經濟損失很大。因此，風口破損以及風口壽命一直是煉鐵界關注的一個重要課題，提高風口壽命對煉鐵企業和國民經濟具有重大的經濟效益[1]。

影響高爐風口壽命的因素很多，如風口結構、冷卻強度、制作質量等。一般認為,高爐風口破損的主要形式是熔損、龜裂和磨損[1～3]。整鑄銅風口是一種重要的高爐風口，但是，在生產使用中往往存在以下問題:①風口銅含量不高（97.5%～98.5%），熱導率不高；②整鑄銅風口易產生氣孔、夾渣、粘砂等缺陷，尤其是內腔易粘砂，導致風口傳熱差，頭部易燒壞；③整鑄銅風口壁厚尺寸精度不易控制，容易導致鑄造縮松等缺陷和使用中導熱不均導致龜裂等缺陷。鑒于整鑄銅風口的質量現狀，作者基于長期的工程實踐經驗，借鑒國內外先進的高爐風口制備技術，針對整鑄銅風口出現的問題，研發了一種新型復合式高爐風口。本文將簡要介紹其技術特點和生產應用情況，但愿對促進高爐風口壽命的提高有所裨益。

2 新型復合式高爐風口的主要特點及技術要求

2.1 主要特點

（1）整體結構優化。新型銅風口為復合式結構，采用鑄造本體和熱擠壓帽頭（含鋼制導流器）組裝焊接加工而成。結構優化前后的風口示意圖見圖1。

圖1 結構優化前后的風口示意圖

新型風口的后端本體和前端帽頭實物照片分別如圖2和圖3所示。

圖2 后端本體鑄件

圖3 前端帽頭

（2）水道結構。復合式風口的前端帽頭采用貫流式螺旋封閉水道（見圖4），使其內部水流通道結構更加科學合理，尺寸嚴格控制在設計公差范圍內，確保流量、壓力、壓損等參數滿足技術要求，可大大提高冷卻效果與使用壽命。而貫流式風口和類似的高壓水冷銅管螺旋風口由于冷卻強度大，很少被燒壞，主要破損形式是磨損和開裂，對這類風口的研究重點在防止磨損方面和提高風口制造質量上。因此，為了提高風口表面耐磨性，作者曾采用表面合金共滲處理，但由于共滲層較薄，其使用效果不太明顯。目前，通過課題組技術攻關，成功采用自動堆焊耐磨合金，其堆焊層可達到5 mm以上，大大提高了其表面耐磨性。

圖4 風口水道結構剖面圖

2.2 技術要求

新型復合式風口的主要技術指標如下:

化學成分：帽頭成分要求w(Cu)≥99.95%；本體w(Cu)≥98.5%。

導熱率：室溫時 λ≥375 W/m·K；100℃時 λ≥360 W/m·K；200℃時 λ≥350 W/m·K；300℃時 λ≥350 W/m·K；400℃時λ≥340 W/m·K。

風口壓力試驗：壓損試驗，在水流量35 m3/h和進水壓力1.6 MPa條件下，進出口水壓力差允許范圍為 0.45～0.65 MPa；耐壓試驗，同時加壓 2.0 MPa,密閉保壓30 min,無滲漏、無冒汗為合格。

3 復合式高爐風口的制備過程及質量控制

經過攻關試制，新型高爐風口的主要生產流程如圖5所示。

（1）風口后端本體鑄造

圖5 新型高爐風口的生產流程圖

采用金屬冷型鑄造工藝制備風口本體。銅液的熔煉設備為中頻感應電爐，配合真空處理室的真空除氣處理，有效地控制銅液的氧化、夾雜和氣體含量，提高銅液的純凈度，確保了風口的致密度和導熱性能。由于風口采用了復合型結構，有效地簡化了本體制造工藝。

（2）前端帽頭成型

采用熱擠壓成型，其金相組織相比沖壓成型、鍛壓成型和鑄造成型更加細密、均勻，導熱率、抗拉強度、延伸率等綜合機械性能更高。各種工藝成型帽頭的性能詳見表1。

表1 各種工藝成型帽頭的性能

（3）風口焊接組合

風口焊接采用惰性氣體保護自動焊接工藝。焊接設備采用芬蘭進口的KB500型自動送絲氬弧焊機和一套半自動焊接設備，有效解決了焊接設備和焊接性能不高的問題；同時還采用一臺130 KW電加熱爐，解決了煤氣加熱溫度不均、不夠和氧化嚴重的問題。

通過逐步完善焊接工藝，對焊接V型坡口尺寸、焊接速度、溫度、電壓、電流、轉速、氬氣流量及焊接前的組裝等相關參數進行明確的工藝界定與要求。通過不斷生產實踐，焊接質量穩步提高，目前焊接合格率達到98%左右。

（4）風口加工特點

針對風口多維加工的特點，通過設計并定制一臺風口加工專用機床，集配合面加工、球面加工和進出水孔加工為一體，充分提高風口尺寸加工精度，確保風口機械加工一次成型，同時也大大提高了風口加工效率。

按上述工藝制備的成品風口如圖6所示。

圖6 新型復合風口成品

（5）產品質量控制

首先對鑄造的風口本體毛坯打壓測試，對于滿足要求的坯件進行熱擠壓帽頭的焊接，焊接后的坯件再進行打壓測試，最后對成品風口按技術要求進行水壓試驗檢測。

4 新產品試用結果

采用新結構、新工藝制備的新型高爐風口的機械性能更優，抗燒損、耐磨損能力強，已陸續安裝在武鋼各類高爐上使用，上爐使用9個月以上未出現質量缺陷，效果良好。目前使用狀況明顯優于整鑄結構型式的風口。使用結果表明，新型復合式高爐風口工藝基本成熟，可以批量使用。

[1]張鳳起,蔣漢華，韓玲.我國高爐風口破損狀況的調查及改進意見[J].煉鐵,1993(1):38-40.

[2]金國范.高爐風口表面處理的發展[J].世界鋼鐵,1993(1):21-25.

[3]丁玉龍,楊天鈞，劉淇，等.高爐風口破損數據分析及損壞機理的研究[J].煉鐵,1994(1):6-10.