白国成¹，朱建秋¹，王东¹，刘东东²，闫晓影²，牛建平²

( 1． 河钢承钢钒钛工程技术研究中心，河北承德067000; 2． 河北万丰冶金备件有限公司，河北张家口076250)

摘要:阐述了铜钢一体风口中套的特征和在钒钛矿2 500m³ 高炉的应用，并在铜钢一体风口中套的基础上，研发了一种可防止上翘的风口中套，两者的结合有效解决了风口中套上翘的问题，减少了贵重金属铜的用量，降低了高炉冷却设备的投资费用。

关键词:钒钛矿；高炉； 铜钢一体风口中套；上翘

0 引言

高炉风口由风口大套、风口中套和风口小套组成，三者之间为锥面配合，依靠外力压紧连接; 风口小套与进风直吹管间球面配合，以确保进风系统各连接部位配合严密，从而满足高炉生产要求。受高炉内热应力作用、炉缸内衬异常膨胀等影响，部分风口中套前端发生上翘，当风口小套随风口中套而上翘时，就会导致风口小套与进风直吹管之间出现缝隙而漏风，影响高炉生产，带来事故隐患^［1，2］。

1 纯铜、铜钢一体风口中套的特征及应用

1． 1 纯铜风口中套

纯铜风口中套由本体和前帽两部分，分别加工后焊接而成，材质一般为铸造紫铜或铸造紫铜与压延紫铜的焊接件，主要特征如下:

( 1) 铸造紫铜在室温时抗拉强度约为150 MPa，而290 ℃时为78 MPa，下降了50%^［3］。当冷却强度低，中套前端温度升高时易变形、上翘。

( 2) 目前使用的纯铜风口中套受水流的影响，易在前腔产生气膜，降低冷却强度，且随温度升高而变形。纯铜材质的风口中套价格相对昂贵，使用成本高。

1． 2 铜钢一体风口中套

铜钢一体风口中套由前端、本体、配合面铜冶金层、进出水口、贯流水通道隔板五部分组成，具体特征如下:

( 1) 本体和贯流水通道隔板采用特制耐热锅炉钢铸造而成，进出水口在钢本体上，相对于传统纯铜风口中套，提升了支撑部位的结构稳定性和热稳定性。

( 2) 独特的多层折返式循环冷却系统设计。贯流水隔板由两道轴向直通前端的进水通道隔板和5块以上径向6 层以上折板式循环水道隔板组成，使冷却水直达中套前腔，后经多层折返，既消除了水流死角，有效地控制循环水的流速和流向，提高热交换效率; 也使得中套整体获得密集的加强筋支撑，从而提高强度和抗变形能力。

( 3) 本体与大套间配有锥面堆焊铜冶金结合层，以保证与大套密配和定位，有效防止炉内有害气体外逸，抑制铅二次入侵砖缝，从而防止炉内砌砖上拱，达到制止风口中套上翘的目的; 同时还克服了因大中套的铜和铁配合易损伤大套内配合面的问题。

( 4) 重量大于空腔式纯铜风口中套。铜钢一体风口中套见图1。自2015 年4 月在4号高炉( 2 500 m³ ) 9 号风口上引进了铜钢一体中套后，使用至今。

2 可防止上翘的风口中套

2． 1 结构组成

一种可防止上翘的风口中套由风口中套本体、前帽、隔板和位于中套后部端面的3 个垫块构成。风口中套本体为中空环状体，本体后端面设有进水孔和出水孔，进水孔内连接进水通道，出水孔内连接回水室; 前帽和风口中套本体之间设置有环状隔板，前帽和环状隔板之间为前帽环流室，装配后进水孔、进水通道、前帽环流室、回水室和出水孔相配合形成风口中套的水冷系统。

位于风口中套后部端面的3 个垫块，其中2 个在中套后部端面对称分布，另外一个位于进水孔和出水孔之间。垫块用来安放中套压板的顶端，垫块边缘为曲尺型凸起结构，3 个中套压板顶端分别安放在垫块的曲尺型凸起结构内侧，3 个垫块分别被其顶住形成一个受力面，以平衡风口中套在高炉内受到的向上的作用力。中套压板为90° 折弯结构，两端长短不一，且短端内有孔洞。风口中套后端设有3 个中套固定栓，栓上设有楔子槽。中套压板的短端孔洞分别套在中套固定栓上，3 个楔子分别打入中套固定栓的楔子槽中，以顶紧中套压板，使其长端分别顶紧在垫块的曲尺型机构内侧。

风口中套的主要制作工艺为: ( 1) 风口中套本体和位于中套后端面的3 个垫块为纯铜一体铸造而成;( 2) 前帽为纯铜挤压铸造而成; ( 3) 隔板为钢质; ( 4)对风口中套本体和前帽结合面进行机加工，将隔板套在风口中套本体前端，再将风口中套本体、隔板和前帽焊接成一体。下面结合图2 ～6 进一步说明。

图2 ～ 6 中各数字分别代表如下: 1 － 风口大套;2 － 风口大套铁框; 3 － 蛇形管; 4 － 风口中套; 5 － 风口小套; 6 － 中套水管; 7 － 小套水管; 8 － 中套固定栓; 9 － 楔子; 10 － 中套压板; 11 － 螺栓; 12 － 螺母; 13－ 垫圈; 14 － 冷却壁; 15 － 炉壳; 16 － 填料; 17 － 垫块; 18 － 大套水管; 19 － 风口中套本体; 20 － 前帽; 21－ 隔板; 22 － 进水通道; 23 － 前帽环流室; 24 － 中套进水孔; 25 － 中套出水孔; 26 － 中套回水室。

2． 2 在钒钛矿高炉的应用

2015 年8 月和9 月，利用3 号2 500m³ 高炉停炉更换风口中套的机会，在其上共安装了26 个可防止上翘的风口中套。现场实物照片如图7 所示。

风口中套防止上翘原理为: 风口中套本体和位于中套后端面的3 个垫块为纯铜一体铸造而成，垫块用来安放中套压板的顶端，垫块边缘为曲尺型凸起结构，3个中套压板顶端分别安放在垫块的曲尺型凸起结构内侧，将垫块顶住使其形成一个受力面，该受力平衡了中套在高炉内受到的向上的作用力，从而可防止风口中套上翘。实际应用效果显示，3#高炉使用至今，风口中套再未出现上翘的问题。

3 结论

( 1) 河钢承钢首次引进了铜钢一体风口中套，从目前使用情况看，在钒钛矿2 500 m³ 高炉的使用效果良好，可有效防止风口中套上翘，并完全取代纯铜风口中套。

( 2) 在铜钢一体风口中套的基础上，研发了一种可防止上翘的风口中套，中套后端面有3 个呈圆周分布的垫块，其与3 个中套压板能紧密互顶，中套形状有利，双重力作用于风口中套，可以更好地稳定中套形状，防止风口中套上翘。

( 3) 使用铜钢一体风口中套可减少贵金属铜的使用量，替之用钢，对资源合理利用和稳定高炉生产十分有利，具有广泛地推广意义。

参考文献

［1］杨博，陈党杰，李海东，等． 承钢4#高炉风口上翘的原因与治理［J］． 河北冶金，2015，( 9) : 35 ～ 39．

［2］ 李晓梅，孟德礼． 减少高炉风口小套破损实践［J］． 河北冶金，2014，( 4) : 30 ～ 32．

［3］ 周传典． 高炉炼铁生产技术手册［M］． 北京: 冶金工业出版社，2002: 280．