马钢m高炉热风炉工艺说明(审阅稿).doc

马钢1#2500m3高炉热风炉工艺说明第一章 概 述 热风炉是高炉主要附属设备之一，它将鼓风机送来的鼓风(180)加热(至1150l200)，并按高炉需要的风温稳定连续地供给高炉。 高炉使用热风使炉况改善，并且热风带入的大量显热替代了作为发热剂的部分焦炭，从而增产、降焦、提高生铁质量和降低生铁成本。不断提高鼓风温度是保证高炉强化、降低焦比的重要措施。风是高炉冶炼过程的物质基础之一，同时又是高炉行程的运动因素，风温、风压的稳定均匀对高炉冶炼至关重要，换炉操作时应尽量减少风压和风温波动，严禁造成断风。高炉正常生产时一旦断风有可能造成风口灌渣甚至其他恶性事故。 在加热鼓风中热风炉是关键设备。换热式热风炉由于其热效率低已被淘汰，目前普遍采用的是蓄热式热风炉。由于蓄热式热风炉是燃烧(加热)和送风(冷却)交替工作，为保证向高炉连续不断地供给热风，每座高炉至少要配两座热风炉，一般每座高炉有三座热风炉，为了使设备结构不过于庞大和实现交错并联送风现代大型高炉一般均配四座热风炉。第一节 马钢2545m3热风系统简介 马钢2500m3，高炉热风系统基本上套用了宝钢4063m3高炉热风炉系统的形式，与马钢目前一铁总厂中小型高炉所采用的热风炉系统有很大差别，首先是热风炉的型式采用了新日铁式的外燃式热风炉，而不是马钢一铁总厂中小型高炉现在所用的考贝式内燃式热风炉，另外热风炉的配置座数也由传统的每座高炉配3座热风炉增至每座高炉配4座热风炉，并且增设了高炉煤气预热和助燃空气预热等先进的工艺装置。1.1.1新日铁式外燃式热风炉的特点 早在1910年，德国人FrangDahl就提出了降蓄热室和燃烧室分开的设想，以进一步提高热风炉热效率和延长热风炉的使用寿命。但是直到五十年后，才从理论上过渡到实际生产中成为现实，并相继发展成地得式、科珀斯式、马琴式三种基本形式。七十年代日本人在引进西方技术的基础上，综合科珀斯式和马琴式的特点，发展成了种新的热风炉形式一一新日铗式外燃式热风炉，如图l所示； 新日铁式外燃式热风炉的主要特的点在于，蓄Fig.1.新日铁式外燃式热风炉热室上部有个锥体段，使蓄热室拱顶直径缩小至和燃烧室拱顶直径大小相同，拱顶直径减小使拱顶下部耐火砖所承受的荷重减小，从而可以减少由于高温蠕变引起的拱顶耐火砖的变形，提高结构的长期稳定性。另外，拱顶直径缩小也有利于砌体的稳定，拱顶柔性结构吸收了部分水平和垂直位移，提高了寿命。由于燃烧室和蓄热室对称的拱顶结构，有利于烟气在蓄热室中均匀分布，因而可以提高热风炉的传热效率，从根本上解决内燃是热风炉隔墙短路和煤气分布不匀限制大型化的问题。1.1.2热风系统的平面布置108004500145001450014500303030煤气入口中心线30高炉中心线1#2#3#4#蓄热室中心线燃烧室中心线 Fig2马钢2500m3高炉热风炉系统的平面布置1.l.3热风炉的主要技术性能 a、设计条件 送风量 最大5500m3min送风温度(围管处) 1150，最大l200拱顶温度 1350烟道温度 250，最大350冷风温度 180左右燃 料 高炉煤气+焦炉煤气(10，最大，已不用)b、主要技术参数热风炉座数 4座格子砖型式 7孔高效格子砖单位体积格砖加热面积 38.06 m2m3格砖通道面积 0.409 m2m3格砖全高 35m其中 硅质格子砖 8.5m 高铝质格子砖 10.0m 粘土质格子砖 16.5m一座热风炉格子砖加热面积 58000 m2座一座热风炉格子砖重量 1951.4t/座1m3炉容格砖加热面积 91 m2m3lm3炉容格砖重量 3.04tm31m3min鼓风对应格砖加热面积 42.15 m2m3lm3min鼓风对应格砖重量 1.41tm3.min蓄热室断面积 (7500) 44.18 m2燃烧室断面积 (3740) 10.99 m2热风炉全高 53.030m高径比 蓄热室 5.932（H53030/8900） 燃烧室烟囱高 80m1.l.4热风系统配置及特点 2545m3高炉设计配置了4座新日铁式外燃式热风炉，较之马钢目前的中小型高炉，多配置了一座热风炉。什么原因呢?由于热风炉属于交替性的工作，按照其正常的工作状态来说，就有燃烧、送风，休止等，因此一座高炉至少要有3座热风炉。然而据调查表明，一座高炉配置三座热风炉时，如果一座停炉检修的话，就有两个炉子工作，此时的燃烧能力仅仅是三座热风炉工作时燃烧能力的50，相当于降低数百度的风温，很大程度上限制了高炉的生产能力。但是如果一座高炉配置4座热风炉，仅有三座工作就可保持其全部工作能力，在三座热风炉工作的情况下，降低的风温可以通过提高废气温度（在不超过废气温度上限的条件下)来弥补。 另外，配置四座热风炉也为送风制度中的并联送风和交错并联送风提供了可能。 热风炉系统由热风炉本体和管道各阀门以及高炉煤气，助燃空气预热装置、助燃风机、加热装置等组成。 不包括助燃风机和风门，热风炉系统共有各种控制阀门97个。 煤气和助燃空气的预热装置采用分离式热管换热器，助燃空气和高炉煤气经预热后，温度可分别达到146左右和135左右，排出的烟气温度约为150。 为了方便检修，燃烧室侧设置了205t桥吊，蓄热室侧设了l0t电葫芦，两室之间各设置了3t电葫芦一台，以实现各阀门吊运。第二节热风系统工艺流程 马钢2545m3，高炉热风系统工艺流程图，如图3所示： 由助燃风机输出的助燃空气和高炉煤气管道输出的高炉煤气经过分离式热管换热器预热后，沿助燃空气主管和高炉煤气主管，经各热风炉的助燃空气支管和高炉煤气支管进入燃烧室的陶瓷燃烧器，另外，焦炉煤气经焦炉煤气主管和支管也进入陶瓷燃烧器（拆除不用），在燃烧期，焦炉煤气（不用）、高炉煤气和助燃空气经三孔式陶瓷燃烧器混合燃烧，燃烧烟气由燃烧室，拱顶联络管，进入蓄热室，烟气穿过格子砖，进行热交换，最后经蓄热室下部的烟气出口进入烟气总管，经烟囱排出。 为了确保陶瓷燃烧器安全工作，在进煤气管上设有N2吹扫装置。 在拱顶温度或烟气温度达到设定值后，该热风炉进入拱顶温度管理期或废气温度管理期，在燃烧期结束后，可以进入送风期。 在送风期，冷风鼓风机，经加湿装置，沿冷风总管，再到各热风炉的冷风支管，进入蓄热室，穿过格子砖、拱顶联络管，进入燃烧室，完成热交换，成为热风，最后沿热风支管，进入热风主管、热风围管，送入高炉。 在各气体管道上，都设有切断阀门、调节阀，以及燃烧阀和放散阀等各类阀门，进行控制调节。思考题 1、热风炉系统在高炉生产中的作用和影响。 2、马钢2545m3高炉的热风炉的型式和特点。 3、马钢2545 m3高炉热风炉的主要技术性能(风温拱顶温度，lm3炉容格砖加热面积和重量等)。 4、请画出热风炉系统的工艺流程简图。第二章 热风炉结构第一节 热风炉基础和金属结构2.1.1热风炉基础 随着高炉炉容的扩大和风温的提高，热风炉的蓄热面积大大增加，耐火砌体的重量也有增加，热风炉基础承受的负荷也随之增加，这些荷重通过基础的地下部分均匀地传递到土壤为保证热风炉的生产，基础不能发生过分的沉降和不均匀的下沉。 热风炉组4座热风炉共有一个基础，用钢筋混凝土浇注，为扩大基础的底面积，基础的地下部分带有底盘。 为了克服热风炉基础设计中存在的因热风炉底板上翘，造成地脚螺栓被拔起的问题，以及防上由于底板变形引起漏风，在基础设计中改进了地脚螺栓的固定方式，在热风炉下部设置加固的钢圈，地脚螺栓伸长到基础钢圈上面，直接与炉壳钢圈相连按。如图4所示。 另外，炉底结构采用了如下一些措施： a、增加炉底板钢度，炉底板厚30mm，在炉底板上焊上大型工字钢，再浇注一层500mm厚的钢筋混凝土。b、炉底板与炉壳直筒段采用弧线连接，以适应高压气体作用的形状。 c、炉底板下部的基础面上铺有经过烘干的砂子，既方便施工，还可作为缓冲层吸收炉壳膨胀反力。下段炉壳(6带)安装完毕后，从底板上的灌浆孔向底板下进行压力灌浆，使炉底和干砂接触紧密。 直接支撑蓄热室350层格砖重量的是31根炉篦子支柱。炉 图4 蓄热室底部结构篦子采用托粱式结构，依靠下部支柱上的二根横梁支承，横梁间用螺栓固定。炉篦子支柱用楔铁、螺栓找平、定位。 炉篦子 厚330 mm 孔径 每个蓄热室 材质为 44mm 32块 QT500-7 托粱 高420mm 每座蓄热室48根 材质为QT500-7 支柱 34035mm 每座蓄热室31根 材质为QT500-72.1.2炉壳2.1.2.1炉壳 2545m3高炉热风炉的炉壳，除承受自身重量外，还要承受锥台以上的砌体，内衬通过砖托传给炉壳的重量，另外，热风炉内的高温和高压作用也使得热风炉炉壳的工作条件恶劣，当然，似这样高达五十多米的庞然大物；还要受到风的负荷，因此，热风炉炉壳采用了晶粒细、具有较高耐应力腐蚀能力的低合金结构钢BB502，每座热风炉45带炉壳，4座热风炉的炉壳总重达1602t。 热风炉拱顶和园柱形过度部位，以及联络管与拱顶的过度部位的结构比较复杂，容易产生应力集中，因此设计时都按照压力容器的原则，将炉完转折点都采用曲线连接，以减少应力集中。 高温区炉壳在制造厂加工焊接(2545m3高炉热风炉的高温区炉壳是在江南造船厂制造焊接的)，并整体退火以消除内应力，工地焊缝在施工结束后也进行退火处理。 炉壳内有喷涂层的部位都在炉壳内焊有喷涂锚固件。2.1.2.2晶界应力腐蚀及共防护措施 高风温热风炉的炉壳，在应力的作用下受酸性液体的腐蚀而开裂，其裂纹一般是沿着原奥氏体晶粒边界进行的，称为晶界应力腐蚀。 经调查研究发现，热风炉中同时出现下列因素时，将引起应力腐蚀开裂： a、由于热风炉砌体的绝热良好，使得炉壳温度会在露点以下，热风炉炉壳及热风管道内形成冷凝液；b、提高拱顶温度，氧的浓度及延长气体的停留时间都会使得NOx(NO,NO2)的浓度升高，同时冷凝液中的硝酸根浓度增加，而材料在承受应力的作用下，当硝酸盐这种特定介质以离子状态存在时，就会产生应力腐蚀；c、热风炉使用的煤气含有硫，它是燃烧反应物中形成硫的氧物的根源，在SOx(S02，S03)介质的侵蚀下，冷凝液溶解三价铁，在冷凝液这种酸性介质和三价铁离子的作用下，大大加快了应力腐蚀开裂的速度；d、炉壳焊缝热影响区内存在残余应力；e、材料承受拉应力，而且在燃烧和送风周期变化中还受缓慢变化的疲劳应力的作用。针对晶界应力腐蚀形成的种种原因2545m3高炉热风炉在设计时采取了相应的防护措施：a、如果炉壳内壁温度不低于150，就不会形成冷凝液，当然也就不会被酸液所侵蚀。对此，马钢采用宝钢一号炉的办法，将高温区炉壳的外面包裹一层铝板，铝板与炉壳之间填充一层保温棉，以维持炉亮温度150250之间；b、在炉壳内壁涂一层耐酸涂料ACT-250，它是由石墨、煤焦油、环氧树脂等组成，只有在涂层暴露在250以上的温度下，以及有些地方涂层过薄时，才会出现应力腐蚀；c、在涂完ACT-250后，再喷涂一层耐酸可塑料HAN-130；d、尽量降低燃料中焦炉煤气所占的比例，因为它含硫高；(但这一点又与搞煤气富化，提高煤气发热值相矛盾，马钢计划使用转炉煤气)；e、高温区炉壳进行整体退火，并采用曲线连接，以消除应力。2.1.3拱顶联络管的柔性结构在温度和风压的作用下，燃烧室和蓄热室两拱顶间会产生周期性的相对位移，造成拱顶联络管和拱顶连接处应力集中，严重时使该处焊缝开裂漏风，这种荷载是膨胀器所不能承受的，因此，在蓄热室及燃烧室拱顶上增加了拉粱和环粱。热风炉炉内压力随着送风期和燃烧期的更迭而产生反复荷，使燃烧室和蓄热室之间产生水平位移，为了保证砌体稳定，相对位移量应当控制在一定的水平之内。为了吸收水平和垂直位移，在蓄热室和燃烧室的联络管上装有波形膨胀器，膨胀器两端设有加强板，两加强板之间用张力拉杆加以固定，使二拱顶闻形成柔性结构，如图5所示。图5 拱顶柔性连接1-加强板； 2-张力拉杆；3-波形膨胀器；4-环梁 第二节 热风炉耐火材料及砌体结构2.2.1 热风炉耐火材料的破损机理 在热风炉中，燃料燃烧产生的高温火焰和燃烧产物，直接冲刷炉墙、拱顶的耐火砌体，这是耐火材料内衬破损的原因之一；第二，煤气中的灰尘，与耐火材料产生化学反应；第三，格子砖和炉墙受载荷的长期作用而变形等，引起砌体的破损。 砌体受高温作用，内表面温度高，外表面温度低，内部膨胀大，外部膨胀小，因此砌体内部受压应力，而外部受拉应力。这样，荷重及膨胀应力就集中在砖的内表面，使得砖的内表面被局部压坏，造成砖表面热剥落以及砖缝开裂，使砖墙或拱顶砌砖下沉。 燃烧产物中灰尘与砖起化学反应，形成低熔点化合物，在高温下熔融，在大型高炉的热风炉中，由于温度更高，这种剥落现象比较严重。 不同材质的耐火砌体，受侵蚀物质化学反应的侵蚀结果不同，粘土砖会在其表面反应层形成玻璃质的保护膜，使得内部侵蚀减少，而高铝砖和硅砖由于产生的低熔点生成物被其内部吸收，因此内部的变质层有增高的倾向。 最近几年对热风炉耐火材料破损机理的调查研究表明，导致拱顶下沉、格子砖下陷等事故的主要原因，是耐火砖在使用温度的长期荷载作用下产生了变形收缩，即所谓蠕变变形损坏，还有不同材质的不均匀膨胀，造成挤压和剪切损坏，而煤气含尘的化学作用，煤气在蓄热室内继续燃烧以及格砖过热等破坏作用，则下降到次要地位。因此，对耐火砖在使用温度下的蠕变变形率的要求和合理预留膨胀缝愈来愈引起人们的重视。2.2.2热风炉耐火材料内衬的选择 选择热风炉耐火材料时，应综合评价耐火材科的质基指标，如耐火度，荷重软化点、蠕变性、抗压强度、抗剥落性，热容量、气孔率等，根据砌体的工作温度，操作条件不同的使用部位，选择不同材质的内衬耐火材料。 热风炉的高温部位，包括拱顶、燃烧室上部、蓄热室上部格砖及炉墙，以拱顶温度为标准，耐火材料的耐火度及蠕变性均应高于拱顶温度。因此，在这些部位选用了高温蠕变率小，体积稳定的硅砖。 蓄热室中、上部，选用了体积稳定、蠕变小的优质高铝砖HRL-65a和HRL-55。 蓄热室下部，由于温度较低，采用了价格便宜，抗压强度较好的粘土砖。 燃烧室下部温度波动相当大，选用体积稳定性好，热膨胀小的高铝硅HRL-75。 马钢2545m3高炉热风炉耐火材料内衬，见图6。 2.2.3热风炉耐火材料砌体的结构特点 2.2.3.1相互独立的砌体结构 拱顶、锥体部、大墙砖连接管道，格子砖砌体等均为相互独立的砌体。拱顶和锥体砖分另别座落在砖托之上，通过砖托把上部荷重传至炉壳，这样就可以避免由于工作温度不同引起砌体不均匀膨胀所造成的砌体破坏，加之炉壳采用曲线连接，受风压的影响变形很小，不会造成砌体的破坏。为了防止独立砌体间窜风，该部位采用迷宫式结构，如图7。砖托下部填充有碳化硅，利用其导热性良好的特点，迅速将砖托部位的热量通过炉壳放散至大气，以此来维护砖托的强度。2.2.3.2采用炉壳喷涂技术 在热风炉炉壳内表面，大部分都有一层喷涂层，蓄热室从其中部(标高22390mm)以上至标高33210mm，燃烧室自其底部混凝土以上至标高43450mm，都全面进行了60mm厚HCN一130喷涂。蓄热室标高33217mm以上，燃烧室标高43450mm以上喷涂60mm厚的耐酸喷涂料HAN-130。在蓄热室下部(标高22390mm以下)虽然没有喷涂层，但在紧贴其炉壳内表面上都贴有73mm厚的矿棉毡。热风管道内也都喷有12层喷涂料HCN一130和HCL-130。图6热风炉内衬结构图这些材料一般具有热膨胀系数小，导热系数小以及耐熟落性能和整体性能均好的优点，因此具有良好的隔热保温作用，纤维质材料兼有吸收砌体热膨胀的功能，同时可以提高炉子的气密度，对炉壳也有一定的保护作用。 为了使喷涂料在炉壳上附着牢固，炉壳上有喷涂层的部位都焊有各式锚固件。 2.2.3.3异形砖和组合砖的使用 为了提高内衬砌体的结构稳定性，在高温区分别采用了大块砖、带凹凸形砖和阶梯状砖等，在开口部位则用各种型号的异形砖组合砌筑，称为组合砖，组合砖和标准砖连接处配置花瓣状异形砖，以加强结构稳定性，对提高热风炉使用寿命有着重要的作用；同时也方便施工，保证砌筑质量，图8是热风出口处组合砖的一个断面图。 马钢2545m3高炉热风炉有33种孔口，共191个孔口使用了组合砖大致有l958个型号。 所有异形砖和组合砖都在耐火材料厂制造，并经过预组装后，编号装箱，施工时按编号就位砌筑。2.2.3.4加厚保温层，预留膨胀缝 热风炉砌体的保温层比较厚。以燃烧室为例，炉墙绝热层都由四环膈热砖 图8组合砖结构示意图组成，若将喷涂层也计算在内的话，保温层都在六层以上，增加绝热层厚度是降低炉壳温度，减少热损失的有效措施。 砌体内温度的波动及温度梯度是砌体内产生热应力的原因，应力随温度差的增加而变大。但是在1000以上的高温下，耐火砖失去弹性，而变成塑性体，应力就会消失。因此在1000以下，热膨胀被限制时产生的应力应该特别注意。 一般情况下，砖缝灰浆是以通过变形来减小应力的，但是这务必会增加灰缝的厚度，这又会降低砌体的强度，因此，减少砌体内应力的办法通常是设置膨胀缝。 合理预留膨胀缝是保证砌体稳定的耍要条件。膨胀缝的大小，按能吸收l00的理论膨胀量来决定，不考虑由于灰浆压缩所吸收的膨胀量，在砌筑中，要在膨胀缝内填以发泡苯乙烯(高温下消失)，以保证其尺寸和防止杂物进入，高温部位的膨胀缝填以陶瓷纤维。 在温度不太高的区域，如蓄热室下部，用粘贴的纤维毡来吸收砌体的径向膨胀，高温区砌体膨胀量大，预留了环形膨胀缝，另外，对于膨胀量大的硅砖及轻质硅砖，除预留环形膨胀缝外，还预留了辐射膨胀缝。2.2.3.5高效格子砖 采用七孔型蜂窝砖，如图9所示，其主要特性如下；单位体积格砖加热面积 f=38.06m2/m31m2断面上格孔占面积 =0.409 m2/m21m3格砖中砖占体积 1-=0.591 m3/m3格孔流体直径 d=0.043m格砖当量厚度 s=2（1-）/f=0.031m一块压三块，A、B、C三种方式交替进行，使整个蓄热室格砖成为一个整体，可以有效地防止格砖的倾斜位移，为了吸收格砖的径向膨胀，在每两块之间都留有膨胀缝用发泡苯乙烯充填。图9粘土质格子砖2.2.3.6三孔式陶瓷燃烧器 这种燃烧器下部有三个环形流路，中央部分是焦炉煤气通道，外侧是高炉煤气通道，中间是助燃空气室。煤气和助燃空气分别单独进入燃烧器，不在炉外预混合。燃烧器上部设有分布板，三种气体被切割成较小的流股，从喷口中喷出而混合燃烧。如图l0。 由于采用低热值煤气将高热值煤气包围在中间燃烧的方法，气流混合均匀，火焰较短，因而避免了高温气体对大墙砖，特别是热风出口砖的影响；其次，三种气体被切割成较小的流股混合，比之于在煤气管中进行混合控制效果来得快，提高了应答性。燃烧器用耐火砖砌筑而成。上部温度波动范围大，采用耐热震性良好的高铝青石砖，下部用防水性良好的致密粘土砖。为了提高燃烧器结构稳定性和防止煤气从炉墙窜漏，其下部采用四面带凸凹的特异形砖，上部用二面凸凹的异形砖砌筑，另外，在高炉煤气 图10三孔式陶瓷燃烧器的孔道示意图通道内 侧还镶有金属保护板和耐火纤维毡，以防高炉煤气中碱性物和水等的不利影响以及煤气流直接冲刷管道内衬。2.2.4热风管道结构 从热风出口出来的热风，经热风支管，热风主管、热风围管、送风支管，最后由风口送入高炉。 由于热风管路是由耐火砖层、绝热砖层、不定形耐火材料作内衬，热风管道内又有高温、高速的气流流动，耐火砌体受温度、压力的影响，膨胀是在所难免的。因此沿着热风管道长度方向分段设置膨胀缝，其间隔为24 m。膨胀缝的大小可根据耐火砖的线膨胀分数确定，马钢2545m3高炉热风管道中的耐火砌体膨胀缝大小不等，一般在1020mm左右。 热风管上装有热风阀，为了方便热风阀更换，在管道上(热风阀与燃烧室之间)装有波形膨胀器及液压千斤顶座。热风支管与热风炉的连接部分，及其与热风主管的连接部分容易掉砖，烧红管壳，我们除了加厚喷涂和隔热砖外，还采用了组合砖砌筑。在其它的三叉口处也同样采用了组合砖砌体。在管道的砌筑方法上，采用了把管道部分的砖按圆 周方向成通缝砌筑，使轴向负荷在管道的圆周方向均匀传递。另外，在热风主管的各热风支管间以及热风围管之前，也设置了吸收管壳膨胀的膨胀器，外侧设置支柱和张力拉杆，防上位移。具体布置见图l1。 热风管道内砌的基本结构见图12。 具体各管道内衬见表1。图12 热风管道的内衬结构序号名 称管道内气流速度m/s管道内径mm钢壳外径壁厚mm耐火材料厚度mm耐火材料材质（厚度mm）备注1冷风总管221600162412外保温2热风炉附近冷风总管172000202412外保温3冷风支管221600162412外保温4充风管4004168外保温5混风管171100112414外保温6热风主管551880282814246814460HRL-65H(140)LG-0.6(114)HNG-0.5 (114)HCN-130(55)HCL-130(30)7热风支管601600246814420HRL-65H(140)LG-0.6(114)HNG-0.5 (114)HCN-130(45)8热风围管1880282814460HRL-65H(140)LG-0.6(114)HNG-0.5 (114)HCN-130(55)HCL-130(30)9助燃空气主管302000202010外保温10助燃空气支管251600162010外保温11高炉煤气主管252000202010外保温12高炉煤气支管201600162010外保温13焦炉煤气总管1010001016814焦炉煤气支管20500516815烟道总管17450048201080+70喷HCN-130(80) 喷HCL-130(70)16烟道支管171600192412138灌HCN-13017排风管4004168 8168外保温18氧化锆引管4004168外保温19思考题1、请画出炉篦子支撑结构示意图2、什么叫晶间应力腐蚀?通常产生于什么部位。3、近年来研究表明，导致拱顶下沉、格砖下陷、三叉口掉砖等事故的主要原因有哪些。4、马钢2545m3高炉热风炉砌体结构主要有哪些特点?5、陶瓷燃烧器的结构特点。第三章 热风炉主要设备 根据热风炉周期性工作的特点，可将热风炉设备分为控制燃烧系统的阀门及其装置，以及控制送风系统的阀门两类。 控制燃烧系统的阀门及其装置的作用是把助燃空气及煤气送入热风炉燃烧，并把废气排出热风炉。它们还起着调节煤气和助燃空气的流量，以及调节燃烧温度的作用。当热风炉送风时，燃烧系统的阀门又把煤气管道、助燃风机及烟道与热风炉隔开，以保证设备的安全。 送风系统的阀门将鼓风送入热风炉，并把热风送入高炉。其中一些阀门还起着调节热风温度的作用。 热风炉设备配置情况示于图13。 热风炉燃烧系统的阀门有：空气燃烧阀、高炉煤气燃烧阀、高炉煤气切断阀、高炉煤气放散阀、焦炉煤气燃烧阀、焦炉煤气切断阀、吹扫阀(N2)、焦炉煤气放散阀、空气调节阀、高炉煤气调节阀、焦炉煤气调节阀以及烟道阀等。除高炉煤气放散阀、焦炉煤气放散阀及氮气吹扫阀以外，其余阀门在燃烧期均处于开启状态。 热风炉送风系统的阀门有：热风阀、冷风阀、混风阀、混风调节阀、均压阀、排压阀及冷风流量调节阀等，除均压阀和排压阀外，其余阀门在送风期均处开启状态，在燃烧期均处于关闭状态。 此外，我们还有倒流休风阀以及高炉煤气和助燃空气预热系统的切断阀和旁通阀等。 马钢2645m3高炉热风炉系统计有阀门97个，其中，每个热风炉拥有l6个电动切断阀，4个电动调节阀。 热风炉系统还有助燃风就两台、分离式热管换热器两台，另外还设有20t吊车一台，电葫芦两个以用于检修时更换阀门。第一节 热风炉的阀类 对热风炉系统各阀门及其传动装置的工艺要求：a、阀门及其传动装置必需是工作可靠，并能承受一定的压力和温度的作用；b、所有阀门与管道的联结必须具有良好的密封性能，使漏气的可能减为最小；c、设备结构均应尽量简单以方便检修和操作；d、有电动的机械都应具备手动操作的可能性。3.1.1热风阀热风阀设置在热风出口处，起到切断热风炉与高炉之间联系的作用。型式为切断阀，又称闸阀。近年来，随着高炉炼铁技术的发展，热风温度不断提高，以及高压操作的采用，热风阀的工作条件愈来愈严酷，已成为高炉设备的薄弱环节之一，因而也是高炉的关键设备之一。目前热风阀均采用水冷闸板阀，热风阀结构的改进方向是加强阀板及阀座的冷却，提高冷却水的质量，加快冷却水的流速；阀板与阀座采用薄壁结构，改善材质；改善阀板与阀体的工作条件，与热风接触的部位尽量采用耐火材料隔热。马钢2545m3高炉采用的是秦皇岛冶金伐门总厂研制的竖型全水冷式热风阀、阀箱，阀盖密封部位，阀板都有各自的水冷管路，冷却水质使用工业净水，阀板和阀座均采用薄壁结构，钢板抗疲劳性能良好，而且阀箱、阀盖和阀板均涂注了高铝质不定形耐火材料。1700热风阀结构见图14。热风阀的冷却水座圈为一矩形的箱形焊接结构图l6。图16 热风阀冷却水座圈 座圈断面壁厚随热应力变化而变化，水圈内侧上方靠近阀板处，设有高速冷却水小腔，从Dg950冷水进水管出来的冷水首先进入高速冷却水小腔，称为一次冷却，然后冷却水沿此两小腔(中间设隔板隔开)绕阀座内圈向下流动，在阀体最下部的两个较大的空腔处汇合，然后向上流经阀箱上部的出水口，排出。 水圈是热风阀的关键部位。 热风阀阀板由两块直径为l920mm，厚度为25mm的钢板组成，两块钢板当中夹焊着高度为40mm，厚度为25mm的双螺旋钢板，在阀板的外圈焊有与阀箱底圈同种材质的第一级冷却水圈，经这样组合焊接之后，阀板便成为一个钢度较大的封闭结构，如图17图17 闸板水圈 由图可见，阀板的冷却水通过Dg50的进水管，将水送入阀板的第一冷却水圈，然后按图示箭头方向，由外向内，沿着这种“蚊香型”的冷却水道，再由内向外进行冷却，最后通过Dg50的排水管流出。这种冷却方式的优点是：水路断面均等，流速相同，有效地避免了水中杂质的沉积。另外，螺旋筋板是两面焊接，焊缝紧密，因此不会使冷却水短路。 阀板的启闭由安装在阀板上的进出水管作为阀杆带动的，为了防止高压气体泄漏，在阀盖与阀杆之间设有密封装置，l700热风阀，在阀杆与阀盖填料盒之间的密封采用了浮动式密封结构，如图l8所示。图18 浮动式密封结构。 这种密封由三组密封环组成，外面用弹簧拉紧，与阀杆的接触面开有环形槽，使之成为迷宫结构。当阀门启闭时，密封环不仅保持与阀杆紧密接触，而且还可随阀杆作垂直移动。浮动密封主要是通过迷宫浮动圈以及O形硅橡胶圈来实现的。 在三组密封环的上部有一密封圈座环，该座环的上面的外圆均嵌有橡胶O形密封环，在座环的下部还有一环与密封外排气阀相通的通路，以利用密封部位向外排气。 在座环的上部加设一个密封压盖填料盒，在填料盒中放五圈 (15mml5mm)柔性石墨填料，以补偿内环对拉杆的扣紧力，防 止漏气。 在阀盖的上部，还设有两个Dgl5的冷却水管，作为阀盖密封冷却的进出水管。 为了隔热、耐温、防氧化，阀体、阀板均涂注了高铝质不定型耐火材料，使阀板和底圈不直接经受高温热辐射和强烈的热风冲刷，从而大大提高了热风阀的使用寿命，同时也降低了热风阀冷却水的温差。(水温差一般5) 不定型耐火材料的涂注方法是将不定型耐火材料用水混合，混匀后进行涂注，加温硬化。 为防止耐火材料脱落，在涂注耐火材料处加焊锚固件涂好的耐火材料要有合适的膨胀缝。3.1.2 切断阀 热风炉阀门有很多是切断阀，用于切断煤气，助燃空气、冷风以及烟气等。 高炉煤气切断阀，焦炉煤气切断阀是用来将燃烧器与煤气管道切断；助燃空气切断阀是将助燃空气管与燃烧器切断，热风炉在送风期时使用切断阀将燃烧器与煤气系统和助燃空气系统切断。烟道阀使热风炉与烟道隔离。冷风阀的用途是在热风炉燃烧期间将冷风管道与热风炉隔开，当冷风管道内压力下降时，高炉内的煤气可能通过混风管渗入冷风管道，形成爆炸性气体，为避免这种情况发生，在混风调节阀与热风管道之间的混风管道上设置了混风切断阀。马钢2545m3高炉热风炉所用切断阀基本上都采用了闸板式切断阀，其基本结构如图l9所示。 闸板式切断阀用作煤气切断阀，其工作温度、压力比较低，属于低压切断阀，阀体、阀盖和阀板由ZG25和ZG35制造，密封结构比较简单，填料盒内只装石棉填料和一层油环。 用作混风切断阀，烟道阀和冷风阀、燃烧阀等的闸板式切断阀，其使用压力高，属高压切断闸阀，阀体、阀盖和阀板分别由ZG25和ZG20CrMo制成。阀体和阀盖之间的密封垫板的材质，采用与热风阀相同的材质。 这种阀的阀盖和阀板之间设有密封填料盒，阀板由阀杆顶部的链板连接传动链，经安装在阀顶部框架上的链轮导向由阀杆传动。链轮有上下各两个，以保证阀门的开启和关闭，并设有行程开关保证启闭至规定位置，传动系统设在顶部框架上是为了便于更换。阀板是楔形的，为了避免阀板在开启或关闭过程中摆动，阀板两侧设有凸块a，凸块在阀体和阀盖的滑轨b内滑动。为了使阀门关闭时，阀板严密地压在阀体座圈c上，阀体上设有可以调整的斜楔。斜楔的斜面与凸块下部的斜面接触，使阀板压在阀体座圈上。图19 闸板式切断阀1一阀体；2一阀盖；3一阀板；4一垫片；5一阀杆；6一密封填料盒；7一链饭；8一螺旋千斤顶；9一放水阀；10斜楔；11一不锈钢堆焊层；l2一硬质合金堆焊层；l3一不锈钢带；14一埋头螺钉；l5一填料盒；l6一环状套；l7一迷宫环；l8油环；l9一石棉填料；20一自浇注成形填料；21一填料盖；22一密封圈如果斜楔在阀门关闭时下降位置调整得不合适，阀板再开启时有可能打不开，这时可以利用阀门下部的螺旋千斤顶，用人工旋转螺杆，将阀板顶开。阀门的下部还设有放水阀。 闸板式切断阀用作煤气切断阀，阀座和阀板因受煤气腐蚀，为提高密封面的寿命，在阀座和阀板的接触面上，堆焊硬质合金，同时也为了耐磨。闸板式切断阀用作高压切断阀时，阀盖与阀杆之间的密封采用单层填料盒，填料盒由不锈钢制成，内有不锈钢环状套及迷宫环共四层，其上装有油环和含石墨粉的石棉填料，并用填料盖压紧。迷宫环上开有一条斜切口，如同气缸环一样，使之具有弹性，因此可以调整它与阀杆中心线间的位置，其最大位移约为3mm。表2 切换阀类序 号1234567891011名 称热风阀混风切断阀倒流休风阀冷风切断阀烟气切断阀BFG燃烧阀助燃空气切断阀BFG切断阀BFG预热切断阀助燃空气预热切断阀风机房助燃空气切断阀规 格1700110016001600台 数41148444332阀 型水冷竖阀竖型水冷闸阀竖型闸阀竖型闸阀流体介 质热风热风、冷风、高温煤气空气、烟气、BFG（高炉煤气）空气、BFG（高炉煤气）温 度Max1300Max1300250 400250压 力MPa0.440.40.01 0.440.01驱动方式电 手电 手电 手电 手行 程mm1850135016501650开阀时间 s20.51518.2318.23传动装置电动机型号YEJ100L2-4-V1（序号116个发传动装置相同）功率KW3转速r/min1420减速机总速比i电210i手2048输出转矩Nm3040输出转速r/min6.7619材质阀 体ZG20ZG25ZG25阀 芯ZG20CrMoZG35续表2序 号1213141516171819202122名 称COG(焦炉煤气)燃烧阀COG切断阀充风阀废气阀氧化锆切断阀冷风放风阀BFG阀间吹扫COG阀间吹扫BFGCOG阀间放散热风炉及预热区煤气管道放散阀规 格5005004001600/600200300250台 数444441444410阀 型竖 闸竖 闸竖 闸活塞蝶阀球 阀球 阀盖阀流体介 质COG烟气COG烟气、空气空气N2煤气BFG、COG温 度3540035400200常 温150350、35压 力MPa0.440.010.440.46/ 0.040.30.010.01驱动方式电、手电、手电、手电、手电、手电手行 程mm536536440609090开阀时间 s6637207.57.5传动装置电动机型号SMC-3/H6BCQ120-2BQ120-2B功率KW30.550.55转速r/min减速机总速比i电i手输出转矩Nm6350012001200输出转速r/min0.522材质阀 体ZG25ZG25A3QT42-10ZG25ZG25阀 芯ZG20CrMoZG25QT42-10ZG1Cr18Ni9ZG1Cr18Ni9ZG253.1.3 调节阀类热风炉需要很多调节阀，用来调节煤气流量、助燃空气流量、冷风流量，以及混风的冷风流量等。 高炉煤气流量调节阀、焦炉煤气流量调节阀用来调节进入燃烧器的煤气量。 助燃空气流量调节阀，用来调整进入燃烧器的助燃空气流量，以维持正常的空气过剩系数。 混风调节阀用来调节混风的冷风流量，使入炉的热风温度符合炉况要求。 流量调节阀一般采用蝶形阀，它只能起调节作用，不能起切断作用。如图20所示。图20 冷风流量调节阀 蝶形调节阀的主要部件为阀体、阀板和转动轴。如图2 1。 蝶形调节阀的转动轴轴承一般采用滚动轴承，它设置在密封填料外面独立的轴承座内，避免与煤气和鼓风按触，影响润滑。在填料盒内设有多层填料，内设防水及防灰的集环。由绐油管向填料加注的润滑油环分布到密封填料内。 密封填料的材质为石棉、氯丁橡胶用于介质温度低于60的蝶形调节阀。聚四氟乙烯塑料用于介质温度低于250蝶形调节阀。A-A 图21 蝶形调节阀1一阀体；2一阀板；3一转动轴；4一滚动轴承；5一轴承座及盖；6填料；7一集环； 8一给油管；9油环；3.1.4 均压阀和排压阀 热风炉从燃烧期转换到送风期，当冷风阀上没有设置均压小阀时，在冷风阀打开之前，必须使用均压阀提高热风炉内压力，否则冷风阀和热风阀打不开；反之，当热风炉由送风期转换到燃烧期时，在烟道阀打开之前必须打开排压阀，将热风炉内相当于鼓风压力的压缩空气由排压阀排放掉，以降低炉内压力，使烟道阀和各燃烧阀顺利开启。 马钢2545m3高炉热风炉用均压阀和排压阀采用的都是400闸阀。3.1.5 放风阀和消音器 放风阀(l600600)安装在鼓风机与热风炉组之间的冷风管道上，在中控室的操作台上手动操作，不参加换炉联锁，在鼓风机不停止工作的情况下，用放风阀把一部分鼓风排放到大气中的方法来进行坐料或休风。 只有在冷风压力0.04MPa，且混风切断阀关闭时才能打开，通常情况下由鼓风机房进行减风。 放风阀是由蝶形阀和活塞阀用机械连接形式组合的阀门，又称活塞蝶阀，如图22所示。送入高炉的风量由蝶形阀调节，当通向高炉的通道被蝶形阀隔断时，连杆连接的活塞将阀壳上通往大气的放气孔打开，鼓风从放气孔中逸出，放气孔是倾斜的，活塞环受到均匀磨损。 放风阀由电动传动装置直接驱动。 放风时高能量的鼓风激发强烈的噪音，影晌劳动环境，危害甚大，放风阀上必须设置消音器。消音器一般有阻性消音器、抗性消音器和阻抗复合型消音器几种类型，阻性消音器是利用吸音材料来减少噪音，其优点是能在较宽的中、高频范围内消音，对刺耳的高颊声波有明显的消减作用。抗性消音器又称声学滤波器，依靠流路的膨胀反射以及共鸣等声学原理消音，对低频噪音有良好消音作用。阻抗交合型消音器既有阻性吸音材料，又具有膨胀共振腔，在很宽的频率范围内都具有良好的消音效果。马钢大高炉的l600600放风阀采用的就是这种阻抗交合型消音器。图22 放风阀及消音器1一蝶形阀扳，2一连杆；3一活塞；4一阀壳；5厚度为8mm的穿孔钢板；6一玻璃纤维第二节 助燃风机热风炉的气体阻力大，仅仅依靠烟囱抽力吸入助燃空气和排出废气是不够的，必须使用助燃风机强制地供应助燃空气。助燃风机的配置有两种形式。单炉分散配置和集中配置。以前大多数分散配置，随着高炉炉容的扩大，助燃风机能力增加，出现了大容量电动机的频繁启动和消音等问题，同时，为了减少设设备，提高工作的可靠性和助燃空气的利用率，出现了集中的配置方式。集中配置还为助燃空气的预热和净化刨造了条件。风机噪音包括风机叶片旋转产生的噪音与流动空气在机壳内的涡流产生的噪音两部分。消除气流噪音需要安装消音器，为了防止机壳传递噪音需设置隔音罩，相应地，驱动电动机也设有隔音罩。马钢2545m3高炉热风炉系统设置两台助燃风机，一台工作，一台备用，采用集中配置的方式。风机型号为9-28No20F，风机由吉林省四平风机厂生产，一台左旋，一台右旋，匹配电机功率l250KW，型号Yl250一6/1180，由哈尔滨电机厂生产。第三节分离式热管换热器为了获得高的热风温度，需要将热风炉拱顶处的烟气温度提高到1350以上。然而随着炼铁技术的发展，燃料比逐渐降低使得高炉煤气的发热值势必也随之降低，在没有更多的高热值燃料的情况下，就需要将高炉煤气和助燃空气预热至一定的温度，以提高拱顶温度。利用热风炉废气的热量来预热高炉煤气和助燃空气是有效节约炼铁能耗的措施之一，虽然热风炉排入烟道的废气温度一般只有250左右，但废气量大，相应带走的热量仍然相当多，如不加利用的排放，必然是一项较