高炉风口参数的设计探讨*

郭俊奎 马铁林

(林州市马氏炼铁技术研究开发有限公司)

高炉风口参数的设计探讨*

郭俊奎 马铁林

(林州市马氏炼铁技术研究开发有限公司)

风口是高炉送风系统的重要设备之一，通过对高炉风口参数进行分析探讨，论述了风口数目，风口高度，风口角度、长度，风口直径对高炉冶炼操作、生产技术经济指标的影响，并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议。

高炉 风口参数 设计 探讨

0 前言

高炉炼铁是一个综合的工艺过程，每一项工艺参数设计对高炉生产都有不同程度的影响，高炉风口是炼铁高炉重要的送风设备之一，有高炉炼铁生产工艺以来就存在风口，高炉鼓风、喷吹的燃料都是通过风口进入高炉内的。风口参数主要包括风口数量、高度、直径、角度和长度等数据，风口参数对其本身寿命及炼铁高炉生产技术经济指标有重要影响，是高炉下部调剂的重要手段之一。笔者结合节能减排、降低能耗及新工艺的需要，通过工业实践，对风口参数进行了分析探索，提出了一些看法，并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议，以使风口参数更加科学合理，做好风口参数设计，从而进一步提高炼铁生产技术经济指标。

1 风口数目的确定

高炉风口数目是高炉工艺设计的重要参数之一，主要取决于炉缸直径大小和鼓风机能力，高炉风口数目增多目前是一种趋势，增加风口数目有利于高炉的强化冶炼。风口数目在满足炼铁工艺要求的同时，还应符合风口的安装尺寸和结构要求。

风口数目的计算有多种方法，但还没有严格的理论计算公式，一般按经验公式粗略计算后确定。设计手册要求风口弧长间距在1200 mm～1400 mm，国内曾采用如下公式［1］:

式中:f—风口数目，个;

d—炉缸直径，m。

式中计算出来的风口数目较少。国外一般采用如下公式［1］:

风口数目一般为双数。高炉风口数目的合理设计与高炉操作、技术指标有很大关系。风口数目增多，风口弧长间距就小，高炉圆周进风相对均匀，可改善煤气流、温度分布，减少风口之间的“死料区”，炉缸燃烧均匀，可活跃炉缸，利于炉况顺行，有节焦、增产等作用，更有利于节能减排。中小高炉其效果十分明显，大高炉次之。

通过某140 m3级高炉工业试验，风口由8个改为10个，和同等条件高炉相比，可提高日产量80 t～100 t，降低焦比 10～15 kg/t.Fe。高炉炉缸 8 个风口时，风口中心线水平间夹角为45°，高炉改为10个风口时风口中心线水平夹角为36°，两者相差9°，也就是说8个风口时，相当于高炉炉缸内圆周72°(9°×8)范围内“无风口”，极大影响了炉缸的工作制度，对高炉技术经济指标影响较大。

试验表明，增加风口数目，炉缸燃料燃烧相对均匀、有效，有利于炉内煤气流的初始分布、温度分布、热量分布，可以活跃炉缸，利于炉况顺行，降低能耗，提高产量，有利于提高高炉的技术经济指标和经济效益，是节能减排的重要手段之一。

风口数目的增加，必须与风量、风压及风口直径等参数紧密配合，才能体现出增加风口数目的意义所在，否则，也会带来负面影响，达不到预期效果，反而影响高炉的强化冶炼。

笔者建议风口数目的确定应以炉缸风口之间的弧长间距为依据，以缩小风口弧长距离为原则，确定风口数目。建议风口弧长距离控制在1000 mm～1100 mm，不超过1200 mm。

2 风口高度计算和风口角度

铁口中心线至风口中心线的垂直高度距离称为风口高度(Hf)。风口与渣口的高度差应能保障容纳上渣量和一定的燃烧空间，风口高度计算公式如下［2］:

式中:Hz——渣口高度

K——渣口高度与风口高度之比(一般k=0.5～0.6，渣量大取低值)。

从公式(1)可以看出，风口高度与渣口高度有一定关系，而随着原燃料条件的改善，精料水平的提高，渣量减少是趋势，因此，可以认为风口高度也应是趋于减小，而现在设计中，风口高度的确定更多是参阅、类比同级高炉。

通过对高炉风口高度数据的数理统计、实践，通过控制适当的高径比，趋于矮胖的炉型，使用平风口时，风口高度与高炉有效高度的比值约为1/8.76。这一数据对中小高炉风口高度设计有一定的指导意义，而且通过实践，取得了比较好的技术经济指标。但此值有待在大高炉上实践、验证。

高炉是非标准设备，风口高度的大小与高炉内直接还原、间接还原的程度，以及高炉炉内直接还原区、间接还原区大小有很大关系，似是一个“分界线”，对炉内燃料的热能和化学能利用有影响。此值不合理，高炉不会有好的生产指标，易引起炉内事故，炉况不顺，焦比升高，不利于节能降耗。同时也应认识到大中小高炉的风口高度在高炉内的“适应性”是有区别的。

实践表明，小高炉的炉缸直径小，风口相对也少，风口高度对高炉炉况的影响十分明显，只要相差正负75 mm，就对生产影响极大。大高炉，特别是特大型高炉，风口数目多，距高炉中心相对远，风口燃烧的放射性鼓风作用等引起的风口高度“适应性”相对小高炉要强，也就是说特大型高炉的风口高度调整余地大，对高炉生产影响相对小，这也是大型高炉目前的风口高度差别大，也能适应高炉生产变化的一个重要原因。但是，大高炉、特大型高炉也应该有个最佳值，对生产才最有利。

风口角度是指风口中心线向下倾斜的角度，是调节高炉生产的手段之一。只要有角度，鼓风动能利用相对就差，直观分析就是三角形直角边与斜边的关系。风口有角度，风口距离高炉中心就远，不利于吹透中心。

风口高度与风口角度有相辅相成的关系，两者应紧密配合，高炉生产才会有好的技术指标。一般建议选零度平风口，不要有角度。笔者认为，不研究风口高度而研究风口角度意义不大。

3 风口直径和长度

3.1 风口直径

风口直径一般是指风口小套的内直径，表示高炉鼓风进入高炉时进风面积的大小。风口直径由风口的出口风速确定，一般风口的出口标态风速在100 m/s以上［2］，巨型高炉有的高达200 m/s。风口直径的计算有一些参考公式，主要是要保证风口的鼓风动能，可以作为一个重要的参考数据。推荐的风口面积计算公式为［3］:

式中:S——风口面积，m2/个;

E——鼓风动能，(kg·m)/s;

t——热风温度，℃;

Pb——热风压力，kPa;

γ——气体密度，kg/m3;

Vb——风量，m3/min;

n——工作风口数目。

当喷吹燃料时，V混(换成 m3/min)代替 Vb，用t混代替t即可。

风口直径的计算涉及变量参数比较多，特别是有的参数是瞬间变化的，要取值计算准确比较难。每座高炉有其各自的生产特点和规律，也是随时在变化的，而不是一个固定的值。计算值只是一个相对参考值，必须通过生产实践使用检验，应该以满足高炉生产操作工艺要求、炉况顺行、效益最大为原则。

改变风口面积大小是高炉操作下部调剂的重要手段之一，是对各风口流量的重新分配，从而影响风口回旋区的形状、大小，影响气流和温度的分布以及炉缸的均匀、活跃程度。当高炉炉缸煤气流分布不合理、炉缸工作不活跃时，有必要改变风口直径，调节各风口的进风压力、流量， 使整个炉缸内的燃烧、温度、煤气流分布尽可能均匀、合理，达到调节炉况顺行的目的。有人建议高炉铁口两侧的二个风口直径应小2 mm～3 mm，这个观点直观分析可行，但有待于生产操作实践的检验、证实。

在一定的冶炼条件下，高炉都有其适宜的操作制度与冶炼强度，风口直径一般不宜经常变动。

3.2 风口长度

风口长度有两个概念，一是风口小套的加工成品长度，二是风口小套伸入炉缸内的长度。我们探讨风口长度是指风口小套伸进炉缸内的长度。

设计手册要求风口小套前端伸进炉缸20 mm～50 mm，但笔者分析认为，在保证风压的前提下，风口小套不应该伸进炉缸内，超出炉墙，反而应缩回炉墙内。原因如下:

1)缩回炉墙内60 mm左右，与伸进炉缸30 mm～50 mm相差约100 mm，对风口本身没有任何影响，但相当于“炉缸直径”大了约200 mm，这对提高产量，促进燃烧，活跃炉缸有益，但必须有风压做保证。

2)风口小套全部或部分裸露在炉缸内，引起多种弊病:铁水滴落冲刷风口小套，小套损坏风险增加;风口小套后端和炉墙之间形成一个“回旋区”，对风口套极为不利;冷却水压力低时，易损坏，休风率高，备件消耗高;而风口小套缩回炉墙内，可有效解决上述问题。

3)风口位于炉缸上部，直接与渣、铁、高温气流接触，工作条件十分恶劣。风口烧损的部位，多为风口伸入炉内部分的前端上缘和下缘。由于其与渣、铁接触，局部区域的热流强度超过了风口材质所能承受的临界热流强度，产生过热而被熔化所致［4］。高炉炉墙冲涮、侵蚀是必然的， 高炉寿命越长，炉缸侵蚀越大，风口小套缩回炉墙有利于保护风口小套，延长风口小套寿命。

风口缩回炉墙，一可以保护风口，二必然要增加燃烧面积，活跃炉缸。有的学者提出和炉墙平齐，风口缩回炉墙内会促进缩回部分耐火砖的破损，也不利于形成合理炉型。但笔者认为，缩回炉墙是方向，定量缩回多少，大中小高炉应有区别。高炉生产炉内耐火材料砖衬必然磨损浸蚀，炉缸必然扩大，但是如何使高炉砖衬寿命长，侵蚀小，保持一定的工作炉型很重要。

因此，在保证高炉风压、风速的前提下，风口小套建议缩回墙内50 mm～100 mm，而且随着炉衬的侵蚀，应随时调整。通过在中小高炉上的工业实践表明，风口缩回炉墙，有利于延长风口寿命，而且炉况顺行，产量高，焦比低，对高炉操作无负面影响。

4 结论

通过分析研究及实践，得出以下结论:

1)高炉风口在不影响其安装、维护的前提下，数目宜多。

2)风口高度应有一个相对合理、“固定”的数值，对高炉的稳定操作有益，与炉内直接还原和间接还原有很大关系。

3)风口直径不宜经常变动，且应使用平风口或小角度风口，并缩回炉墙内。

［1］炼铁设计参考资料编写组.炼铁设计参考资料［M］.北京:冶金工业出版社，1979:139.

［2］张树勋.钢铁厂设计原理(上册)［M］.北京:冶金工业出版社，2005:77，78.

［3］周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京:冶金工业出版祉，2002:321.

［4］万新.炼铁设备及车间设计［M］.北京:冶金工业出版社，2007:50.

DESIGN AND DISCUSSION OF BF TUYERE PARAMETERS

Guo Junkui Ma Tielin
(Research and Development Department of Mashi Iron and Steel Co.，Ltd)

Tuyere is one of the important equipments in blasting system.It introduces the influence of the number，height，angle，length and diameter of tuyere on BF operation and production and economic indices and also gives reference data of tuyere parameters and suggestion.

BF tuyere parameters design discussion

:2011—11—30