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调查与改善高炉风口装置
近年来我院进行研究和开发设计的高炉风口装置，提高了各零部件的使用寿命、气密性和运行可靠性；这一风口装置的设计参数高于目前所使用的风口装置，而且这一设计便于机械化的更换风口。

这次试验研究是在Chereopovets Metallurgicat厂的2000m³的3号高炉上进行的，该高炉设有按标准设计的Gipromez风口装置。

我们测量外表面部分的温度所用的仪器是铬-铝热电偶和毫伏计。

设备的热风的温度为1130℃、压力为2.9atm、流量约为200m³/min（转化为正常条件下）、炉拱顶的温度为1260-1200℃环境的温度为5℃。

在以上所获得的数据的基础上，我们用平均壁温推算出风口弯头处的热风的温度在900-1300℃。

这表明热风的风压从2.9atm变到4.2atm对壁温没有影响。

经结果分析，这次试验结论如下：
1、风口弯头纵向和横向各段的温度多半分布均匀在190-210之间。

例外的是鹅颈连接的颈围管和后盖的个别地方的温度分别能达到340-420℃和420-620℃。

这是对连接处和没有后盖和窥视孔盖保护的情况下对热泄漏的解释。

吹风管处的温度是靠风口弯头和键控炉连接处的温度来测量的；由于球形偶合的鹅颈发生自紧作用，鹅颈悬吊轴与键控炉之间的部分温度可达到110-230℃。

2、出钢时，位于接近风口设备弯头组件的缺口处的平均温度大幅上升（高达320℃）。

3、不管使用什么类型的耐火材料作炉衬，在保留现有设计尺寸的情况下，当热风温度提高到1400℃，压力为4.2atm时，就会导致风口弯头组件的温度超过320℃。

在上述工艺参数值下，我们测量炉胸、风口冷却器、风口、吹管和弯头主要组件的热制度。

需水冷的部件，我们测量冷却水的温度和流速。

从获得的数据中，我们确定了通过墙体组件的热损失和热通量密度。

根据测量所得的设备的实际温度场的结果来计算通过炉墙上没有散热设备的部件的总体和局部热通量的大小。

我们确定了当热风温度从1130℃升到1400℃时这些指标的值，并且确定了热风通过风口弯头和吹风管时这些数值降低的幅度。

热制度的调查分析结果如下：
1、热风通过墙体组件时，工作设备会伴随着明显的热损失。

当热风温度为1130℃压力为2.9atm流量为200m³/min时，总的热损失平均约为230000kcal/h，其中的85%被冷却水带走。

风口壁的热损失最大（约占80%），风口弯头和内衬吹风管部件总的热损失相对较小：分别约7%和8%。

胸板和风口冷却器的热损失甚至更小。

我们可以预测，当热风温度提高到1400℃时，弯头和吹风管组件的热通量可提高35%。

2、风口最高密度热通量平均为330000kcal/㎡.h，个别风口上可达880000kcal/㎡.h。

当冶炼的产品流出时，热风打在风口壁上会使其温度相对升高。

通过其他冷部件时热流密度会大幅下降。

我们注意到当表面热负荷（4200-9300kcal/㎡.h）相对较低时，用含铜量高的青铜做风口冷却器。

热蟾蜍表面的喇叭口、颈部和鹅颈在监测范围内的部件平均热量从2500-3000到3400-4000kcal/㎡.h；吹风管承受了较大的热负荷：从18000到24000kcal/㎡.h。

3、包括吹风管在内，弯头处热风温度下降不超过1%。

为研究应力，我们在弯头和吹风管处安装了千分表。

我们确定了，由于加热到固定温度而引起的各组件相对于炉套的位移大小及其联轴器之间的位移大小。

我们确定吹风管的实际伸长量为6.7毫米，在热风温度为1000℃、压力为2.9atm、流量为
图1、标准风口各组成部分的实际温度值（热风温度1130℃、压力2.9atm、流量200Nm³/min）：A）依鹅颈管壁热风的温度为准（高炉流量为200Nm³/min）。

200N m³/min在Azovstal、Komunarskii、和karaganda工厂里观察测量的16个风口装置表明，当加热与鹅颈相连的球形耦合圆柱形弯头时，这些装置不会发生连接性的位移，即，鹅颈与球心不会发生相对位移。

在连接弯头的法兰盘
之间增加一段距离，作为炉侧最大值，用来观测加热过程。

用线应变测量仪和自动测量仪测量限制器内的应力，这一测量结果表明限制器不能发挥其主要功能。

因为限制器内的实际压力明显比设计压力要小，在工作状态下它们甚至稳定不住吹风管。

为了定量的评价当加热封口弯头和吹风管时这些装置内的压力，我们沿轴线调查分析了鹅颈管和吹风管接头的位移。

利用获得的数据，在上述工作条件下，相对于设备的研究设计，我们确定了，由于加热引起的，吹风管内的压力值、风口弯头组件内的应力以及这些部件和炉腹风管的位移和变形。

吹管内的压缩力达到54吨，甚至比限制期内的热压高好多倍，这使风口和鹅颈管上的吹风管以及风口上的冷却器连接紧密，不论弹簧的预紧力有多大。

同时，吹风管和弯头部件的材料在接近屈服点的低安全系数下工作（安全系数不超过1.3）。

装置部件的温度持续上升，导致安全系数的降低。

弯头部件的连接承担了来自上述应力所产生的相当大的弯矩。

用螺栓固定的法兰盘连接的喇叭口和圆柱形颈部的最大应力超过了材料的弹性极限，并且在螺栓连接的其他部位和连接管和衬垫管的焊接处大大超过了材料的所承受的应力范围。

球形鹅颈部的连接
图2、增加了气密性的风口装置
1）风口；2）风口冷却器；3）胸板；4）把氧气导入风口的装置；5）吹风管；6）鹅颈；7）；8）下连接管；9）中间连接管；10）上连接管；11）弹簧耦合器（3单位）
有些僵硬，不像法兰盘连接那么平坦没有软包装元素。

因此，即使弯矩对键控连接器的组件产生相对较小的应变，便使连接处一侧开裂。

裂口附近的组件便在特别不利的条件下工作。

环状风管的径向扭转角不超过9’’。

弯头位移的产生主要是由于法兰盘的屈服性连接和吹风管的弹性变形所引起的。

大约53％的位移是由喇叭口变形引起的，还有22%和25%分别是由于贫嘴和颈部引起。

在压缩力的影响下法兰盘连接处弯曲和吹风管变形所以起的位移的大小大体相同。

调查分析的基础上得出的结果表明：
1、设备部件连接不紧密，部件的最大应力值加上环状风管上喷头焊接不牢，由于设备的固有设计缺点：需要补由于偿加热导致的伸长，设备自由调整的空间无法提供，因为三分之一的球连接（连接鹅颈处）不工作。

弹性小的填料以及螺栓缓和连接（特别是靠近铁水和渣槽处的）促进了干扰法兰盘的密封连接。

2、组件间键合处由于热应力产生的裂缝会增大，造成弯头和联轴器温度相差很大，被叠加在高应力下，导致组件紧缩。

3、从环状风管的圆形轴线到炉套间的距离发生实质性的变化（相对于名义变化）由于炉套、风口装置、环状风管的制造和装配的误差，仅靠安装设备时鹅颈管和吹风管的球形连接去改变由于温度引起的热风主管的延长和炉套的变形，是行不通的。

这就需要在高路上使用不同长度的吹风管。

4、机械化更换风口装置的难度来源于它的基本设计。

更换风口和吹风管需要许多不同的操作。

相对炉套而言，这些设备的组件在参与这些操作时，不会永久性的占用一个固定位置；这些设备是在拥挤的条件下工作的。

在现有设计基础上为增加风口装置的气密性和使用寿命，我们建议：使用有衬板的吹管，且用水、天然气、或空气完全冷却，在鹅颈管和脖颈处用可拆卸的水冷法兰盘；组件表面连接要防腐增韧；环状风管固定在炉套上；用石棉绳编制的垫片替换平坦的密封垫片；用耐火材料保护风管嘴；制造一个低碳钢的焊接风口冷却器；用高屈服点和高松弛强度的钢制造紧固件；使喷嘴的部分与圆柱形环状风管相连；增加鹅颈管脖颈后部耐火内衬的厚度以抵抗热辐射保护后盖。

VNIIMETMASh已经提出一种新的设备设计方案，该方案因提供组件间自由调整空间而获得了较高的密封性且在同一高炉上无需用不同长度的吹风管。

这
一装置的设计如图2所示。

这种风口弯头是一种有三个球铰链和一个闭式弹簧的三维球面铰链四杆机构。

鹅颈管和喷嘴颈部的链接是由软碳化石棉夹在中间的水冷轴承连接，在他们关节部分间提供了一层厚厚的石墨润滑剂。

冷空气和燃气加压得到高压工作介质后被传送到风口吹管连接处。

弹簧装置封锁连接处创造一个相对于吹风管球形头部中心而言的契机，这一契机部分平衡了弯头组件的重量和高压热风对鹅颈管的压力。

这减小了弯头处弹簧连接的应力，提高了部件连接的紧密性。

这些部件中提供了一个能把氧气通过风口传送到高炉内的装置。

鹅颈管与带衬里的吹风管硬性连接且有一键合连接接头，这这在更换风口时避免了拆卸弯头装置的麻烦。

装卸弯头可从高炉的侧面实现。

设计的这一装置用于高炉热风温度为1200℃的环境下的。

1963年Debal'tsevskii建筑机械厂和Novo-Tui'skti冶金厂做了16种装置的试验。

实验的工业检测在1964-1965年Novo-Tui'skti工厂的2号高炉进行的，该设备提供了一个正常的高炉环境：传送热风温度1200℃和氧气，根据俄罗斯标准GOST9544-60 装置的气密性符合第一类标准，并且由仪器测定所有铰链连接的部件都有必要的活动性，弯头外表面的温度不超过180℃。

这种设备已被工业服务所接受。

设计一个全新的风口装置这一问题非常重要。

它的设计和结构同时增加了组件在高热风参数下的气密性和使用寿命能机械化更换风口。

VNIIMETMASH目前正朝这一方向试验研究。