高炉冷却风口的制作方法

本发明涉及一种高炉冷却风口。

背景技术：

高炉风口是炼铁高炉用于送风和喷煤的重要工艺部件，由大套、中套、小套三个部分套接而成，安装于炉腹与炉缸之间的炉墙中。其中，风口小套一般是铜质的，里面通冷却水冷却，设置在炉墙最里面并凸出到炉内以避免热风和煤粉直接冲刷炉墙。

风口小套担负着将热风送进高炉内的任务，它的前端是近2000℃的高温环境，渣铁溶体温度1400℃以上，从风口小套通过的热风温度也在1000℃以上，风口小套的工作环境极其恶劣，不但要承受高温，还要承受风口回旋区高速旋转的焦粒和煤粉以及熔融炉料的侵蚀，使风口小套快速磨损，特别是炉况不顺或渣皮脱落时，风口小套损坏更加频繁。风口小套一旦漏水进入炉内，不仅增加了焦炭的消耗，也是一项安全生产的隐患。更换损坏的风口小套，高炉需休风停产，降低了高炉的作业率，燃料消耗升高。

专利文献cn203411557u公开了一种高炉风口小套，包括锥套，锥套的内腔为进风孔，锥套的腔壁内环设有水腔，水腔内设有靠近锥套细端设置的隔板，隔板将水腔分隔成位于隔板和锥套细端之间的后水腔以及位于隔板和锥套粗端之间的前水腔；前水腔内设有隔套，隔套一端与隔板连接、另一端通过端盖与前水腔外壁相连，隔套、隔板、端盖和前水腔外壁围成水室；前水腔的端壁上设有与端盖连接的两条筋板，两条筋板、端盖、前水腔端壁和前水腔外壁围成集水室；锥套粗端上设有与前水腔连通的进水孔，锥套粗端上设有与集水室连通的出水孔，前水腔、后水腔和水室依次连通，水室与集水室连通。该风口小套，结构简单，冷却效果好。

上述技术方案代表了风口小套传统的设计思路，在风口小套内部设置了比较复杂的腔室结构，促使冷却水流经风口小套内各个部分以期循环比较彻底。但这种结构使冷却水的水速大为降低，水压也会受到影响，水速的降低减弱了风口小套的导热能力，增加了风口的磨损；同时也会增加了水垢形成的几率，水垢会严重恶化风口壁面与冷却水之间的传热。

另一方面，传统的这种复杂内腔结构只能通过铸造和焊接形成，存在铸造裂纹、夹渣、焊接处容易破损、焊接难度大、焊缝易沾渣等问题，使用中容易漏水。

技术实现要素：

鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种高炉冷却风口，能够提高风口小套的冷却能力，并能消除传统铸造结构所导致的漏水隐患，以延长风口使用寿命，提高使用质量，改善燃烧率。

根据本发明的一种高炉冷却风口，包括前帽、中帽、后帽，所述前帽、中帽和后帽围合成一个空腔结构；前帽和中帽之间设有隔板，将所述空腔结构分为前腔和后腔；后腔中设有冷却进水管和冷却出水管，隔板上设有隔板进水孔和隔板出水孔，所述冷却进水管和冷却出水管分别与隔板进水孔和隔板出水孔连通；前腔中设有前腔隔板，所述前腔隔板位于隔板进水孔和隔板出水孔之间。

所述空腔结构用于对风口小套进行冷却；前帽的内孔用于将热风送进高炉内，吹氧助燃。

通过对各功能部位的重新分配和设计，便于前帽、中帽和后帽分别通过锻造或挤压成型，所述前帽、中帽和后帽分别成型后通过焊接连接围合成一个空腔结构，避免了传统铸造结构所导致的漏水隐患。前帽和中帽之间设有隔板，将所述空腔结构分为前腔和后腔，从而可以将风口小套的内部分为两部分，分别进行冷却，对伸入炉内的前腔部分进行针对性的冷却，提高冷却效果。

通过冷却进出水管，将冷却水直接导入前腔部分，对前腔部分的前帽进行直接冷却，避免冷却水先经过后腔被后腔壁加热后再进入前腔，提升了冷却效果。

前腔中设有前腔隔板，所述前腔隔板位于隔板进水孔和隔板出水孔之间，促使从冷却进水管通入的高压冷却水绕前腔亦即前帽内壁一圈后再从冷却出水管导出，确保对前帽的冷却效果。

优选地，所述后帽上设有后帽进水孔和后帽出水孔，分别与所述后腔内部连通。用于通入冷却水对后腔进行针对性的冷却，同时，由于对前腔进行冷却的冷却进水管和冷却出水管位于后腔内的冷却水中，相比传统的冷却水被后腔壁加热后再进入前帽的前端，由于后腔也在持续冷却中，后腔内的冷却水的温度低于后腔壁面的温度，本申请方案的前端冷却水在输送至前端的路途中升温更少。

优选地，所述后腔内设有第一后腔隔板和第二后腔隔板，所述第一后腔隔板和第二后腔隔板沿后腔长度方向平行设置，所述后帽进水孔位于所述第一后腔隔板和第二后腔隔板之间。主要用于引导水流方向，确保通入后腔的冷却水在后腔内形成流动，而不会只在后帽进水孔和后帽出水孔附近进行冷却，确保对整个后腔进行冷却。

优选地，所述第一后腔隔板或第二后腔隔板中的一个位于所述后帽进水孔和后帽出水孔之间。用于分隔后帽进水孔和后帽出水孔，避免冷却水直接从后帽进水孔流入后帽出水孔。

优选地，所述第一后腔隔板或第二后腔隔板中的一个位于所述后帽进水孔和后帽出水孔之间，并且，所述位于所述后帽进水孔和后帽出水孔之间的第一后腔隔板或第二后腔隔板的长度大于位于后帽进水孔另一侧的第二后腔隔板或第一后腔隔板的长度。用于分隔后帽进水孔和后帽出水孔，避免冷却水直接从后帽进水孔流入后帽出水孔，并且由于两个后腔隔板的长度不同，水流进入后腔后向四周流动受到的阻力不同，促使水流向背离后帽出水孔的方向流动，在后腔内回旋一圈后再流动至后帽出水孔，从而提升对整个后腔的冷却效果。

优选地，所述前帽包括构成风口小套内壁的前帽内壁和在前面内壁顶端向内翻转构成前腔外壁的前帽外壁，所述后帽包括用于设置各个进出水孔的环形后帽基部以及从所述后帽基部的环形内外边缘翻转形成的后帽内连接部和后帽外连接部，所述后帽内连接部与前帽内壁连接，所述后帽外连接部与中帽连接，中帽的另一端与前帽外壁连接。通过对各功能部位的重新分配和设计，便于前帽、中帽和后帽分别通过锻造或挤压成型，所述前帽、中帽和后帽分别成型后通过焊接连接围合成一个空腔结构，避免了传统铸造结构所导致的漏水隐患。

优选地，所述隔板焊接连接于所述前帽外壁的开口处，所述前腔隔板焊接设置于所述前帽外壁内。

优选地，所述第一后腔隔板和第二后腔隔板分别焊接连接于所述后帽基部内壁和/或所述前帽内壁的外壁。

优选地，一种高炉冷却风口的加工方法，包括如下步骤：

前帽、中帽和后帽管坯锻造或挤压造型为圆形；

将所述管坯回火，管坯拉伸为毛坯管；

对所述毛坯管进行二次挤压变型，回火；

再次将所述毛坯管进行挤压成型；

将所述毛坯管冷拔挤压为成品；

将前帽、中帽和后帽和其余部件进行精加工，以满足各部件间的装配尺寸要求；

将各部件组装、焊接后再机加工。

优选地，所述将所述毛坯管冷拔挤压为成品时的工艺条件为压力15-30pa，延伸量20-200mm。

优选地，所述将各部件组装、焊接后再机加工后，对焊缝整体试压力2.0mpa，保压30分钟不得渗漏。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的高炉冷却风口，具有以下

有益效果：

1)通过结构上的改进，可以利用锻造或一体挤压成型技术，对风口各组成部件进行挤压/冲压成型，改变了传统风口小套的制造方式，将传统的铸造后焊接改进为锻造或挤压成型后焊接，提高了风口小套的硬度和强度，机械强度高、不易变形；部分部件不用焊接，减少破损、裂纹等风险，提高了使用寿命。

2)通过内部流道合理设计，调节风口壁厚及各冷却水道的截面，实现较理想的冷却水流量及流速，强化换热能力。同时，优化冷却水道结构可以减少损阻。能够确保前腔和后腔内水流通畅，受到的阻力较小，冷却水的水速和水压均能保持较高，提高风口小套的导热能力，并能减少水垢和磨损的产生。

附图说明

图1为本申请的高炉冷却风口结构图；

图2为本申请的高炉冷却风口前帽、中帽和后帽的装配分解示意图；

图3为本申请的高炉冷却风口组装结构图，内部结构用虚线表示；

图4为图3的a-a面剖切立体结构图；

图5为图3的b-b面剖切立体结构图；

图6为本申请的高炉冷却风口的局部剖切立体结构图，主要表达后腔隔板的位置关系；

图7为本申请的高炉冷却风口组装和焊接结构示意图。

附图标号说明：

前帽1

前帽内壁11

前帽外壁12

中帽2

后帽3

环形后帽基部30

后帽进水孔31

后帽出水孔32

后帽内连接部35

后帽外连接部36

隔板4

隔板进水孔41

隔板出水孔42

前腔8

前腔隔板81

后腔9

冷却进水管91

冷却出水管92

第一后腔隔板95

第二后腔隔板96

具体实施方式

下面将结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。所描述的实施例包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的，是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。同时，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

如图1至图3所示，一种高炉冷却风口，包括前帽1、中帽2、后帽3，所述前帽1、中帽2和后帽3围合成一个空腔结构；空腔结构用于对风口小套进行冷却；前帽1的内孔用于将热风送进高炉内，吹氧助燃。

以下请结合图4和图5所示，前帽1和中帽2之间设有隔板4，将所述空腔结构分为前腔8和后腔9。从而可以将风口小套的内部分为两部分，分别进行冷却，对伸入炉内的前腔部分进行针对性的冷却，提高冷却效果。

后腔9中设有冷却进水管91和冷却出水管92，隔板4上设有隔板进水孔41和隔板出水孔42，所述冷却进水管91和冷却出水管92分别与隔板进水孔41和隔板出水孔42连通；通过冷却进出水管，将冷却水直接导入前腔部分，对前腔部分的前帽进行直接冷却，避免冷却水先经过后腔被后腔壁加热后再进入前腔，提升了冷却效果。

前腔8中设有前腔隔板81，所述前腔隔板81位于隔板进水孔41和隔板出水孔42之间，促使从冷却进水管91通入的高压冷却水绕前腔8亦即前帽1内壁一圈后再从冷却出水管92导出，确保对前帽1的冷却效果。

所述后帽3上设有后帽进水孔31和后帽出水孔32，分别与所述后腔9内部连通。用于通入冷却水对后腔进行针对性的冷却，同时，由于对前腔8进行冷却的冷却进水管91和冷却出水管92位于后腔9内的冷却水中，相比传统的冷却水被后腔9壁加热后再进入前帽的前端，由于后腔9也在持续冷却中，后腔9内的冷却水的温度低于后腔9壁面的温度，本申请方案的前端冷却水在输送至前端的路途中升温更少。

以下请进一步结合图6所示，所述后腔9内设有第一后腔隔板95和第二后腔隔板96，所述第一后腔隔板95和第二后腔隔板96沿后腔9长度方向平行设置，所述后帽进水孔31位于所述第一后腔隔板95和第二后腔隔板96之间。主要用于引导水流方向，确保通入后腔9的冷却水在后腔9内形成流动，而不会只在后帽进水孔31和后帽出水孔32附近进行冷却，确保对整个后腔9进行冷却。

所述第一后腔隔板95或第二后腔隔板96中的一个位于所述后帽进水孔31和后帽出水孔32之间。用于分隔后帽进水孔31和后帽出水孔32，避免冷却水直接从后帽进水孔31流入后帽出水孔32。

所述第一后腔隔板95或第二后腔隔板96中的一个位于所述后帽进水孔31和后帽出水孔32之间，并且，所述位于所述后帽进水孔31和后帽出水孔32之间的第一后腔隔板95或第二后腔隔板96的长度大于位于后帽进水孔31另一侧的第二后腔隔板96或第一后腔隔板95的长度。用于分隔后帽进水孔31和后帽出水孔32，避免冷却水直接从后帽进水孔31流入后帽出水孔32，并且由于两个后腔隔板的长度不同，水流进入后腔9后向四周流动受到的阻力不同，促使水流向背离后帽出水孔32的方向流动，在后腔9内回旋一圈后再流动至后帽出水孔32，从而提升对整个后腔9的冷却效果。

进一步地，所述前帽1包括构成风口小套内壁的前帽内壁11和在前面内壁11顶端向内翻转构成前腔8外壁的前帽外壁12，所述后帽3包括用于设置各个进出水孔的环形后帽基部30以及从所述后帽基部30的环形内外边缘翻转形成的后帽内连接部35和后帽外连接部36，所述后帽内连接部35与前帽内壁11连接，所述后帽外连接部36与中帽2连接，中帽2的另一端与前帽外壁12连接。通过对各功能部位的重新分配和设计，便于前帽1、中帽2和后帽3分别通过锻造或挤压成型，所述前帽1、中帽2和后帽3分别成型后通过焊接连接围合成一个空腔结构，避免了传统铸造结构所导致的漏水隐患。

以下请进一步结合图7所示，所述隔板4焊接连接于所述前帽外壁12的开口处，所述前腔隔板81焊接设置于所述前帽外壁12内。

所述第一后腔隔板95和第二后腔隔板96分别焊接连接于所述后帽基部30内壁和/或所述前帽内壁11的外壁。

上述高炉冷却风口的加工方法，包括如下步骤：

前帽1、中帽2和后帽3管坯锻造或挤压造型为圆形；

将所述管坯回火，管坯拉伸为毛坯管；

对所述毛坯管进行二次挤压变型，回火；

再次将所述毛坯管进行挤压成型；

将所述毛坯管冷拔挤压为成品；

将前帽1、中帽2和后帽3和其余部件进行精加工，以满足各部件间的装配尺寸要求；

将各部件组装、焊接后再机加工。

进一步地，所述将所述毛坯管冷拔挤压为成品时的工艺条件为压力15-30pa，延伸量20-200mm。

进一步地，所述将各部件组装、焊接后再机加工后，对焊缝整体试压力2.0mpa，保压30分钟不得渗漏。

通过以上加工步骤，确保前帽1、中帽2和后帽3的外形结构符合本申请的部件配合要求，形成合理流道；并且壁面光洁，利于冷却水高速通过。同时能提高其机械强度，使其不易变形，减少破损、裂纹等风险，提高了使用寿命。

根据本申请的高炉冷却风口技术方案，相比传统的高炉冷却风口所使用的风口小套，主要有以下有益效果。

通过结构上的改进，可以利用锻造或一体挤压成型技术，对风口各组成部件进行挤压/冲压成型，改变了传统风口小套的制造方式，将传统的铸造后焊接改进为锻造或挤压成型后焊接，提高了风口小套的硬度和强度，机械强度高、不易变形；部分部件不用焊接，减少破损、裂纹等风险，提高了使用寿命。

通过内部流道合理设计，调节风口壁厚及各冷却水道的截面，实现较理想的冷却水流量及流速，强化换热能力。同时，优化冷却水道结构可以减少损阻。能够确保前腔和后腔内水流通畅，受到的阻力较小，冷却水的水速和水压均能保持较高，提高风口小套的导热能力，并能减少水垢和磨损的产生。

本申请所述的“上”、“下”或者“上方”、“下方”是以正常使用的放置状态而言的相对上下关系，亦即本申请附图所大致展示的上下关系。在放置状态发生变化时，例如翻转时，相应的位置关系也应随之转换以理解或实施本申请的技术方案。