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风口密封技术的开发与应用

高炉风口是钢铁生产中炼铁厂高炉上的关键工艺件，由高炉风口吹入的高温热风和炉底焦炭氧化燃烧生成CO2,CO2在高温上升中还原出原来以氧化物形态存在的铁。本文主要介绍了高炉风口密封技术的现状和存在的问题以及解决方案，对风口维护具有指导意义。
高炉炼铁是一个综合的工艺过程,每一项工艺参数制定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。而在高炉的冶炼过程中，风口是高炉操唯一可以直接观察到炉内冶炼状况的地方。高炉风口的使用环境极端恶劣，不但要承受约1500度以上的高温，还要承受高温铁流的冲刷和炉料、炉渣的磨损，因此对风口的强度、刚度、抗龟裂性能和密封性能都有很高的要求。
风口密封技术现状
大、中型高炉，特别是特大型高炉，在高炉工正常操作状况下，因炉内压力高、冶炼强度大、产生煤气量也较多。高炉风口区域，为防止煤气蹿漏均采用了较为优良的煤气密封办法，但是大多数大中型高炉生产二至五年后，就出现了下述缺陷和问题。
(1)风口大套与炉壳法兰接触处跑煤气。
(2)风口中套与风口大套接触面四周跑煤气。
(3)风口中套常常出现烧磨漏，影响高炉正常操作。
(4)风口大套与炉壳法兰连接处出现烧穿事故，高炉被迫停产休风处理。
为解决上述问题，宝钢、本溪钢铁公司和武汉钢铁公司等特大型钢铁企业均采用了如下密封措施：
(1)风口大套和中套焊接在一起。
(2)风口大套与炉壳连接法兰四周压入无水高铝泥浆。
(3)风口、大、中、小套接触面增加宽度。
(4)风口大套与炉壳连接法兰内加垫石棉板。
这在高炉顶压较低，喷煤量较少，富氧率偏小的状况下，较好地解决了一半高炉存在的问题。但是在高炉顶压超过150kpa,喷煤比超过150kg/t.Fe、富氧率超过2%的时候，高炉冶炼强度提升的条件下，高炉风口就开始出现下述问题：
(1)风口中套与大套焊接处出现了开裂。
(2)风口大套与炉壳法兰处出现煤气明火燃烧。
(3)高炉风口四周煤气浓度有原来的200ppm以下升高到了2000ppm以上。
虽然也进一步采用了二次焊接和灌浆措施，但是都因内部煤气压力大，焊接应力集中而在此蹿漏煤气。直接对高炉工的人身安全构成威胁。
解决方案
在此背景下，我厂组织技术攻关，先后采用了焊接连接处、加装密封挡环、改换中缸等措施，但煤气蹿漏现象并未解除。
(1)风口大套〔件10〕与风口中套〔件9〕之间蹿漏煤气治理：
首先是将风口大套〔件10〕与风口中套〔件9〕之间的焊接肉清除，然后将于蹿漏煤气缝隙匹配的风口中套密封岩棉垫圈〔件6〕填充缝隙，最后将风口中套密封环〔件7〕顶压在风口中套〔件9〕的外平面端部。该顶压装置，由风口大套法兰〔见11〕，风口大套法兰紧固螺母〔件4〕和风口中套密封环顶杠〔件5〕组成。
(2)风口大套〔件10〕与炉壳〔件1〕之间蹿漏煤气治理:
1).将风口大套法兰〔件11〕内压入密封石棉网〔件12〕，内风口大套法兰紧固螺母〔件4〕紧固。
2).将风口大套法兰〔件11〕与炉壳法兰蹿漏煤气区域，用风口大套密封封板焊接。使风口大套〔件10〕与炉壳〔件1〕之间成为空区；
3).密封，在风口大套〔件10〕与炉壳〔件1〕形成的密闭空间的风口大套密封封板〔件2〕上，开设上下两个阀门〔件13〕。
4). 最后在风口大套〔件10〕与炉壳〔件1〕形成的密闭空间内，灌入密封用阻滞压入料，防止风口煤气外蹿。
本发明的优点在于：
(1)风口大套〔件10〕与风口中套〔件9〕之间，用风口中套密封岩棉垫圈〔件6〕和风口中套密封环〔件7〕，通过风口中套密封环顶杠〔件5〕压紧后，煤气长时间不会蹿漏。该密封为柔性密封，在高炉内衬材料与炉壳之间出现位移时，风口中套密封环〔件7〕不会出现裂缝，既保护了风口中套〔件9〕不被剪应力折断，又密封了煤气不再蹿漏。
(2)风口大套〔件10〕与炉壳法兰〔件12〕之间的蹿漏煤气，首先由刚醒密封风口大套密封环板〔件2〕与风口大套法兰、炉壳〔件1〕焊接。其次由密封石棉网〔件13〕与密封用阻滞压入料〔件3〕进行柔性密封，最终实现了风口蹿漏煤气的彻底封堵。
本技术于2021年9月2021年8月分步在安钢9#〔2800m3〕高炉上进行实施，取得了优良效果。风口区域煤气浓度由2000ppm降到了45ppm以下，而且风口中套未发生烧漏事故，从而保证了炉前工作人员的安全，同时降低了备件消耗。