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高炉热风炉是高炉的重要附属设备之一，它是一种蓄热式的热交换器，能为高炉的有 效操作提供一定温度的热风，也就是说它将鼓人高炉中助焦炭燃烧的空气由常温加热到高 温(约1200〜1350°C)，其风量应充足，供给要连续。因此，每座高炉一般需配备3〜4 座热风炉，以便加热与送风能交替进行。 近来，高炉炼铁技术现代化的内容之一就是采用高风温技术，也是炼铁生产必不可少 的重要条件之一。所以，无论国外、国内都始终把提高热风炉风温工作摆到重要日程上来。实践经验证明，热风温度提高，不仅可以降低焦比，而且还能增加铁水量，同时，高 风温是高炉喷煤的必要条件。现场表明：在一定温度范围内，高炉风温每提高100°C，每吨铁可降低焦比15〜20kg，提高产量3%。国外不少高炉长期使用的风温均已超过 1200°C。表3-57为国外部分高炉使用的热风温度。 表3-58为我国几座典型形热风炉热工特性参数。 我国拥有各种结构形式的热风炉，目前应用最多的是内燃烧式热风炉，图3-4为某内燃热风炉内衬用耐火材料结构示意图。 热风炉炉体用耐火材料 热风炉要达到高风温，除了高炉的操作条件、高温热源、热风炉结构等因素外，必须要有既能长期承受高温，又能满足热风炉工艺需要的耐火材料作保障。热风炉用耐火材料 要能经受住高温和高压，高温抗蠕变性好，砖的热容量大，热传导性好，有利于热交换和 提高风温。热风炉用耐火材料的选择主要是由热风温度决定的，当热风温度低于900°C时， 一般选用黏土砖砌筑;当风温髙于900°C时，髙温部位的炉衬和格子砖则采用高铝砖、莫 来石砖、硅线石砖和硅砖等。 热风炉内各部位操作条件及破损特征不同，所用耐火材料理化性能的要求也不同。热 风炉用砖基本上可以分为高温区及中低温区两大部分。 髙温区用砖包括：燃烧室上部砖，蓄热室上部格子砖及上部大墙砖，炉顶砖等。中低 温用砖区包括：燃烧室中下部砖，蓄热室中下部格子砖及中下部大墙砖，各出口用砖等。 中低温区用砖量大，占全部热风炉内用砖量的三分之二左右，这部分可用比较致密的 黏土砖或高铝砖。高温区因生产操作及风温水平的差异，对耐火砖理化性能的要求也有所 区别。如对炉顶砖的热稳定性应特别重视，以防止因温度急变而剥落或断砖堵死格孔;燃 烧室及蓄热室上部要求有较高的高温结构强度，较低的重烧线收缩，良好的抗渣性等，以 防止燃烧室的高温变形、倾斜及格子砖的沉陷、格孔错乱等。对格子砖还要求热传导性 好，热容量大，吸热和放热都比较快。这些要求应根据热风炉的风温水平而定。 热风炉在工作时，炉衬受到热交换过程中温度急剧变换的作用，高炉煤气带入灰尘 的化学侵蚀作用，机械荷载作用，燃烧气体的冲刷作用等。热风炉炉衬的损毁原因主要 有： (1) 热应力作用。热风炉在加热时，燃烧室的温度很高，炉顶温度可达到1500〜 1560°C，从炉顶沿炉墙和格子砖向下，温度逐渐降低;送风时，高速冷风从蓄热室底部吹 进，并逐渐被加热。由于热风炉不停的加热送风、热风炉炉衬和格子砖经常处于急冷急热 变化之中，砌体出现裂纹、开裂和剥落。 (2) 化学侵蚀作用。煤气和助燃空气中含有一定数量的碱性氧化物，燃烧后的灰分中 含有20%的氧化铁、20%氧化锌和10%的碱性氧化物，这些物质的绝大部分是排出炉外 的，但少数成分粘附在砲体表面，并向砲砖体内渗透。日积月累，从而导致砖衬组织受 损，发生龟裂，强度降低。 (3) 机械荷载作用。热风炉是一种较高的构筑物，其高度一般在35〜50m之间。蓄 热室格子砖下部承受的最大静荷重达0.8MPa，燃烧室下部承受的静荷重也较高，在机械 荷重和高温作用下，砲砖体发生收缩变形和产生裂纹，影响了热风炉的使用寿命。 (4) 压力作用。热风炉周期性地进行燃烧和送风，燃烧期内处于低压状态，送风期处 于高压状态。传统的大墙和拱顶结构，其拱顶与炉壳间留有较大的空间，大墙与炉壳设置 的填料层在长期高温作用下收缩及自然压实后也留下一定的空间。由于这些空间的存在， 受高压气体的压力作用，砲体承受了很大的向外推力，易造成砌体倾斜、开裂和松动，然 后砌体外的空间周期性地通过砖缝进行充压和卸压，进而加剧对砌体的破坏。 热风炉用耐火材料的作用是隔热和承受高温荷载，故确定各部位用炉衬材料的材质和 厚度时，应根据砌体所承受的温度、负荷和隔热的要求，以及烟气对砌体的物理、化学作 用等条件而定。 我国几座典型热风炉选用的耐火材料见表3-59。 西欧国家热风炉炉顶、炉墙和格子砖上部，普遍采用硅砖砌筑;热风炉的中、下部炉 墙和格子砖，则分别采用高铝砖和黏土砖。俄罗斯高炉热风炉的传统材质为：炉顶和上部 砌体采用ω (Al203)为62%〜72%的髙铝砖砌筑，中下部砌体则用ω (Al203)为38% 的黏土砖;最近，热风炉的风温显著提高，因此炉顶和上部6〜7m高的部位一般采用低 膨胀性硅砖砌筑，其余部位根据温度的不同，分别采用莫来石砖、刚玉砖、高岭土砖和黏 土砖。 日本热风炉根据不同的使用部位，选用了不同品种和牌号的耐火砖，做到物尽其用， 同时，要充分考虑耐火砖的高温蠕变性能，以便在长期工作中，确保生产安全。表3-60 为日本高炉热风炉用耐火砖的性能和使用部位。 热风炉炉顶是热风炉内的高温区，炉顶部位的耐火材料，特别是直接与热空气和热烟 气接触的砌砖层，必须要具有良好的抗热震性和抗蠕变性。一般采用硅砖或低蠕变高铝 砖，隔热层则为黏土隔热砖。选用隔热材料时，应特别注意工作的热面温度应不高于其允 许使用温度。 热风炉大墙即热风炉炉体围墙，其炉衬包括工作层耐火砖、隔热层轻质砖和填料。大 墙的上部承受较高的温度，中下部承受的风温较低。大墙上部工作层一般采用低蠕变高铝 砖或硅砖，大墙中下部一般采用高铝砖和黏土砖。隔热层，一般根据不同部位采用不同等 级的隔热砖、耐火陶瓷纤维或填料。 热风炉隔墙是将燃烧室和蓄热室分隔开来的耐火墙。隔墙与炉顶不能完全砌死相互抵 触，要留有一定的膨胀缝(200〜250mm)，为使气流分布均匀，隔墙要比蓄热室格子砖 高400〜700mm。隔墙的下部，两侧温差很大，热膨胀的差值也很大，使隔墙砲体不断产 生弯曲而出现裂缝。隔墙的上部一般采用低蠕变高铝砖或硅砖，中下部一般采用高铝砖和 黏土砖。 燃烧器是用来将煤气和空气混合并送进燃烧室燃烧的设备。就材质来讲，有金属(机 械)燃烧器和陶瓷燃烧器。目前多采用陶瓷燃烧器。 送风期，陶瓷燃烧器上表面温度略低于风温;燃烧期，稍高于空气、煤气人燃烧器前 温度，因此，在一个周期里燃烧器上部温差很大，特别是在换炉瞬间，燃烧器上部温升 (或降)特别迅速。为了保证燃烧器砌筑体的气密性、整体性和使用寿命，要求耐火材料 的线膨胀系数小、抗蠕变性好。20世纪80年代以前，我国陶瓷燃烧器几乎都用高铝质磷 酸耐火浇注料或矾土耐火浇注料预制件，经过20多年生产实践，这种材质对中、小高炉 热风炉和风温1100°C左右的陶瓷燃烧器是适用的。在使用高铝质磷酸盐耐火浇注料时， 砌筑前应烘烤到600°C左右，以防止在安装和使用中预制体开裂。进人90年代以后，由 于热风炉大型化和高风温的要求，现在多采用高铝堇青石耐火材料，少数陶瓷燃烧器用莫 来石堇青石材料，陶瓷燃烧器下部，除少数用硅线石材料外，几乎都用高铝或黏土耐火材 料。 蓄热室高温区域格子砖最主要的要求是具有较好的高温体积稳定性、耐侵蚀性 以及抗蠕变性能，硅砖正好具备这些方面的特性且价格便宜，因此在国内外高风温 热风炉上得到广泛的应用。根据国内的具体情况，当热风炉炉顶设计温度不小于 1400°C，在高炉燃料燃烧好、操作水平高的前提下，热风炉高温区优先选用的耐火 材料应是硅砖，同时对硅砖的残余石英必须控制在不大于2%。采用硅砖的热风炉 需要注意必须仔细确定其硅砖使用的下限，并在此设置可靠的温度检测装置，保证 在生产操作(包括休风停炉)过程中硅砖最低使用温度不低于800°C。当热风炉炉 顶设计温度不高于1400°C时，采用低蠕变、高密度的高铝质耐火材料更适合我国的 实际，并可充分利用我国丰富的铝矾土资源。目前，国外高铝质耐火材料的抗蠕变指标已达到较优的水平，如荷兰霍戈文的HD砖在1350°C，0. 2MPa，50h条件下， 其蠕变率不大于0.2%;日本品川的AC-8M砖指标1300°C，0.2MPa，50h蠕变率 不大于0. 2%;目前我国高铝质耐火材料的蠕变率指标在相应条件下均为不大于 1%，同世界先进水平相比还有较大的差距，同时鉴于我国生产低蠕变高铝砖的现 状，在严格考核砖的蠕变指标的同时还必须控制制品所含杂质，特别是碱金属与碱 土金属的含量。 对蓄热室中、下部格子砖，通常采用高铝质和黏土质耐火材料。随着大型热风炉蓄热 室高度的增加，上部格子砖对下部耐材的压力也越来越大，另外，根据国外对大型高温热 风炉格子砖的破损调查，下部格子砖因周期温度波动引起格子砖的龟裂、破碎的现象在不 断增加，因此对下部黏土砖除必须继续控制其蠕变特性外，对制品常温耐压强度、热震稳 定性次数(耐急冷急热性)提出了更高的要求。 球式热风炉的蓄热室中釆用耐火球代替格子砖。用耐火球代替格子砖的球式热风炉， 在小型高炉有应用。耐火球拥有热表面积大、热容量大、热交换面积大、风温高等优越的 热工特性。在高温区选用的耐火球材质常见的是高铝质耐火材料，低温区选用黏土质耐火材料。 热风炉孔口较多，工作条件十分恶劣，因而孔口的砲体寿命在其整体结构中往往是薄 弱环节。为了提高其寿命，人们想方设法从各方面提高其整体性、稳定性及所用耐材的高 温特性。组合砖技术就是集这几方面措施为一体的一项综合技术。组合砖技术在国外应用 较广泛，我国自宝钢引进该技术后也迅速得到推广并广泛应用。 为了降低热风炉炉壳及各种管道的表面温度，以延长其使用寿命和减少热损失，目 前，大多数热风炉都采用了多种材质的耐火喷涂料。 如宝钢4座4000m3级高炉，在热风炉燃烧室、蓄热室球顶部和联络管部位喷涂了耐 酸质MIX-687喷涂料(厚度为50〜70mm)，燃烧室直筒部位及蓄热室中部喷涂了中重质 喷涂料(CN-130G)，厚度为45〜77mm;蓄热室下部喷涂矿渣棉SLAG WOOL材料，厚 46〜51mm;唐钢1260m3高炉的热风炉高温区喷涂了 MXH-1型耐酸涂料，厚65mm;中 低温区喷涂了 FN-130涂料，厚度为50mm;马钢2500m3高炉热风炉也采用了先进的喷 涂技术和喷涂料，其中热风炉球项为HAN-130耐酸喷涂料，其他部位为HCN-130喷涂 料;攀钢高炉热风炉用喷涂料主要是FN-130。 |
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