高爐熱風(fēng)爐是高爐的重要附屬設(shè)備之一，它是一種蓄熱式的熱交換器，能為高爐的有效操作提供一定溫度的熱風(fēng)，也就是說它將鼓入高爐中助焦炭燃燒的空氣由常溫加熱到高 溫(約1200?1350°C)，其風(fēng)量應(yīng)充足，供給要連續(xù)。因此，每座高爐一般需配備3?4 座熱風(fēng)爐，以便加熱與送風(fēng)能交替進(jìn)行。
熱風(fēng)爐基本構(gòu)造
熱風(fēng)爐的燃燒室由爐墻圍成空塔結(jié)構(gòu)，爐墻內(nèi)側(cè)砌有一層耐火磚，外側(cè)有1~2層保溫磚和緩沖填料。底部的燃燒器使引入的煤氣和助燃空氣充分混合，在燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體導(dǎo)致蓄熱室拱頂，再分配到所有格孔中去加熱格子磚。燃燒室上部開有熱風(fēng)出口，并接有熱風(fēng)閥、熱風(fēng)管送出熱風(fēng)。
蓄熱室的爐墻里砌滿蓄熱的格子磚，格子磚的格孔上下貫通，孔型有圓形、矩形，矩形孔長(zhǎng)短邊交錯(cuò)砌筑，以加強(qiáng)對(duì)流熱交換的效果。蓄熱室內(nèi)格子磚全部支撐在耐熱鑄鐵的支柱和爐箅子上，爐箅子與格子磚的孔眼要對(duì)應(yīng)。熱風(fēng)爐廢氣在支柱間匯集，從煙道排出;鼓風(fēng)從冷風(fēng)口引入，在支柱間分配到所有的格孔，并加熱格孔。
熱風(fēng)爐爐型
根據(jù)熱風(fēng)爐的燃燒室和蓄熱室的布置結(jié)構(gòu)不同，熱風(fēng)爐一般可分為內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式3種形式。目前3種熱風(fēng)爐在我國(guó)并存。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐分為普通內(nèi)燃式和霍戈文(DanieliCorus)改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐;外燃式熱風(fēng)爐分為地得式、考柏式和馬琴式;頂燃式熱風(fēng)爐分為卡盧金(Kalugin)頂燃式和山東冶金設(shè)計(jì)研究院改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐。
熱風(fēng)爐爐襯的損毀機(jī)理
因熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)形式不同，爐襯的損毀情況也有差異：內(nèi)燃式熱風(fēng)爐易損毀的部位是隔墻，外燃式熱風(fēng)爐則是燃燒室和蓄熱室的拱頂、兩室的連接過橋等高溫部位。綜合損毀原因主要有以下三點(diǎn)：
(1)熱應(yīng)力作用。熱風(fēng)爐爐襯和格子磚總是處于冷熱交變的狀態(tài)下，受熱應(yīng)力的作用，極易導(dǎo)致砌體產(chǎn)生裂紋、剝落、砌體松動(dòng)等破壞因素，因此要求耐火材料有良好的抗熱震性。
(2)化學(xué)侵蝕。由于燃燒用煤氣和助燃空氣中含有一定的堿性氧化物(氧化鐵、氧化鋅等)，這些物質(zhì)附著于砌體表面，并向內(nèi)部滲透，逐漸與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低熔物，降低了耐火材料的高溫使用性能，因此要求耐火材料的純度高，雜質(zhì)含量少。
(3)機(jī)械載荷作用。熱風(fēng)爐是一種較高的建筑物，蓄熱室下部格子磚承受的載荷高達(dá)0.8MPa，燃燒室下部襯體承受的載荷也達(dá)0.5MPa左右，在長(zhǎng)期受熱的狀態(tài)下，砌體容易產(chǎn)生較大的收縮變形，嚴(yán)重影響熱風(fēng)爐的使用壽命。因比要求高溫區(qū)的耐火材料抗蠕變性能好，中溫區(qū)的耐火材料強(qiáng)度高。
熱風(fēng)爐用耐火材料的性能要求
熱風(fēng)爐是一種周期性重復(fù)加熱、放熱的熱工設(shè)備;根據(jù)目前熱風(fēng)爐的使用情況，熱風(fēng)爐對(duì)蓄熱材料的要求主要有以下幾點(diǎn)：
(1)具有很好的體積穩(wěn)定性，即在高溫使用中不至因?yàn)閮?nèi)部晶相結(jié)構(gòu)變化造成性過大的膨脹與收縮，使蓄熱磚、砌筑體有很好的體積穩(wěn)定性。
(2)抗高溫荷重蠕變性能好。熱風(fēng)爐的爐役時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年以上，耐火材料自重產(chǎn)生的負(fù)荷很大，因此要求在高溫下耐火材料具有良好的抗蠕變性能。而硅磚具有極為優(yōu)良的高溫蠕變性能，其次是組成接近莫來石的高鋁制品。
(3)有高的蓄熱性能。這要求材質(zhì)有高密度、高比熱容。硅磚的體積密度較小，蓄熱能力較差，而且在600℃以下時(shí)，容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化，破壞材料的整體性，因此硅磚不適宜在600℃以下的區(qū)域使用，另外在熱風(fēng)爐烘爐和停爐時(shí)也要緩慢加熱或冷卻，保證石英晶體的緩慢轉(zhuǎn)化而不損壞材料。
(4)有較高的熱導(dǎo)率。高的熱導(dǎo)率可以使蓄熱體在換熱器周期中能以速度與效率進(jìn)行吸熱和放熱。耐火材料的熱導(dǎo)率是耐火材料非常重要的物理性能之一。材料的熱導(dǎo)率與材料的化學(xué)組成、礦物相組成、致密度、微觀組織結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)。在鋁硅系耐火材料中，耐火材料的熱導(dǎo)率隨Al?O?含量的增加而增加;因此如果熱風(fēng)爐的格子磚采用蓄熱能力高的高鋁磚時(shí)，將可以大幅度提高熱風(fēng)爐的風(fēng)溫。
(5)較低的線膨脹系數(shù)。線膨脹系數(shù)是指耐火材料隨溫度升高體積和長(zhǎng)度增大的性能。根據(jù)耐火磚的線膨脹率曲線與溫度的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)在600℃以前，硅磚的線膨脹率很大;超過600℃后線膨脹率幾乎不變。因此，硅磚的使用溫度應(yīng)不低于600℃。
熱風(fēng)爐使用的主要耐火材料
由于熱風(fēng)爐上下溫度差極大，因此各段使用的耐火材料相差很大。
(1)熱風(fēng)爐拱頂區(qū)
拱頂是連接燃燒室和蓄熱室的空間，包括工作層磚、填充料層和絕熱層。工作時(shí)需要在高溫下保持拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)還要滿足在燃燒時(shí)將高溫?zé)煔饩鶆虻胤峙溥M(jìn)入蓄熱室，因此在設(shè)計(jì)時(shí)將拱頂設(shè)計(jì)成球形，以避免爐殼受到側(cè)向的推力而不穩(wěn)定。由于熱風(fēng)爐拱頂區(qū)域溫度很高，超過1400℃，所以工作層所使用的高鋁磚為低蠕變高鋁磚，該部位也可選用硅磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚或低蠕變高鋁磚，工作層外部筑的是硅藻土磚或保溫粘土磚，最外層填充的是水渣或水渣硅藻土填料。
(2)大墻
熱風(fēng)爐大墻指的是熱風(fēng)爐爐體的圍墻部分，包括工作層磚、填充料層和絕熱層。工作層磚根據(jù)上下的溫度不同選用不同的耐火磚，厚度在300~500mm之間，由于上部溫度最高，多采用硅磚、莫來石磚。中下部可以采用高鋁磚、硅線石磚和粘土磚。為了保溫，往往在高溫區(qū)的工作層磚外再砌筑一層輕質(zhì)粘土磚，在兩層保溫層之前充填保溫的填料層。
(3)蓄熱室
蓄熱室是充滿格子磚的空間，主要作用是利用內(nèi)部的格子磚與高溫?zé)煔馀c助燃空氣進(jìn)行熱交換。蓄熱室上部多采用硅質(zhì)格子磚、中部采用低蠕變高鋁磚、莫來石磚、硅線石磚、紅柱石磚等。下部一般采用粘土磚。
(4)燃燒室
燃燒室是煤氣燃燒的空間。燃燒室空間的設(shè)置與熱風(fēng)爐的爐型和結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。燃燒室的高溫區(qū)域使用硅磚、莫來石磚或低蠕變高鋁磚，中低溫區(qū)域可使用普通高鋁磚和粘土磚。
(5)隔墻
隔墻是在內(nèi)燃式熱風(fēng)爐中設(shè)置的分開燃燒室和蓄熱室的爐墻。熱風(fēng)爐的隔墻是兩面加熱的爐墻，而大墻為單面加熱,因此在內(nèi)燃式熱風(fēng)爐內(nèi)部爐墻的膨脹較大，會(huì)造成隔墻向格子磚一側(cè)倒塌;另外，隔墻的下部?jī)蓚?cè)溫度差較大，熱膨脹的差值較大，工作時(shí)隔墻會(huì)產(chǎn)生彎曲而裂開，造成底部的爐箅子和支柱燒壞。因此砌筑時(shí)應(yīng)該留出膨脹縫和加固的方法。隔墻使用的耐火材料與燃燒室使用的耐火材料相同。
(6)燃燒器
熱風(fēng)爐燃燒器是將煤氣和空氣混合并送進(jìn)燃燒的設(shè)備。熱風(fēng)爐使用的燃燒器分為金屬材質(zhì)和陶瓷材質(zhì)兩種，其中陶瓷材質(zhì)的燃燒器主要是莫來石質(zhì)或堇青石-莫來石質(zhì)。
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