摘要   从螺栓、密封件和检修质量三办面对高炉送风支管跑风的原因进行了校核和分析，并提出了改善密封系的刚度、选择合适的密封件和提高检修质量的综合处理对策，经实践应用后取得了明显成效。

关键词 高炉  送风支管  跑风  检修   

1概述

      高炉送风支管的作用是将热风围管送来的热风通过风口输入炉缸，同时还由它向高炉喷吹燃料或矿粉、熔剂等物质。它长期处于高温、多尘的环境中，工作条件严酷，宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂2500 m³高炉的送风条件为：送风温度最高1 250℃；送风压力0．42～0．47MPa；送风量4350Nm³／min(30个送风支管总量)。因此，要求送风支管密封性好，压损小，热量损失小，在热胀冷缩的条件下有自动调节位移的功能。

      送风支管由本体、张紧装置和附件组成，本体由直管、斜接头、弯头和直吹管组成。直管和斜接头之间为波纹伸缩管，其作用是调节热风围管和炉体因热膨胀引起的相对位移。张紧装置用于稳定和紧固送风支管的位置。

      由于高炉周期性的休复风或操作等原因，导致了送风支管本体各部件连接法兰处大量存在跑风或发红的现象，这已是大高炉维护使用中的通病，严重影响了高炉的正常送风和检修周期。

2跑风的成因分析

        根据送风支管的使用工况、使用实践及其本身设计制作的特点，直吹管和弯头的连接采用斜楔方式，其主要的易跑风点为用螺栓紧固的直管的上下法兰面。下面从连接直管上法兰面的螺栓强度、法兰面之间的密封件、设备本身的修复质量和维护方面进行分析。送风支管装配如图l所示。

2．1  螺栓变载荷情况下强度校核

    送风支管的各零件连接法兰之间采用8．8级的M20×120螺栓，每组为20套。由于紧固件的相对刚度系数的大小与螺栓和被联接件的材料、结构、尺寸，以及工作载荷作用位置、垫片等因素有关，由于送风支管法兰间密封采用的是7100不锈钢石墨包覆垫，选取刚度系数c≈0．8。  

    根据送风支管的工作情况，可将其简化为一个承受变载荷的压力容器，压力范围为0～0．5 MPa故需要对螺栓在变载荷情况下强度进行校核。

    根据变载荷情况下影响零件疲劳强度的主要因素是应力幅，对螺栓的变载强度进行校核。

G₁₁=G×cos25⁰             (1)

G₁=G×sin25⁰             (2)

F₂₂=F_拉×cos(25-14.72)⁰    (3)

F₂=F_拉×sin(25-14.72)⁰     (4)

G₁₁=F₂₂                    (5)

Q=F₁+F₂                   (6)

 Q

F=－                      (7)

  Z

F〞=1.8F                  (8)

F₀=F+F〞                  (9)

F′=F+ F〞-c×F          (10)

   F+ F〞- F′

Fa=—————            (11)

       2

其中G为直管的质量，G=800kg；Z为螺栓的个数，Z=20。根据上面(1)～(11)式可解得螺栓的最大拉力F₀=1 081 N，拉力变化幅F_a=154．5 N。取M20螺栓的危险直径为d_min=16mm，则螺栓的应力幅 

                                        4×Fa

σ_a= ———  =0．77 MPa。螺栓采用35号钢，8．8级，

                                       π×d²_min

车制，安全系数取最大值[S]a=4，则可计算得螺栓许用应力幅[σ_a]=16 MPa。由于σ_a≤[σ_a]，因此可得出采用8．8级的M20螺栓绝对安全。

2．2密封件的性能分析

    根据送风支管使用在高温、变载荷下的工况，用于法兰问密封的密封件必须具有优异的压缩回弹性能、安全可靠的长期密封性、耐高温性能、抗压力波动性、对高温含灰介质有良好的适应性。表1选择了4种不同的密封垫进行对比。

    由表1可以看出，不同材质的组合垫物理特性各有不同特点，当然它们的适用工况也会不同。其中，不锈钢石墨包覆垫是目前现场使用的，在使用中发现该类密封垫的回弹率偏小，气体泄漏率偏大，具体表现为每次休复风或多次炉况不正常后就必然会出现部分跑风现象，包括使用新的密封垫时所需要的预紧力较大，抗高温工况下压力波动的能力较弱。碳纤维复合垫片相比较而言具有优良的综合性能。

文献[2]表明，采用一种新的测试方法时，G_b和a可完全确定密封垫的加载曲线，且代表了垫片的预紧特性，而G_S代表了垫片的操作特性，较低的G_S值表明垫片要求较少的应力就能维持操作时的密封性。可见，如果在描述密封垫的物理特性时加入G_b、a和Gs参数，将为密封垫的选型提供更有力的依据.

2．3  修复件质量和安装维护

通过对送风支管各零件的分析可发现，其中的不定形耐火材料起着隔绝内部高温风热量向外传递的关键作用。不同耐火材料的选择其物化性能肯定是不一样的，耐火材料的浇注厚度、充填质量同样会影响到送风支管的隔热效果，从而影响到连接法兰面的刚度和密封性的维持。直管的上下连接法兰面设计厚度为35 mm，由于跑风现象的产生导致法兰面变形，为保证密封面的平整性和粗糙度，在备件进行修复时采用了对法兰面进行刨平的处理，使得连接件结合面的刚度降低，也是导致密封面易变形难以确保密封的原因之一。

    由于密封件采用的是回弹率偏小的不锈钢石墨包覆垫，用于高温变载荷工况下法兰之间的连接，螺栓在紧固时需要的预紧力相对会大一些，同时各组螺栓紧固时受力的均匀性也很重要。因此送风支管在组装或安装时对密封性的影响还是需要加以注意的。

    安装时，要尽量调整吊杆、拉杆的位置和张紧力，避免直管安装位置偏移或承受另外的附加力。

3对策和措施

3．1  改善密封系的刚度

    根据上述分析可知，设计选用的螺栓具有足够的强度，可满足高温变载荷工况下的使用条件。如何改善密封系的刚度，是密封面始终保持紧密贴合的关键之处。

    理论和实践证明，螺栓和联接件的刚度不变，只适当增大预紧力，能提高螺栓的疲劳强度。为此，准确控制预紧力并使其不减退是很重要的，螺栓刚度小时预紧力减退量小。

    减小螺栓刚度的措施有，适当增加螺栓的长度、部分减小螺栓直径或作成中空的结构——柔性螺栓、在螺母下安装弹性元件(碟簧)。柔性螺栓受力时变形量大，吸收能量作用强，利于承受冲击和振动。好的碟簧具有热胀冷缩的超强补偿，将温差的波动吸收于垫片内部，从而使螺栓的预紧力始终如一；它能够补偿压力波动造成的冲击，将压力的冲击吸收，并补偿压力波动造成的法兰、密封材料变形，从而保证螺栓在高温及变载荷下没有松弛，密封持久可靠。

    送风支管各法兰面的厚度改变较困难，为了增大被联接件系的刚度，不宜采用刚度小的垫片。

    高强度钢螺栓对应力集中敏感，但由于可用更大的预紧力拧紧和具有更高的极限强度，结果还是有利的。

3．2选择合适的密封件

    不同的密封垫片物理性能差别较大，只有选择回弹率大，气体泄漏率小，初始和剩余预紧力小，抗高温工况下压力波动能力强的组合密封垫，才能适应高炉高温变载荷的工况。

3．3控制修复件质量和提高检修水平

确保修复件的质量，尽量控制联接法兰面的厚度，减少法兰面易变形的概率。耐火材料浇注保质量，避免局部发红从而影响密封面变形的现象。

送风支管在初始安装时要充分利用张紧装置，调整好各连接组件位置，保证受力均匀、可使用测力扳手确保预紧力。由于在变载荷工况下，联接件使用初期几天预紧力减退较快，为避免螺栓松动，最好能跟踪再紧固2-3次，使剩余预紧力能保持在相对稳定的水平。

4结语

   高炉炉前送风支管由于其使用工况的特殊性，跑风的原因是综合而复杂的。由分析可知，选用M20的螺栓程度是足够的。加装高温碟簧降低联接件的刚度、选择回弹率大的组合密封垫、加强修复件和检修质量管理，可改善其密封状况，宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂2500m³高炉送风支管的实践证明，跑风的问题是完全可以解决的。