鍊鐵廠風口更換頻繁，歸根結底主要是因為這些！

每年，各大鍊鐵廠因頻繁更換風口而休風造成的生鐵損失高達好幾百萬噸，嚴重影響了產值。影響高爐風口使用壽命有很多種，且由於風口所處環境非常惡劣，造成風口損壞的原因是諸多因素共同作用的結果。因此，認真分析研究出高爐風口的破損原因，找出合理的解決辦法，提高風口的使用壽命，減少經濟效益和社會效益的損失已經成為高爐工作者亟待解決的問題。

風口組合磚

1、風口破損機理

高爐風口位於高爐爐缸上部，在工作時要承受1000℃～1250℃的高溫熱風沖刷和1500℃左右的液態鐵以及高速迴圈運動的熾熱物料（主要是焦塊）的撞擊；風口外表面要承受高溫輻射、高熱風溫度和液態渣鐵的對流換熱；風口壁受溫度差的影響產生熱應力。目前，絕大多數大型高爐都採用噴吹煤粉工藝，高爐在噴吹煤粉的情況下，高速運動的煤粉作用在了風口上，使風口受到了磨蝕；當高爐出現崩料現象時，高爐風口還受到隨氣流運動的爐料的擊打作用。由此可見風口工作環境非常差，因此風口也極易破損。根據機理不同，風口破損大致可以分為4類，即熔損、開裂及龜裂、磨損和曲損等形式。

(1)磨損

高爐風口前端伸入爐缸，而高爐爐缸位置剛好是爐料下落和焦炭運動的位置，迴旋區的運動容易使風口發生磨損。而且處在高溫條件下的風口本身強度也會大幅度降低，尤其是在冷卻條件不好的情況下，磨損現象會更為嚴重。風口磨損主要是指風口內表面的磨損，高爐噴吹煤粉時，煤粉從噴槍口噴入直吹管，與爐內的熱風相遇之後與熱風進行混合，形成1000℃的氣固兩相高速流，風口本體外表面長期處於持續沖刷狀態；一些煤粒在風口壁面滾動、滑動，在風口壁上發生摩擦，產生的摩擦力使風口壁表面產生裂紋。噴吹煤粉對風口的磨損含磨粒磨損、衝擊磨損和表面疲勞磨損三種。

(2)曲損

風口曲損的機理比較簡單。主要原因是高爐氣流分佈不均，操作爐型不合理或者操作不當情況下爐料撞擊砸落到風口，或者大塊渣皮脫落，高溫爐渣和料柱共同對風口施加壓力，造成風口彎曲變形，嚴重時候砸壞風口造成風口漏水、破損，被迫休風處理。

(3)熔損

熔損在風口失效中佔比也很大。主要就是由於高強度熱流作用在了風口上，風口受到瞬間衝擊而發生熔損。當爐缸結垢過多或是爐缸堆積時，液態鐵水液麵升高，直接接觸到風口下部外表面上，使得熱負荷大幅升高，這種狀況下風口所受熱量比正常值高出一至兩倍，如果風口的冷卻水壓力、冷卻水流速、流量不足的話，冷卻能力就變差，風口表面容易被銅鐵合金層附著，嚴重製約著風口的導熱能力，造成風口區域性的溫度突升，導致了風口因為被沖蝕熔化。在因爐況順行差引起風口區域性熱流密度突然增加，或者由於操作原因發生崩料使爐內高溫液態熔融物下落於風口表面時，將導致風口發生熔損，風口熔損的位置一般位於風口前端上部。為了更好地對熔損風口進行分析，鍊鐵學者從受影響區域最為嚴重的地方取回了熔損風口並對其進行研究，將熔損風口沿著中心線切開，發現風口前帽內壁已經受到了侵蝕作用。此時的熔損風口由純銅材料和粘附材料構成，工作人員取了部分粘附材料進行了化驗分析，化驗結果顯示鐵的氧化物含量佔比一半左右，其餘的成分主要是爐渣。此外，在正常工作情況下，風口承受熱負荷的熱流強度值一般是在942kw/m3左右，冷卻水是透過泡核沸騰方式來進行熱傳遞，當局部熱流過大時，冷卻水轉為膜態沸騰的方式進行傳熱，於是形成了氣膜層，此氣膜層是熱的不良導體，導致風口熔損。

(4)開裂及龜裂

造成風口開裂和龜裂的主要原因都是因為受到的熱應力大。風口外壁處的鐵水溫度為1500～2200℃，鼓風壓力為0。43MPa左右，風口內壁則處於30℃左右的冷卻水溫度和1。35MPa左右的冷卻水壓力下，內外壁存在巨大的溫差，使得風口本身呈現出大的溫度梯度。溫度梯度與熱應力呈正比關係，溫度梯度大，熱應力就大，較大的應力作用在了風口上，風口就容易開裂失效。高溫環境下，風口本身的塑性、延展性和強度大幅降低，在沿晶界位置和缺陷位置生成了脆性氧化物，並且不斷髮展，效能的下降和熱應力的集中造成風口開裂。受熱疲勞和機械疲勞的作用，風口被焊接過的缺陷位置更容易發生開裂。當風口壁表面受到突然增大的熱流時，熱應力會在區域性範圍陡升，產生裂紋，裂紋會向四周延伸，造成風口龜裂。

2、客觀因素

風口破損的原因多種多樣，這當中不乏一部分源自於風口的結構、風口的製造材質和質量、冷卻水壓力和流速等客觀因素，由於這些原因造成的風口破損是短時期內不容易改善的。

(1)風口結構

我國高爐使用的風口結構主要為以下五種形式：空腔式、雙室式（純銅板雙室旋流式、雙室雙風道）、折流式、螺旋式和貫流式等形式。其中，空腔式風口和雙室式風口因為結構簡單、加工速度快，所以在上世紀70至90年代被廣泛使用。但是這兩種結構都存在缺點：空腔式風口存在冷卻死區，造成冷卻效果欠佳；雙室式風口前端面積較大，腔體被一個隔板隔開，流動性不好，風口端頭極易熔損、壽命短，因此，目前在大部分的鍊鐵廠這兩種風口已經被淘汰。

高壓螺旋銅管式風口有著管內水阻小、冷卻效果好的優點，平均使用壽命大約可達210天，但是製作工藝複雜。與其他風口冷卻結構相比，貫流式風口強化了前端換熱，除了能夠增強抗高溫、抗磨性之外，還能夠承受住更高的水壓，在水流通道的地方用了圓滑過渡，減少了水的壓力損失，可以更好的抵禦高溫惡劣環境，它的平均使用壽命達300天以上，明顯優於空腔式和雙室式風口。

(2)製造工藝風口材質。

一般選擇銅作為高爐風口的材料，原因是因為銅的導熱性高，但是銅內的導熱性受到合金成分的影響，其導熱性會跟隨合金元素和雜質含量的不斷增加而逐漸降低，風口導熱係數越低，抗鐵水熔損的能力就越差。

加工質量。風口壽命與鑄造質量密切相關，如果鑄造的鑄體內產生組織疏鬆、縮孔、針氣孔等缺陷，會對風口的導熱性和機械效能產生不良影響。一般情況，在靜壓力試驗中鑄造缺陷難以顯現，但一旦用於生產，鑄造缺陷的問題就會在高爐爐缸內熱流的不斷衝擊下暴露出來，從而產生裂縫，大大降低了風口使用壽命。

風口塗層。對風口表面進行強化處理能夠提升風口的使用壽命，一般情況下，採用等離子噴塗技術在風口前端噴塗耐高溫複合熱阻材料後，能夠阻隔高溫熱衝擊直接作用在風口上，風口壽命提高近6。7倍。目前，很多製造商為了使風口本體不用直接與渣鐵接觸，在對風口表面進行噴塗之前還會在風口前端和內表面堆焊耐磨合金層，這種方法同時還能提高風口表面性能，增強風口耐高溫的性，提高使用壽命。

(3)風口冷卻條件

不考慮風口結構的前提下，風口冷卻能力主要根據冷卻水水質和冷卻水流速決定。風口壽命與冷卻水水質息息相關，如果在水質比較差的情況下，風口流道內壁就極易產生水垢，水垢裡面鈣的氧化物和鎂的氧化物含量都比較高，同時這些氧化物的導熱能力又比較差，粘結了這兩種氧化物的風口導熱效能大幅度降低，嚴重阻礙了風口壁跟冷卻水之間的熱傳遞。同樣，冷卻水的流速與冷卻能力成正比。流速越快，冷卻水對風口的冷卻能力就越強，風口發生熔損的可能性就越低。

3、高爐操作風口大量破損的原因中因高爐操作所導致的佔大多數。

(1)原燃料條件

原燃料（尤其是焦炭）的質量對高爐爐缸風口迴旋區的工作狀況有著直接影響。如果使用指標好的原燃料，高爐就能夠保持良好的料柱透氣性和透液性，迴旋區就不容易聚集太多液態渣鐵，對風口造成的破壞作用就少；如果原燃料條件水平低、質量很差（尤其是焦炭質量），爐缸就容易不活躍甚至是發生爐缸堆積，同時渣鐵直接與風口接觸的機率也大大增加，極容易破壞風口。此外，煤粉的質量也會造成風口失效，研究表明煤粉的粉末越多越容易增加風口熔損的機率，煤粒越小煤層的滲透能力越低，持續久了就會引起煤層和煤氣流分佈不均勻；一旦煤粒過小時，爐頂壓力會增加，高爐內的穩定性會被破壞［29］。

(2)爐況的影響

高爐爐況是否順行也是導致風口以不同形式破損的重要原因，主要集中在以下方面：

第一，高爐的邊緣氣流過度發展會使風口曲損的機率大幅提升。一旦邊緣氣流過剩，就會增大生成的渣鐵量。正常生產中的渣鐵會沿著風口迴旋區表面進入爐缸，但是邊緣氣流過剩的情況下，會有少量的渣鐵沿爐牆向下滴落，渣鐵滴落在風口上端，會造成風口損壞。區域性邊緣氣流的過分發展，如管道、崩料也容易造成風口曲損，這是因為當高爐出現崩料、滑料時，爐內的生料直接下落到風口將風口砸壞；此外，大塊的生料還容易堆積在風口的前端將風口壓彎，分離出的鐵水還容易燒壞風口的下部位置。

第二，高爐爐缸中心堆積也會造成風口損壞，爐缸中心堆積或者邊緣堆積都會造成高爐爐缸容積縮小。高爐的出鐵次數和出鐵時間正常生產情況下都是不變的，所以一旦發生高爐爐缸堆積之後，風口前端的死焦柱透液性就變差，風口前渣鐵滲透變得異常困難，導致在風口前積聚，這樣的結果就使得渣鐵液與風口直接接觸，從而燒壞風口的下部。爐缸堆積嚴重時，造成風口前端燒壞［32］。

第三，渣皮脫落。如果爐況、水溫差和鹼度波動的話，或者是邊緣氣流不穩定都有可能造成冷卻壁渣皮脫落，滑落的渣皮支撐停留在了風口上部，就會加重風口的承重量，這樣就使得風口原本的受力不平衡，造成風口發生下沉，與此同時，滴落帶的鐵水容易引到風口上部把風口燒壞。此外，爐缸的熱度也會因為脫落的渣皮滑落到爐缸裡而降低。而且如果風口發生下沉現象，邊緣煤氣流就會過度發展，壁體的溫度場平衡被打破，造成溫度頻繁波動，嚴重影響順行，甚至導致出現惡性迴圈的狀態。

第四，鼓風動能不足。高爐冶煉強度同樣影響風口壽命的長短，當高爐強化冶煉時，風口迴旋區更為活躍，爐缸裡面熱的液態渣鐵對風口的衝擊強度就增加，而且增大了熾熱的爐料對風口的機械磨損程度，加大了對風口的破壞作用。風口的前端有可能因為高爐鼓風動能不足，使得風口迴旋區變小而使渣鐵將其燒損，高爐鼓風動能不足有可能是因為高爐長期減風，風口面積來不及調整而造成。焦炭燃燒量、上料量、出鐵量在冶煉強度增大時，隨之增加，此時，風口迴旋區的活躍程度加強。

(3)渣鐵排放質量

風口區域的渣鐵是否能及時下滲以及爐前渣鐵是否及時排放且排放是否乾淨有關。渣鐵出不淨時高爐處於憋壓狀態，會改變煤氣流的分佈，不利於氣流穩定，有時就需採取減風的方式應對，從而導致鼓風動能不足。在鼓風動能不足的情況下，風口迴旋區長度就會縮短，爐缸中心的死焦堆將增大，風量回縮，爐缸透氣性惡化，風口區域的環境也隨之變差。虧渣鐵後，軟熔帶根部不斷上升下降，造成渣皮穩定性減弱，也增加了渣皮脫落導致風口曲損的機率。

(4)有害元素升高

高爐原燃料中帶入的鉀、鈉、鋅等鹼金屬是高爐冶煉的有害元素，對高爐生產、高爐爐襯帶來很大危害。鉀的沸點只有799℃，鈉的沸點882℃，鉀、鈉等鹼金屬在高溫區氣化又在中低溫區凝聚，其氧化物還原出的鹼蒸汽隨著煤氣流上升，與爐料中的物料相結合，在爐缸、爐腹區域生成鹼金屬的氰化物，在高爐上部低溫區又被氧化為碳酸鹽。入爐鹼金屬有相當一部分在爐內上部和下部之間迴圈轉移，不能夠排出爐外，在高爐內的迴圈和富集，造成爐內整體透氣透液性變差，尤其是軟熔帶以下位置，渣皮剝落、懸料的現象造成風口曲損。與此同時，鹼金屬在高爐內迴圈富集，催化了焦炭的氣化反應、促進了燒結礦的還原粉化、引起球團礦異常膨脹、造成高爐內焦炭粉化加重，料柱透氣性惡化、滲液性下降，引起煤氣流阻塞、破壞爐襯。

(5)噴吹煤粉

噴吹煤粉也會影響風口的使用壽命。風口發生磨損與噴槍插入深度、噴槍與風口中心線夾角大小等因素有關。噴槍插入過深時，在靠近直吹管或風口內壁的地方，過分運動的煤粉極易跟風口壁發生碰撞，進而損壞風口。因煤粉濃度與煤粉流速成反比，當濃度過小時，流速很快，風口的磨損也隨之加快。噴槍插入深度過淺時，風口壁區域會有大量運動的煤粉，加大了煤粉與風口壁接觸的機率，煤粉運動時間加長，風口磨損機率加大。煤槍插入角度越大時，煤粉因與風口內壁的距離變短，撞擊風口內壁時的速度增大，造成風口嚴重磨損。而且，實際生產過程中，難免使用一些可磨性差的煤種，煤粉的可磨性越差的煤的硬度就越高，對風口內壁的磨損程度就越大。

另外，焊縫上如果被煤粉覆蓋，焊縫很容易開裂。風口發生熔損是因為鐵水在爐缸周邊形成環流，對風口產生熱衝擊而造成。而鐵水形成環流的主要原因是由於高爐噴吹煤粉後，爐缸中心料柱的透液性差造成。