尹鑫平，季愛(ài)兵，梁之凱，張　晨

(神霧集團(tuán)江蘇省冶金設(shè)計(jì)院有限公司冶金工程部， 江蘇 南京　210016)

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1280 m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐工藝特點(diǎn)*

尹鑫平，季愛(ài)兵，梁之凱，張晨

(神霧集團(tuán)江蘇省冶金設(shè)計(jì)院有限公司冶金工程部， 江蘇 南京210016)

介紹了某鋼廠1280 m3高爐熱風(fēng)爐的工藝特點(diǎn)，包括熱風(fēng)爐主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)、熱風(fēng)爐用耐火材料及結(jié)構(gòu)、陶瓷燃燒器、管道系統(tǒng)等。生產(chǎn)結(jié)果表明，熱風(fēng)爐系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，熱風(fēng)溫度基本穩(wěn)定在1200 ℃以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

熱風(fēng)爐； 頂燃式熱風(fēng)爐； 耐火材料

引言

現(xiàn)代高爐都采用蓄熱式熱風(fēng)爐，借助煤氣燃燒將熱風(fēng)爐格子磚燒熱，然后再將冷風(fēng)通入格子磚進(jìn)行加熱。一般一座高爐配置3～4座熱風(fēng)爐，其作用是為高爐冶煉持續(xù)不斷地提供高溫?zé)犸L(fēng)。根據(jù)綜合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每提高風(fēng)溫100℃，相當(dāng)于提高風(fēng)口前理論燃燒溫度80 ℃，由此可以提高噴煤量20～30 kg/tFe，降低焦比約2.5%，提高產(chǎn)量約2.5%[1]。因此，熱風(fēng)爐持續(xù)穩(wěn)定地提供1200 ℃以上的高風(fēng)溫，是現(xiàn)代大型高爐的重要技術(shù)特征。

高爐熱風(fēng)爐按燃燒室與蓄熱室的結(jié)構(gòu)關(guān)系，可以分為內(nèi)燃式、外燃式、頂燃式熱風(fēng)爐。頂燃式熱風(fēng)爐因其爐型簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，蓄熱室內(nèi)氣流分布較均勻，占地面積小，能大量節(jié)省鋼材及耐火材料等優(yōu)點(diǎn)，近些年得到了迅速地發(fā)展，是高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐的發(fā)展方向之一。

1　設(shè)計(jì)概況

該鋼廠1280 m3高爐設(shè)計(jì)配置三座頂燃式熱風(fēng)爐，其設(shè)計(jì)風(fēng)溫為1200 ℃(最高1250 ℃)，最高拱頂溫度為1450 ℃；正常操作時(shí)采用兩燒一送工作制度，當(dāng)其中一座熱風(fēng)爐檢修時(shí)，采用一燒一送工作制度。另設(shè)置煙氣余熱回收裝置對(duì)助燃空氣、混合煤氣進(jìn)行預(yù)熱。熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，熱風(fēng)爐主要技術(shù)性能如表2所示，熱風(fēng)爐本體構(gòu)造如圖1所示。

表1　熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)

表2　熱風(fēng)爐主要技術(shù)性能

圖1　熱風(fēng)爐本體構(gòu)造圖

2　熱風(fēng)爐工藝特點(diǎn)

2.1熱風(fēng)爐耐火材料選擇

熱風(fēng)爐上部高溫區(qū)使用硅磚，其具有很好的抗高溫蠕變性。中部采用低蠕變高鋁質(zhì)耐火磚DRL-150，其優(yōu)點(diǎn)是它在高于600 ℃溫度的條件下，熱膨脹非常小，可最大限度地減少耐火磚在熱風(fēng)爐工作時(shí)由于溫度周期變化而產(chǎn)生的位移。中、低溫區(qū)使用紅柱石磚和致密粘土磚。所有耐火材料砌體均留有滑動(dòng)伸縮縫。

格子磚的材質(zhì)與所在的溫度區(qū)相適應(yīng)，從上到下分三段，分別為硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變黏土磚。在硅質(zhì)格子磚與墻磚的分界面設(shè)置熱電偶，用于檢測(cè)溫度。

2.2拱頂砌筑

熱風(fēng)爐爐殼直接從外部支撐拱頂耐火磚，使熱風(fēng)爐直筒部位的耐火磚大墻可按最小壁厚設(shè)計(jì)，并可實(shí)現(xiàn)大墻自由地垂直膨脹。熱風(fēng)爐爐殼拱頂噴涂耐酸噴涂料。為了提高拱頂錐段耐火磚的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免掉磚、塌陷，對(duì)所有拱頂錐段磚的砌筑均設(shè)置舌槽及膨脹縫。膨脹縫留設(shè)在第一層隔熱磚與第二層隔熱磚之間，呈相互咬合的臺(tái)階狀，滿足拱頂硅磚膨脹、上漲的要求。拱頂錐段底部采用大塊拱腳磚緊貼爐殼砌筑。

2.3陶瓷燃燒器

旋切式頂燃熱風(fēng)爐的燃燒器主要由煤氣環(huán)道、煤氣噴口、助燃空氣環(huán)道、空氣噴口、混合室、喉口等幾部分組成。煤氣噴口和空氣噴口均為水平布置，空氣噴口遠(yuǎn)離煤氣噴口而距離喉口很近，保證空氣和煤氣混合的瞬間由喉口進(jìn)入燃燒室燃燒，有利于空氣和煤氣的充分混合和燃燒，進(jìn)而可以采用較低的空氣系數(shù)，進(jìn)一步提高燃燒溫度。

拱頂采用硅磚，燃燒器工作層采用紅柱石莫來(lái)石抗熱震磚，燃燒器非工作層采用低蠕變粘土磚砌筑。

燃燒器按過(guò)?？諝?.05的條件下仍可保證煤氣完全燃燒進(jìn)行設(shè)計(jì)。陶瓷燃燒器燃燒能力為：

高爐煤氣：47922 m3/h；助燃空氣：33102 m3/h。

2.4熱風(fēng)管道系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)完整的受力分析計(jì)算，經(jīng)濟(jì)、合理地配置了波紋膨脹節(jié)和管道系統(tǒng)中的固定支架、滑動(dòng)支架，既吸收了管道熱膨脹，又便于閥門(mén)的安裝、檢修，使熱風(fēng)爐管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，安全可靠，滿足熱風(fēng)爐高風(fēng)溫、長(zhǎng)壽命的要求。在3個(gè)熱風(fēng)支管上各設(shè)置1個(gè)復(fù)式波紋管和2個(gè)滑動(dòng)支座；熱風(fēng)主管段采用全程拉桿型式，其間共設(shè)置3個(gè)固定支座，7個(gè)滑動(dòng)支座，1個(gè)復(fù)式波紋管和3個(gè)軸向單式波紋管，完全吸收了拉桿伸長(zhǎng)對(duì)熱風(fēng)支管和主管的影響。

熱風(fēng)總管的耐火內(nèi)襯由低蠕變高鋁磚加上兩層隔熱磚組成，熱面為低蠕變高鋁磚，可承受由于與冷風(fēng)混合而產(chǎn)生的較大溫度波動(dòng)。熱風(fēng)總管的所有三岔口均采用組合磚結(jié)構(gòu)，在工作層耐火磚每隔2 m的長(zhǎng)度設(shè)置一道膨脹縫，噴涂料通過(guò)鋼制錨件固定在管殼上。

2.5格子磚

設(shè)計(jì)采用十九孔格子磚(如圖2所示)，格子磚高度120 mm，格子磚煙氣通道直徑30 mm，比加熱表面積48.58 m2/m3，格子磚上、下帶凸凹舌槽，使蓄熱室內(nèi)格子磚的位置相對(duì)穩(wěn)定。

圖2　格子磚示意圖(單位:mm)

2.6熱風(fēng)爐爐箅子及支柱

由支柱、爐篦子和分流板構(gòu)成的格子磚支撐體系，采用Si4Mo合金耐熱鑄鐵制造?？墒篃犸L(fēng)爐廢氣工作溫度長(zhǎng)期維持在400～450 ℃。將柱子支撐在爐底板上，調(diào)平后再澆注耐火混凝土。

2.7整體式熱管換熱器

采用煙氣-煤氣-空氣整體式熱管換熱器，它布置緊湊，可節(jié)約占地面積。換熱器技術(shù)特性如表3所示。

表3　換熱器技術(shù)特性

2.8 燃燒制度

熱風(fēng)爐操作采用兩種工作制度：兩燒一送、半交叉并聯(lián)送風(fēng)。正常情況下采用兩燒一送工作制度，送風(fēng)時(shí)間為0.9 h，換爐時(shí)間0.1 h，燃燒時(shí)間為2 h。拱頂溫度控制在1350～1400 ℃，廢氣溫度控制在400 ℃以下， 空氣過(guò)剩系數(shù)1.05。熱風(fēng)爐操作采用微機(jī)集中控制，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程控制、風(fēng)溫自動(dòng)調(diào)節(jié)、助燃空氣總管和煤氣總管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。換爐操作方式設(shè)置全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、機(jī)旁手動(dòng)操作，控制方式在程序中實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾切換。熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程通過(guò)微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)煤氣、助燃空氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保證在燃燒過(guò)程中達(dá)到煤氣與助燃空氣的最佳配比，廢氣中w(O2)控制在0.2%～0.5%。

3 應(yīng)用效果

該廠1280m3高爐使用頂燃式熱風(fēng)爐投產(chǎn)后整體運(yùn)行情況良好，風(fēng)溫基本達(dá)到1200 ℃，如表4所示為2013年1～6月風(fēng)溫情況。

表4　2013年1～6月風(fēng)溫情況

4　結(jié)束語(yǔ)

(1)1280 m3高爐采用頂燃式熱風(fēng)爐，合理選擇耐火材料，采用廢煙氣對(duì)助燃空氣、高爐煤氣預(yù)熱至≥200℃，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)1200 ℃以上的熱風(fēng)。

(2)頂燃式熱風(fēng)爐因其爐型簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，蓄熱室內(nèi)氣流分布較均勻，占地面積小，是大中型高爐的重要選擇之一。

[1]周傳典. 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

2016-03-09

尹鑫平(1988—)，男。E-mail：yxp1310@163.com

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