宋燕民① 路見偉 陳 泉
(安陽鋼鐵股份有限公司 河南安陽 455004)
摘 要：煉鐵高爐在爐役中后期，由于風口中套上翹，風口角度發生變化后對爐缸和噴煤都有一定影響，且風口大套密封面被擠壓變形，致使風口中套與大套密封失效，高爐煤氣外泄，影響高爐安全生產，為此研制出一種利用高爐大中修時在線修復風口大套新技術，并在安鋼兩座高爐大修時使用，取得良好效果。
關鍵詞：高爐；風口大套；變形；在線修復
1 前言
煉鐵高爐在爐役中后期生產過程中，風口組合磚由于長期受 K、Na、Zn、Pb 等有害元素侵蝕破壞作用，使風口組合磚上漲，不斷擠壓風口大套和中套下部，造成風口中套不同程度上翹［1］，風口進風角度發生變化后對爐缸和噴煤都有一定影響; 風口大套密封面被擠壓變形，致使風口中套與大套密封失效，高爐煤氣外泄，影響高爐安全生產。
高爐風口大套大部分設計為與爐殼焊接結構，更換難度較大，為此研制出一種利用高爐大中修時在線修復風口大套新技術，并在安鋼兩座高爐大修時使用，取得良好效果。
2 進風系統
高爐進風系統如圖 1 所示，包括風口大套、風口中套、風口小套、直吹管、補償器和鵝徑管; 風口大套為鑄鋼件，無水冷，與高爐爐殼焊接固定一起; 風口中套為銅件水冷結構，與風口大套采用錐面密封，用 4 個頂絲定位; 風口小套為純銅件水冷結構，下斜 5°，與風口中套采用錐面密封，下沿用頂桿定位; 直吹管外殼為鋼結構，內部澆筑耐火材料，前端部球頭有水冷，煤槍從側面插入，與風口小套采用球面密封，與補償器采用法蘭連接，下部用拉桿拉緊保證與小套密封; 補償器外殼為鋼結構，兩組波紋管，內部澆筑耐火材料，波紋管處耐火材料為迷宮式結構，與鵝徑管采用法蘭連接; 鵝徑管外殼為鋼結構，內部澆筑耐火材料，與熱風圍管焊接在一起。熱風從熱風圍管經補償器、直吹管、風口小套進入爐內。
3 風口中套上翹對高爐生產的影響
1) 對爐缸的影響，風口中套上翹后改變了高爐進風角度［2］，熱風從風口進入爐內后不是按照原設計的向下斜 5°吹向爐缸中心，而是不同程度地向上發生了偏移，造成爐缸吹不透，嚴重的會導致爐缸堆積，尤其是爐缸邊緣不活，非常容易造成燒風口小套。
2) 對噴煤的影響，風口中套上翹后，小套的安裝角度也隨之發生變化，而直吹管的安裝位置及煤槍插入角度都是固定的，造成煤槍插不到風口小套中心，在當今高爐大煤比噴吹的情況下極易磨壞風口小套，有時通過調整煤槍的彎曲程度使煤槍出口接近風口中心，但稍有不慎煤槍可能會從中間磨漏，發現不及時將發生吹管燒的惡性事故; 甚至有些上翹嚴重的風口已無法進行噴煤，對高爐噴煤指標影響較大。
3) 煤氣泄漏，風口中套上翹后，中套與大套之間的相互擠壓，久而久之風口大套被擠壓變形，使大套和中套之間的密封失效，高爐煤氣泄漏，給高爐安全生產帶來隱患。
4 治理措施及在線修復工藝研制
高爐風口中套發生上翹后對爐內操作和爐外安全都是隱患，但生產過程中無法處理，只能在高爐檢修時更換風口中套來緩解一下上翹程度，從根本上解決不了問題，而且造成備件成本升高。由于風口大套密封面已變形，即便更換了風口中套，煤氣泄漏仍未解決，嚴重時整個風口平臺煤氣濃度均在 200ppm 以上，靠近風口區煤氣濃度更大，生產期間操作人員上風口平臺都必須佩戴防毒面具。為治理煤氣泄漏，采取了很多辦法進行封堵，但都收效甚微，只能靠軸流風機強制通風來降低煤氣濃度。
安鋼 2#高爐爐容 2800m3，有 30 個風口，除1#和 16#為法蘭連接外其它均為焊接結構，爐役后期風口中套不同程度上翹，大套密封面跑煤氣嚴重，高爐大修時決定徹底處理，但由于風口大套與爐殼焊接的特殊結構，如果更換就必須對爐殼進行切割和焊接，且風口帶爐殼比較特殊，焊接工藝復雜，不可控因素較多，若留下焊接缺陷將影響下一代爐役的生產，另因更換風口大套將占用大修主工期且時間較長，故決定采用在線修復的方法進行處理，高爐大修前夕，經與設計院和施工單位共同研究試驗，研制出一種可在線修復高爐風口大套的裝置，如圖 2 所示，動力箱 6 是利用車床的床頭箱改裝后做為動力源，主軸 2 由前支撐 1 和后支撐 5 固定，前后兩支撐均鑲銅套，前支撐 1 固定在風口大套前端面，后支撐 5 固定在風口大套外端內壁上，成型刀架 4 穿在主軸 2 上，配有滑鍵，可在主軸 2 上滑動，加工風口大套時用定位螺釘固定，成型刀架上安裝有進刀臺，進刀臺的安裝角度與風口大套密封面錐度一致，車銷進刀時保證密封面 1: 4 的錐度，動力箱 6 固定在底板 7 上，底板 7 為厚度 100mm 的鋼板。在線加工修復時動力箱 6 帶動主軸 2 旋轉，成型刀架 4 隨主軸 2一起轉動，手動進刀進行切銷。
5 風口大套在線修復實施
1) 高爐停爐大修時，爐內爐料殘渣鐵清理干凈，特別是風口大套前端的作業空間要滿足施工要求，需更換的冷卻壁全部拆除后，保證進入爐內的作業安全。
2) 拆除風口小套、風口中套、直吹管及相關附件，風口平臺清理干凈。
3) 數據測量，將風口大套密封面清理干凈，用內徑千分尺對大套密封面內徑進行測量，測出變形量，如表 1 是安鋼 2#高爐大修時實測的風口大套數據。
4) 鋪設底板，安裝時底板上平面要保證水平，根據風口大套的中心高和動力箱的外形尺寸，底板上面標高要留有動力箱調整的空間，底板作為動力箱的支撐平臺，固定要牢靠，避免加工過程中動力箱產生振動或位移，底板位置調整好后，底板下部支撐點受力均勻，底板前端與爐殼焊接連接 3～4 處，后端與風口平臺焊接加固，必須采用型鋼焊接的方式進行加固。
5) 前支撐安裝，前支撐的結構如圖 3 所示，大端直徑為 900mm，安裝前在風口大套前端面上以大套中心為圓點畫出 Φ900 的圓作為參考線，將前支撐吊到位，調整位置使前支撐大端外圓與風口大套前端面參考線重合，同時用水平儀測量內孔處于水平狀態，焊接固定。
6) 主軸用成型刀架安裝，主軸的安裝精度直接影響到風口大套的修復質量，主軸安裝調整分兩步進行［3］。
⑴粗略定位，先將成型刀架和后支撐安裝到主軸上，整體吊裝至風口大套內，成型刀架如圖 4 所示，對稱有四個支撐臂，支撐臂端部是經過加工外形與風口大套密封面尺寸一致，在兩個支撐臂之間安裝有進刀臺，安裝角度與風口大套密封錐面斜度一致，輪轂上設有滑鍵槽和定位螺釘。調整主軸和成型刀架使支撐臂插入風口大套密封面內，主軸前端插入前支撐銅套，主軸用水平儀測量保持水平，用鋼板尺測量主軸在風口大套外端圓周四個方向的尺寸，調整為一致，焊接固定后支撐。
⑵精確找正，首先用水平儀測量，通過微調前、后支撐將主軸調整水平; 再用百分表測量風口大套錐形密封面大端垂直方向尺寸，采用刀桿整體調整的辦法，將刀桿中心與風口大套中心在豎直方向調整一致，用同樣的方法在風口大套密封面小端將刀桿中心與風口大套中心水平方向調整一致; 之后結合之前的測量數據，采用借料加工的找正方式，用百分表測量，通過微調前后支撐和刀桿，使刀桿旋轉中心與風口大套中心重合，誤差需控制在 0． 05mm 以內。
7) 動力箱安裝，根據已找正的主軸，利用百分表、水平儀及角度尺，調整動力箱體位置，使動力箱卡盤回轉中心與刀桿中心重合，連接主軸并將動力箱固定在底板上。
8) 修復加工，將成型刀架后退，使四根支撐臂脫離風口大套密封面，緊固定位螺釘將成型刀架固定在主軸上，根據風口大套錐形密封面的變形量，選擇合適的刀具和切削用量，確保密封面加工后的精度和粗糙度，分多次車削修復，直至密封面 90% 以上被加工到且同一點軸向無貫通狀未加工痕跡，加工完成后拆除所有裝置，用砂紙手工打磨拋光密封面; 用內徑千分尺檢驗并用提前準備好的模具進行試裝，用塞尺檢查裝配間隙，達到大套與中套的密合面間用 0． 10mm 塞尺檢查，塞入深度不大于接觸長度的三分之一為合格。
9) 風口大套修復檢測結果，安鋼 2#高爐風口大套在線修復后經過用內經千分尺對錐形密封面實測，其不圓度均小于 0． 10mm，風口中套安裝后恢復了水平狀態，用 0． 10mm 塞規對密封面逐個檢測，插入深度均小于密封面接觸長度的三分之一，符合國家標準 GB50372－2006《煉鐵機械設備工程安裝驗收規范》中對風口大、中套安裝驗收標準要求。高爐投產后，檢查無煤氣泄漏，同時也解決了煤槍插不到風口中心的隱患，達到了預期效果，滿足了高爐生產工藝需求。
6 結束語
1) 此在線修復風口大套工藝只適合高爐大、中修或爐內料面降至風口以下且具備人員進入爐內作業的情況下才能進行。
2) 因風口大套密封面斜度為 1: 4，風口大套密封面直徑每增大 1mm，風口中套裝配時將多進入爐內 2mm，所以修復前實測風口大套變形量，如果加工量過大將造成大套與中套配合長度變小，此時要考慮調整風口中套裝配尺寸。
3) 效率較低，主要是主軸和成型刀架找正時間過長，一般安裝找正需要 15～18h，切削加工需要 6～8h，拆除需要 2h，修復一個大套約需要一天的時間，如果工期短且需修復數量較多時，考慮準備兩臺動力箱及 3～4 套主軸、成型刀架等配套部件，循環作業，可大大提高作業率。
4) 采用銅鋼一體型風口中套，用密封板將中套與大套焊接在一起，因銅鋼一體風口中套比全銅帶密封鋼圈的風口中套焊接性能要好，焊接強度提高，使中套和大套成為一體，大大增強了風口大套的抗變形能力［4］。
參考文獻
［1］謝建民等．高爐風口套的損壞形式及原因分析［J］．中國材料科技與設備，2007( 2) : 95－97．
［2］龔憲等．風口中套上翹對高爐的影響及處理措施［J］．梅山科技，2013( 5) : 56－57．
［3］趙亮．安鋼 2 號高爐風口套在線鏜孔調試及找正研究［J］．內燃機與配件，2018( 20) : 149－150．
［4］王春生等．銅鋼一體中缸在首鋼高爐的研究與應用［C］．第七屆全國大高爐煉鐵學術會議論文集． 2006: 268 － 271.