風機在冶金行業的應用及未來發展

風機是用于排送氣體的機械的總稱，根據其排氣壓力的高低，分為通風機（p≤15000Pa）、鼓風機（15000Pa＜p≤1.96×105Pa）和透平壓縮機（p＞1.96×105Pa）。
一、風機在冶金行業的應用
　　風機在鋼鐵與其它金屬材料的冶煉過程中占有極重要的位置。
　　從礦石到煉成鋼要經過礦石燒結、煉鐵和煉鋼等主要冶煉過程，即鋼鐵冶煉的全部工藝流程中都需要風機。
　　1、燒結用風機
　　冶煉用的礦石在冶煉之前對礦石要進行燒結，燒結要用燒結機，而燒結爐則需用煙氣主抽風機和冷卻通風機。例如某中型鋼廠有兩個礦石燒結車間，一個裝有62.5m2燒結機5臺的車間，共使用風機29臺，其中用在燒結機上有18臺；另一個裝有75 m2燒結機3臺的車間，共使用風機90臺，其中用在燒結機上有8臺，其它風機用在通風、除塵、降溫及冷卻。
風機行業生產的抽送燒結煙氣的離心鼓風機有幾十種型號規格，現舉出幾種型號的性能參數。
由沈陽鼓風機廠生產的D1600、D2000抽送燒結煙氣的離心鼓風機，是為18~24 m2燒結機配套的設備。該類鼓風機為單級單吸入雙支撐結構，用電動機直接驅動。鑄鐵機殼水平剖分為上下兩半，下機殼安裝左右鑄鐵底座上。轉子由碳素鋼主軸、低合金結構鋼焊接葉輪及軸套等組成。軸承為滑動軸承。
　　D1600離心鼓風機主要性能參數：流量為1600m3/min，進口壓力89.73kPa，升壓8.33 kPa，轉速1485r/min，功率334kW。
　　由沈陽鼓風機廠生產的S6500抽送燒結煙氣的離心鼓風機，適用于75~90 m2燒結機配套。其結構特點為單級雙吸入雙支承結構，用彈性聯軸器與電動機直聯。機殼水平剖分為上下兩半并軸向剖分為三段，左右段為兩個進氣管向上的結構對稱的進氣室，中段為下部有水平出氣管的蝸殼，出氣管口附加有錐形擴壓管。
　　S6500離心鼓風機主要性能參數：流量為6500m3/min，出口壓力101.31kPa，進口壓力89.05kPa，轉速1475r/min，功率1640kW。
　　目前大的燒結鼓風機是陜西鼓風機廠生產的SJ16000型,流量16000 m3/min，功率達5000kW。
2、焦爐煤氣輸送鼓風機
　　焦炭是冶煉鋼鐵的主要燃料和還原劑，也是高爐中料粒的支撐劑和疏松劑，而煉焦爐內的煤氣須經風機抽出后，一部分作為煉焦爐的燃料，一部分加壓后送往鋼廠作為燃料，另一部分用作生產其它副產品。
　　焦爐煤氣輸送的典型代表產品是沈陽鼓風機廠生產的D1250-31型離心鼓風機。其主要結構特點是機組由電動機、齒輪增速機、離心鼓風機、潤滑系統和儀控系統組成。機殼為水平剖分式結構，軸承箱下面有橫縱向定位鍵槽，以保持機體良好對中，并能適應機殼熱膨脹；軸承箱與殼體鑄成一體，增強剛度便于拆卸檢修。
　　轉子由主軸、3個葉輪、隔套、平衡盤和半聯軸器等組成；葉輪采用高強度合金鋼焊接結構。
　　軸承分為支撐軸承和止推軸承兩部分，支撐軸承為橢圓瓦滑動軸承，止推軸承為米切爾雙面止推滑動軸承。
　　密封設在級間、葉輪進口、平衡盤外圍及軸兩端，均為迷宮式拉別令密封。
　　其主要性能參數：進口流量為1250m3/min，進口壓力98.07kPa，出口壓力313.82kPa，主軸轉速4776r/min，功率3670kW。
3、高爐鼓風機
　　在生鐵冶煉過程中，必須用高爐鼓風機向高爐輸送一定量助燃的空氣（或氧氣）以提高爐內溫度。此外，還需要將燃燒空氣送到熱風爐里的離心通風機。
　　氧氣對鋼鐵工業在于強化冶煉過程。在煉鋼方面用于氧氣頂吹轉爐煉鋼，氧氣底吹轉爐煉鋼，平爐熔池吹氧煉鋼，電爐氧氣煉鋼等多種。特別是氧氣頂吹轉爐煉鋼已成為鋼鐵工業飛躍發展的一條主要途徑。煉鋼用氧量非常之大，它是使用空氣分離設備從空氣中采用深度冷凍法而取得。每套制氧機中必須使用空氣壓縮機、氧氣壓縮機、加熱鼓風機和透平膨脹機，即一般所稱的"制氧四大機"。
　　高爐鼓風機的典型代表產品是陜西鼓風機廠生產的軸流壓縮機A系列（靜葉不可調）和AV系列（靜葉可調）。其主要性能參數：A40~A112，流量范圍65~680（×103 Nm3/h），壓比2.9~7.7，轉速3410~9549r/min，功率33~690（×102kW）。
AV40~AV140，流量范圍70~1050（×103 Nm3/h），壓比2.7~7.2，轉速2524~8833r/min，功率34~900（×102kW）。
4、轉爐二次煙氣除塵風機
　　轉爐二次煙氣除塵系統是指轉爐煙氣凈化回收以外的各揚塵點的煙氣收集和除塵。其中包括轉爐兌鐵、轉爐吹煉、吹氬站、鐵水扒渣站及鐵水倒罐站等的煙氣除塵。
　　煙氣除塵所用的風機主要有4-73型、JY5-44型及5-51型。
　　4-73型為通用型，從№8~28共12種規格。其性能范圍：流量16156~680000m3/ h，壓力1400~5423Pa，功率18.5~1250kW，轉速480~1450r/min。
JY5-44型引風機從№16~31.5共12種規格，其性能范圍：流量1893~397000m3/ h，壓力1922~10931Pa，功率75~1000kW，轉速580~1450r/min。
5-51型風機從№8~29.5共20種規格（包括引風機共40種規格）。該型風機的主要特點是具有可調節進風口、高強度耐磨葉輪、防漏油軸承箱及關節式軸向調節門等*的技術。其性能范圍：流量9900~583000m3/ h，壓力1468~10095Pa，功率15~1600kW，轉速480~1450r/min。
5、鋼廠動力站用離心式壓縮機
　　動力站用離心壓縮機的典型產品是沈陽鼓風機廠生產的DH型和SVK型壓縮機。
　　DH系列為雙軸4級等溫壓縮機，其主要型號為DH35、DH63、DH71及DH80等。主要性能范圍：流量6000~58000Nm3/min，出口壓力617~666.9kPa，功率650~5100kW，轉速7784~18982r/min。
SVK離心壓縮機是在引進技術的基礎上開發的。主要特點是整體組裝式結構，壓縮機、齒輪箱、中間氣體冷卻器及潤滑油系統用1個公用底座。進口設置有進口調節葉片，是優化壓縮機非工況點運行性能的的方法。進口調節葉片根據現場實際運行情況自動調節，可以在氣流變化中實現壓縮機出口的定壓輸出。主要性能：流量2000~36000m3/ h，壓比2~17。
6、化鐵爐用風機
　　除鋼鐵冶煉工藝過程中需用風機外，一般機械鑄造工廠常用的化鐵爐（如沖天爐、油爐及煤粉爐等），都需用鼓風機（高壓通風機或鼓風機）壓送足夠的空氣加以助燃。
　　其典型代表產品是吉林市鼓風機廠生產的H10-13及湖北省風機廠生產的HTD系列化鐵爐風機。
H10-13是高壓離心通風機，是為卡腰沖天爐所需性能而設計的，適用于化鐵率5t/h以下的卡腰沖天爐鼓風。共有№6、№6.3、№6.9及№7.5共4種規格，其性能范圍：流量1690~6980m3/ h，壓力8973~15103Pa，功率15~37kW，轉速2940r/min。
　　HTD系列離心鼓風機可配用0.5、1、2、3、5、7、10及15t/h常見的各種爐型的化鐵爐。其性能范圍：流量12~300m3/ h，壓力6860~27450Pa，功率5.5~185kW，轉速2900~5750r/min。
7、高爐煤氣余壓回收透平發電裝置
　　高爐煤氣余壓回收透平發電裝置（Top Gas Pressure Recovery Turbine，簡稱TRT裝置），是利用高爐爐頂煤氣壓力能經透平膨脹作功，驅動發電機發電的能量回收裝置。TRT裝置既回收了原減壓閥泄放的能量（約占高爐鼓風機所需能量的30%），又凈化了煤氣，并且改善了高爐爐頂壓力的控制品質。
　　其產品是陜西鼓風機廠生產的TP系列，性能范圍：流量1360~1916m3/ h，壓力2.03~2.5kPa（進口），1.09~1.153kPa（出口），功率2770kW，轉速3000r/min。
二、未來的發展趨勢
　　冶金工業所用的風機種類盡管有許多種，但相對來講有一定難度，能代表風機設計制造水平的可分為3種，即軸流式壓縮機、燒結引風機和高爐煤氣余壓回收透平發電裝置。下面就以這3種風機為例探討其未來的發展趨勢。上述這3種風機，總體來講國外的技術水平高于國內，國外的*技術水平就是國內應積極努力的未來發展趨勢。
1、軸流式壓縮機
　　軸流式壓縮機具有效率高，容量大，性能調節范圍寬等特點。目前國外1000m3以上的高爐皆采用軸流壓縮機。作為高爐鼓風用的軸流壓縮機，其流量已達10000m3/min，壓力達0.69MPa,功率已達70000kW。
　　國外生產軸流壓縮機的主要廠家有瑞士蘇爾壽公司、德國MANGHH、日本三菱重工株式會社、川崎重工株式會社和美國愛利奧特公司、DRESER-RAND公司。國內陜西鼓風機廠生產軸流式壓縮機。
瑞士蘇爾壽公司的軸流壓縮機具有*的設計結構和良好的氣動性能（整機多變效率為87%~91%，zui大流量和zui小流量可調范圍達1倍多），以及*的高度三化水平和電子控制系統。其結構特點是：機殼為水平剖分型，由灰鑄鐵（或鑄鋼）制成，排氣側設計承壓值可達0.7~1.2MPa，轉子為等內徑型，多級節盤式結構，動、靜葉片皆采用修正了的美國NACA原始葉型。采用全靜葉可調結構比固定靜葉型的壓縮機，流量范圍可擴大1倍。該公司生產的ARI系列軸流-離心復合式等溫壓縮機的流量范圍為1400~7500 m3/min，壓比為7~11。該產品具有較高的技術水平。
　　近年來，為了提高軸流壓縮機的效率，蘇爾壽公司采用混合反動度設計方法改善了級間匹配。減少動葉葉頂與機殼間間隙也能提高壓縮機性能和效率。在降低軸流壓縮機噪聲方面，國外多放在隔聲、消聲上，其措施是：（1）采用加厚鑄造機殼，減弱噪聲散射；（2）采用隔聲罩和消聲器，減少噪聲擴散。
　　利用電子計算機作為調節的中樞指令系統，實現軸流壓縮機的調節自動化，運行*化。
2、燒結引風機
　　燒結引風機作為燒結機配套的主抽煙機，其耗電量大約占燒結廠總耗電量的50%以上。又因其輸送的介質為燒結煙氣，含塵量大，因此，提率，降低能耗，加強耐磨措施，提高使用壽命，仍是燒結引風機的主要技術課題。
　　燒結引風機的風量取決于燒結機的燒結面積；壓力取決于燒結料層的厚度。
燒結機的大型化（已可生產1000 m2的燒結機）和厚料層（已達700 mm），促使燒結引風機向大風量、高負壓方向發展。燒結引風機的zui大流量為40000 m3/min，zui高壓力為19620Pa，zui大功率為14500kW。
　　由于制造工藝條件和運輸條件等因素的限制，特大型燒結機配套的燒結引風機往往采用雙機并聯形式。
　　燒結引風機的耐磨措施：
　　（1）鋸齒形中盤 不僅可以改善葉輪出口氣流分布和降低GD2，而且可避免煙氣對中盤的沖刷；
　　（2）葉片上裝有可更換的耐磨襯板（襯板表面堆焊碳化鎢）；
　　（3）由可更換的錐盤保護中盤不受磨損；
　　（4）機殼裝有渦形襯板和側襯板；
　　（5）表面涂覆 涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆樹酯、石英粉加水玻璃等涂料；
　　（6）表面強化處理 表面堆焊、熱噴涂、滲硼、激光表面硬化和高頻淬火等。
　　目前，國外正在進行關于燒結引風機氣動設計計算的二相流（固體微粒和燒結煙氣）的研究，試圖從空氣動力學方面來進一步解決燒結引風機的磨損問題。
3、高爐煤氣余壓回收透平發電裝置（TRT）
　　該裝置發展zui快、水平zui高的是日本。據1987年資料統計，1500 m3 以上的高爐共47座，安裝了38套TRT裝置；2000 m3以上的高爐共38座，安裝了35套TRT裝置。目前無論是TRT裝置的質量、數量，還是效率，日本都處于地位。
　　隨著高爐向大型化和高壓爐頂方向發展，國外TRT裝置隨之向干式、軸流型及靜葉可調方向發展。
　　軸流型透平轉子一般為2級或3級，多采用反動度為50%的葉型，動葉片采用抗腐蝕疲勞強度的SUS630不銹鋼。機殼用鋼板焊接而成，亦可用高強度鑄鐵制成，一般為徑向進氣，軸向排氣（亦可下部徑向排氣）。軸封一般采用氮氣密封，近來亦有采用非接觸機械密封。
　　國外軸流型 TRT裝置，大多數采用靜葉角度調節方式，以擴大工況范圍，有利于減少噪聲，提高膨脹透平的可靠性，并且不會影響高爐壓力的波動。