影响冲天炉水冷风口寿命的因素及保护措施
冲天炉水冷风口在高温的恶劣环境中长期工作,是水冷长炉龄冲天炉最易损坏的部件。影响水冷风口的寿命和损坏的原因包括水冷风口结构和材料、冷却水供应、机械损伤、风口灌铁、风口结垢等方面,现将冲天炉水冷风口及其保护方面的常见问题归纳如下,供有关铸造厂参考。
1结构和材料
风口的结构和材料往往决定风口的基本寿命。目前冲天炉水冷风口有两种基本类型,一种为铸造结构的单腔风口,另一种为焊接结构的贯流式水冷风口。铸造风口不仅服役寿命短,而且性能差异大,即便同一批次铸造的风口,有些可能工作半年甚至更长时间,有些不到一周就可能漏水损坏。贯流式水冷风口是一种可靠性很高的风口,寿命一般可达5000～10000h。
铸造风口由于受铸造工艺的限制,一般为单腔结构、整体铸造成型。经化验分析,目前铸造铜风口材料的含量大致为:95%～97%Cu,1.2%～2.8%Sn,0.04%～0.08%P,包括Zn、Pb、A s、Bi等在内的杂质总含量为0.85%～2.2%。铸造风口由于气孔、渣孔、缩松、缩孔和铸造裂纹的原因,致密度较低,试验水压如果大于0.6～0.8M Pa,很容易出现明显的“出汗”、“鼓肚”甚至渗漏现象。
目前铸造风口主要参照“高炉风口(Y B4071-91)”规定的技术条件和结构形式制造,材料纯度不高、致密度不高、容易存在铸造缺陷;另外,由于砂芯对铜液凝固收缩的抵抗作用,很容易出现铸造裂纹。贯流式冲天炉水冷风口由风口帽、螺旋流道、导风管和其它部分组成,性能可靠,适合于大批大量流水线连续生产的重要冲天炉使用。
贯流式水冷风口一般采用铜钢焊接结构,风口帽必须采用高纯度脱氧铜制造,目前国内一些厂商的风口帽采用特殊处理的高纯脱氧铜,铜银总含量可达99.90%～99.99%。
目前国内的贯流式水冷风口一般按企业标准设计制造,今后应该研究有关高炉水冷风口设计的理论和方法,改善风口的结构设计,防止风口帽塌陷变形,保证和提高风口内部冷却水的流速、减少冷却水在风口内部的结垢倾向;同时应该研究高纯度铜材料的提纯和加工工艺,提高风口帽材料的纯度,提高焊接质量水平,防止风口帽前端面焊缝渗漏。
冷却水供应
水冷风口在高温环境中工作,冷却水供应中断往往导致风口损坏。为了防止冷却水供应中断,冲天炉必须有完善的冷却水供应系统,必须配备高位水箱、城市自来水、以燃油为动力的冷却水泵等多种类型应急水源,防止意外停电、停水引起风口烧坏。
另外,冷却水进水、回水温度仪表、流量仪表必须示值准确,电气控制部分必须工作可靠。每隔一定时间,应该用标准仪器校准冷却系统的温度和流量仪表,确保有关仪器仪表指示准确,同时检查和确认冷却水报警温度值。
机械损伤
机械损伤经常造成风口损坏,包括炉料、耐火材料、修炉器具、炉壁“挂铁”下落砸伤风口,冷却水结冰膨胀损坏风口等等方面。
空炉加料时,必须在风口上方覆盖刨花、木板等保护物,防止炉料直接冲击风口;砌炉时必须注意保护水冷风口,防止耐火砖坠落砸伤水冷风口;捣打料施工过程中,应该小心谨慎,严防捣打机具对风口的损害;在清理炉壁挂铁时,要防止挂铁下坠砸伤水冷风口;冬季严寒季节要注意冷却水结冰膨胀对风口造成的破坏。
风口灌铁
风口灌铁往往造成水冷风口的损毁,甚至引发冲天炉爆炸的严重事故。焦炭燃烧不良往往导致风口灌铁,如果底焦燃烧不良,铁液温度低、炉渣流动性差、黏度大,不仅铁液和炉渣无法排出炉外,而且炉渣很容易阻塞炉缸中底焦之间的空隙,使铁液无法顺利穿过底焦层、落到炉底,往往导致铁液在炉缸内的积聚、倒灌进入水冷风口,造成一个或者几个风口的同时损坏。冲天炉熔化初期、中途停风后再次开风熔化期间,如果在焦炭燃烧不良的情况下强行加入金属炉料熔化,经常发生炉渣和铁液倒灌、阻塞水冷风口、造成风口损坏的事故。
要防止铁液灌入风口,必须使用优质焦炭,保证焦炭充分燃烧、维持炉内高温。应该在有关工艺操作规程中明确规定焦炭的燃烧状况,杜绝熔化初期、底焦燃烧不良状况下,在炉内投入金属炉料、强行开风进入熔化作业;熔化作业中应该加强风口观察频次,时刻保持焦炭处于良好燃烧状态,风口窥视孔红亮。
风口结垢
水冷风口经长期使用后内腔容易产生水垢,水垢容易导致材料过热,堵塞风口冷却水流道导致冷却水流量减少,水垢受热产生的膨胀力容易导致焊缝开裂,引发风口帽变形、焊缝渗漏,大幅度降低风口的寿命。
如果风口内部结垢,风口供水压力将持续上升,因此可以通过供水压力的变化判断风口内部的结垢情况。发现某个风口内部明显结垢,应该及时拆下结垢风口,首先用稀酸清洗风口内部,直至水垢被稀酸完全溶解,然后用清水冲洗风口内腔。
为了减少水冷风口内腔结垢,应该正确设置冷却水的有关温度控制值,风口进水温度不应高于40℃,风口出水温度不应高于45℃。虽然一般认为工业冷却水的结垢临界温度为60℃,但是设置冷却水的有关温度时,需要考虑不同地区工业冷却水的水质差别,需要考虑仪表仅能反映冷却水体的平均温度、不能反映风口内腔局部冷却水的最高温度,如果不加分析地将风口冷却水报警温度设定为60℃,风口内部很容易产生水垢。
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