马钢1#2500M3高炉热风炉工艺说明审阅稿Word下载.docx
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a、设计条件
送风量最大5500m3／min
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38.06m2／m3
格砖通道面积0.409m2／m3
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58000m2／座
一座热风炉格子砖重量1951.4t/座
1m3炉容格砖加热面积91m2／m3
lm3炉容格砖重量3.04t／m3
1m3／min鼓风对应格砖加热面积42.15m2／m3
lm3／min鼓风对应格砖重量1.41t／m3.min
蓄热室断面积（Φ7500）44.18m2
燃烧室断面积（Φ3740）10.99m2
热风炉全高53.030m
高径比
蓄热室5.932（H53030/Φ8900）
燃烧室
烟囱高80m
1.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XX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20／5t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2545m3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330mm孔径每个蓄热室材质为
Φ44mm32块QT500-7
托粱高420mm每座蓄热室48根材质为QT500-7
支柱Ф340×
35mm每座蓄热室31根材质为QT500-7
2.1.2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150～250℃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1～2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/m3
1m2断面上格孔占面积φ=0.409m2/m2
1m3格砖中砖占体积1-φ=0.591m3/m3
格孔流体直径d=0.043m
格砖当量厚度s=2（1-φ）/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2～4m。
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10～20mm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
～22
Ø
1600
1624×
12
外保温
2
热风炉附近冷风总管
～17
2000
2024×
3
冷风支管
4
充风管
～
400
416×
8
5
混风管
1100
1124×
14
6
热风主管
～55
1880
2828×
2468×
460
HRL-65H（140）LG-0.6（114）HNG-0.5（114）HCN-130（55）HCL-130（30）
7
热风支管
～60
420
HRL-65H（140）LG-0.6（114）HNG-0.5（114）HCN-130（45）
热风围管
9
助燃空气主管
～30
2020×
10
助燃空气支管
～25
1620×
11
高炉煤气主管
高炉煤气支管
～20
13
焦炉煤气总管
～10
1000
1016×
焦炉煤气支管
500
516×
15
烟道总管
4500
4820×
80+70
喷HCN-130（80）喷HCL-130（70）
16
烟道支管
1924×
～138
灌HCN-130
17
排风管
816×
18
氧化锆引管
19
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
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