1280 m3高爐頂燃式熱風爐工藝特點*

2016-09-23 06:02:48尹鑫平季愛兵梁之凱

現代冶金 2016年3期

尹鑫平，季愛兵，梁之凱，張　晨

(神霧集團江蘇省冶金設計院有限公司冶金工程部，江蘇南京　210016)

尹鑫平，季愛兵，梁之凱，張晨

(神霧集團江蘇省冶金設計院有限公司冶金工程部，江蘇南京210016)

介紹了某鋼廠1280 m3高爐熱風爐的工藝特點，包括熱風爐主要設計技術參數、熱風爐用耐火材料及結構、陶瓷燃燒器、管道系統等。生產結果表明，熱風爐系統運行穩定可靠，熱風溫度基本穩定在1200 ℃以上，達到了設計的預期目標。

熱風爐；頂燃式熱風爐；耐火材料

引言

現代高爐都采用蓄熱式熱風爐，借助煤氣燃燒將熱風爐格子磚燒熱，然后再將冷風通入格子磚進行加熱。一般一座高爐配置3～4座熱風爐，其作用是為高爐冶煉持續不斷地提供高溫熱風。根據綜合經驗數據，每提高風溫100℃，相當于提高風口前理論燃燒溫度80 ℃，由此可以提高噴煤量20～30 kg/tFe，降低焦比約2.5%，提高產量約2.5%[1]。因此，熱風爐持續穩定地提供1200 ℃以上的高風溫，是現代大型高爐的重要技術特征。

高爐熱風爐按燃燒室與蓄熱室的結構關系，可以分為內燃式、外燃式、頂燃式熱風爐。頂燃式熱風爐因其爐型簡單，結構穩定性好，蓄熱室內氣流分布較均勻，占地面積小，能大量節省鋼材及耐火材料等優點，近些年得到了迅速地發展，是高風溫熱風爐的發展方向之一。

1　設計概況

該鋼廠1280 m3高爐設計配置三座頂燃式熱風爐，其設計風溫為1200 ℃(最高1250 ℃)，最高拱頂溫度為1450 ℃；正常操作時采用兩燒一送工作制度，當其中一座熱風爐檢修時，采用一燒一送工作制度。另設置煙氣余熱回收裝置對助燃空氣、混合煤氣進行預熱。熱風爐設計參數如表1所示，熱風爐主要技術性能如表2所示，熱風爐本體構造如圖1所示。

表1　熱風爐設計參數

表2　熱風爐主要技術性能

圖1　熱風爐本體構造圖

2　熱風爐工藝特點

2.1熱風爐耐火材料選擇

熱風爐上部高溫區使用硅磚，其具有很好的抗高溫蠕變性。中部采用低蠕變高鋁質耐火磚DRL-150，其優點是它在高于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爐工作時由于溫度周期變化而產生的位移。中、低溫區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伸縮縫。

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

2.2拱頂砌筑

熱風爐爐殼直接從外部支撐拱頂耐火磚，使熱風爐直筒部位的耐火磚大墻可按最小壁厚設計，并可實現大墻自由地垂直膨脹。熱風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構穩定性，避免掉磚、塌陷，對所有拱頂錐段磚的砌筑均設置舌槽及膨脹縫。膨脹縫留設在第一層隔熱磚與第二層隔熱磚之間，呈相互咬合的臺階狀，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

旋切式頂燃熱風爐的燃燒器主要由煤氣環道、煤氣噴口、助燃空氣環道、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入燃燒室燃燒，有利于空氣和煤氣的充分混合和燃燒，進而可以采用較低的空氣系數，進一步提高燃燒溫度。

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?？諝?.05的條件下仍可保證煤氣完全燃燒進行設計。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熱風管道系統

通過對整個管道系統完整的受力分析計算，經濟、合理地配置了波紋膨脹節和管道系統中的固定支架、滑動支架，既吸收了管道熱膨脹，又便于閥門的安裝、檢修，使熱風爐管路系統設計合理，安全可靠，滿足熱風爐高風溫、長壽命的要求。在3個熱風支管上各設置1個復式波紋管和2個滑動支座；熱風主管段采用全程拉桿型式，其間共設置3個固定支座，7個滑動支座，1個復式波紋管和3個軸向單式波紋管，完全吸收了拉桿伸長對熱風支管和主管的影響。

熱風總管的耐火內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，可承受由于與冷風混合而產生的較大溫度波動。熱風總管的所有三岔口均采用組合磚結構，在工作層耐火磚每隔2 m的長度設置一道膨脹縫，噴涂料通過鋼制錨件固定在管殼上。

2.5格子磚

設計采用十九孔格子磚(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，使蓄熱室內格子磚的位置相對穩定。

圖2　格子磚示意圖(單位:mm)

2.6熱風爐爐箅子及支柱

由支柱、爐篦子和分流板構成的格子磚支撐體系，采用Si4Mo合金耐熱鑄鐵制造?？墒篃犸L爐廢氣工作溫度長期維持在400～450 ℃。將柱子支撐在爐底板上，調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，可節約占地面積。換熱器技術特性如表3所示。

表3　換熱器技術特性

2.8 燃燒制度

熱風爐操作采用兩種工作制度：兩燒一送、半交叉并聯送風。正常情況下采用兩燒一送工作制度，送風時間為0.9 h，換爐時間0.1 h，燃燒時間為2 h。拱頂溫度控制在1350～1400 ℃，廢氣溫度控制在400 ℃以下，空氣過剩系數1.05。熱風爐操作采用微機集中控制，實現熱風爐燃燒過程控制、風溫自動調節、助燃空氣總管和煤氣總管壓力自動調節。換爐操作方式設置全自動、半自動、手動、機旁手動操作，控制方式在程序中實現手動/自動無擾切換。熱風爐燃燒過程通過微機自動控制系統，自動調節煤氣、助燃空氣調節閥的開度，保證在燃燒過程中達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%。