冯燕波

(中冶京诚工程技术有限公司炼铁工程技术所,北京 100176)

八钢2500m3高炉热风炉设计

冯燕波

(中冶京诚工程技术有限公司炼铁工程技术所,北京 100176)

介绍了八钢2500m3高炉工程中采用旋切式顶燃热风炉的工艺设计情况,并对此热风炉各部位的特点进行了分析。八钢的实践表明,采用旋切式顶燃热风炉技术是获得高风温、长寿命的有效途径。

顶燃式 热风炉 高风温

1 设计概况

新疆八一钢铁股份有限责任公司新建两座2500m3高炉，每座高炉配备三座旋切式顶燃热风炉。该热风炉系统包含了中冶京诚工程技术有限公司6项专利和3项专有技术，在国内处于领先水平。三座热风炉按一列式布置，主要由以下几个部分组成：热风炉本体、管道系统、烟气余热回收系统、助燃风机系统、液压及润滑系统、烟囱。热风炉设计条件参数和主要尺寸参数分别见表1、表2。

表1 热风炉设计条件参数

表2 热风炉主要尺寸参数

2 热风炉设计特点

2.1 耐火材料

跟据热风炉不稳态传热模拟计算结果，热风炉燃烧室及蓄热室上部高温区采用硅砖RG95，下部低温区根据温度分布情况分别采用低蠕变粘土砖HRN42和粘土砖RN42，各段高度与格子砖材质相匹配。燃烧器内墙喉口部位选用抗温度冲击较好的莫来石砖。热风管道内衬为低蠕变高铝砖，隔层为轻质高铝砖和轻质喷涂料。主要耐火材料的理化性能见表3。

2.2 热风炉本体

2.2.1 炉壳

热风炉炉壳材质选用Q345C，由直筒壳体、拱顶壳体及燃烧器壳体三部分构成。直筒部分与炉底采用圆弧连接，并用地脚螺栓固定在混凝土基础上。炉壳的主要直径变化处采用曲线过渡结构，减小应力集中。上部高温区炉壳内表面涂抹YJ-250耐热耐酸防腐涂料，防止晶间应力腐蚀。

2.2.2 旋切式顶燃热风炉燃烧器

本设计采用中冶京诚工程技术有限公司的专利技术——旋切式顶燃热风炉燃烧器。燃烧器安装在燃烧室的上部，由混合室及收缩口、煤气入口及环道、助燃空气入口及环道和空煤气喷口组成。煤气与空气采用涡流喷射进入燃烧器，煤气流与空气流在燃烧器内旋流，从喉口喷出后进入燃烧室燃烧，实现高炉煤气在进入格子砖以前能够均匀、完全的燃烧。

2.2.3 双锁扣拱顶

为了提高稳定性，热风炉上部采用双锁扣拱顶。拱顶内衬直接支撑在热风炉炉壳上，与大墙砌体分开，两者之间设迷宫式滑移缝，消除了大墙不均匀膨胀对拱顶的影响。另外，该拱顶结构可使蓄热室断面上的气流分布更加均匀，因此是目前普遍采用的热风炉拱顶形式[1]。

2.2.4 组合砖及高效格子砖

在上部高温区砌体开孔部位均采用组合砖，以提高易破损部位的砌体结构稳定性和气密性。组合砖内外两环之间以及组合砖与热风管道砌体之间设置膨胀缝，使各层砌体间能自由膨胀、滑动。

根据传热计算结果和蓄热面积的要求，蓄热室上部高温区采用抗高温蠕变性能好的硅质格子砖，中部采用低蠕变粘土质格子砖，下部采用粘土质格子砖。格子砖选用带凹凸槽的19孔Φ28mm高效格子砖形式。

2.3 管道系统

热风管道受热以后必然会出现膨胀，对热风管道限制过死或者不加限制都是不行的[2]。为了使热风管道系统更加合理，本设计在热风支管两侧的主管上各安装一个轴向补偿器，并在管道砌砖时分段留有S形膨胀缝。由于热风出口位置较高，在围管与热风出口之间的主管道间设计垂直联络管，并在联络管两侧的热风主管上分别设置连续一体的大拉杆。热风围管吊挂在炉体框架上，并用拉杆固定，在两段主管道的端部各设置一个补偿器，以吸收拉杆受热后的膨胀量。为了克服烧炉后炉壳的上涨和炉身圆周方向的膨胀对热风支管的破坏，在每个支管上设置复式补偿器，并在热风阀和补偿器之间设置弹簧支座。

冷风管、煤气管、助燃空气管和烟道管按不同的标高布置在热风主管同侧。各管道根据介质温度和管道走向设置不同形式的补偿器，各种阀门均布置在管道与热风炉之间，便于操作。采用地上烟道，烟道管内喷涂耐热喷涂料，其他管道用硅酸铝纤维毡进行外部保温。

2.4 热风炉主要设备

(1)炉箅子及支柱。与19孔格子砖相匹配，设计采用我公司开发的新型梅花孔形炉箅子，使烟气和冷风气流分布更加均匀。根据热风炉控制废气温度要求，设计最高使用温度≤450℃。炉箅子及支柱采用横梁式结构，材质选用耐热铸铁，可满足高温工作条件下结构稳定。

(2)主要阀门。

热风炉系统主要阀门见表4。

热风阀、倒流休风阀为阀座、阀板带高温耐热涂料的新型水冷闸板阀，采用纯水密闭循环冷却。其它阀门主要采用竖式闸阀和蝶阀。各主要阀门采用液压驱动，系统内设有液压站和润滑站。冷风放风阀安装在鼓风机与热风炉之间的冷风总管上，配有消音器。

(3)煤气、助燃空气双预热系统。本工程设计采用热管换热器，利用废烟气预热助燃空气和煤气。空、煤气换热器参数如表5所示。

2.5 热风炉操作和控制系统

热风炉操作采用两烧一送工作制度。操作系统分全自动、半自动两种方式，为方便设备检修和开、停炉控制，另设有手动操作和事故操作(机旁操作)等方式。

热风炉系统采用PLC控制，设置自动换炉和自动燃烧系统。该控制系统可以缩短送风时间和实现燃烧最优化，从而提高热风温度。

3 结语

(1)新疆八一钢铁股份有限责任公司新建的两座2500m3高炉采用了中冶京诚工程技术有限公司开发的旋切式顶燃热风炉，该技术在国内外处于领先地位。

(2)该旋切式顶燃热风炉工艺设计科学合理，通过优化热风炉主要设计参数，结合使用高效的旋切式燃烧器和新型格子砖，在单烧高炉煤气的条件下，风温可达到1200℃以上的水平。(3)通过选用合理的耐火材料和先进的砌筑方式，结合稳定的管道系统和空、煤气双预热系统，热风炉的寿命可达到两代高炉炉龄，实现长寿的要求。

表3 主要耐材理化指标

表4 热风炉系统主要阀门

表5 空、煤气换热器参数

[1]郭向东,许秋慧.唐钢25603高炉增产降耗实践[J].钢铁,2002(9): 32-34.

[2]吴启常,张建梁,苍大强.我国热风炉的现状及提高风温的对策[J].炼铁,2002,21(5):1-4.