硅砖热风炉烘烤器的说明.docx
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硅砖热风炉烘烤器的说明
某钢铁联合有限责任公司
热风炉烘炉燃烧器技术方案
某钢铁联合有限责任公司一期工程建设有2座5500m3高炉，年产铁水898.15万吨能力。
在高炉热风系统中，采用了硅砖格子体顶燃式热风炉。
热风系统能否正常烘烤是高炉能否正常生产的决定因素。
一、硅砖的特性
1硅砖的成分
硅砖主要成分是SiO2，其含量（质量分数）＞93%，对酸性氧化物有良好的抗腐蚀能力。
硅砖以石英岩（硅石）为主要原料，加入少量矿化剂（氧化铁粉、石灰）和结合剂等材料经高温烧制而成。
SiO2有七个结晶变体和一个非晶体，分别是α-石英、β-石英、α-方石英、β-方石英、α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英和石英玻璃。
这七种变体和一个非晶体之间的相互转变称为多晶转变。
硅砖在不同的温度范围内，含有不同的稳定变体，同时也存在不稳定状态的其它变体。
2硅砖的各变体的性质及转换关系
硅砖的各变体存在各自不同的稳定温度，在一定条件下可以发生多晶转变。
各变体的性质如下表：
名称
晶系
常温下真密度g/cm3
稳定条件/℃
备注
α-石英
六方
2.65
537～870
自然界没有α-石英，870℃时转变成α-鳞石英
β-石英
六方
＜537
自然界中SiO2最普遍的形态是β-石英，537℃时转变成α-石英
α-方石英
斜方
2.32
1470～1713
1470℃时α-鳞石英缓慢变成α-方石英，并在1470～1713℃时稳定存在，1713℃时α-方石英熔融
β-方石英
等轴
2.21
118～270
一种亚稳定变体，在118～270℃时β-方石英迅速转化为α-方石英
α-鳞石英
斜方
2.26
870～1470
一种亚稳定变体，自然界不存在，冷却时缓慢转化为α-方石英，1670±10℃时熔化成石英玻璃，163℃时转化为β-鳞石英
β-鳞石英
六方
117～163
117℃时转化为γ-鳞石英，
γ-鳞石英
斜方
2.27～2.35
＜117
一种亚稳定变体
石英玻璃
非晶体
2.203
＜1713±10快冷
SiO2各种变体在加热到足够温度时都能熔化，其熔融物粘度很大，冷却后呈玻璃状，不析出晶体而称为石英玻璃
在不同温度下，石英的转换关系可以参见下图：
在这个图中横向箭头表示仅在一定条件下缓慢地进行可逆转化的方向，实际上可以认为是不可逆过程。
竖向箭头表示加热和冷却时快速转化方向，其过程是可逆的。
在石英的转化过程之，不同的变体有不同的膨胀特性，其变化规律大体可以从图-1中看出来。
在图-1上我们可以知道，在加热过程中方石英的体积变化最激烈，其次是石英，变化最缓慢的是鳞石英。
根据这些特点，在对硅砖热风炉进行烘烤的时候，180～300℃和500～600℃的温度范围需要减缓升温速度，使得硅砖有充分的膨胀时间。
图-11-石英；2-鳞石英；3-方石英
二、硅砖热风炉烘烤设备的发展历史
硅砖热风炉的烘烤设备主要经历了以下发展过程：
1临时加热炉。
临时建造一座加热炉，在炉内安装数个6号或者9号烧嘴，烟气与一定量冷空气混合到要求温度后，从人孔处吹入热风炉内。
当烘炉结束后，还需要把临时加热炉拆除。
这种办法，设备体积庞大，造价高，安装、拆除麻烦，热风炉的温度损失大。
2霍戈文式烘烤器。
它其实是一根从人孔伸入热风炉内的煤气管，点燃后借助热风炉的风机提供空气燃烧来实现对热风炉的烘烤。
这种方式，设备简单轻便，但是也有在烘烤初期调节不方便、火焰过长等缺点。
3横吹无焰式烘烤器。
这是我院在1997年开发的一种轻便式烘烤器。
它采用了三级控制无焰燃烧的方法，高温烟气从人孔水平进入热风炉内对热风炉进行烘烤。
这种方式烘烤质量好，烘烤期间控制精确，而且对燃料适应性好，缺点是烟气水平进入热风炉内会吹到炉对面的大墙从而导致外壳焊口开裂。
4扩散燃烧式烘烤器。
这是我院在1999年开发的另外一种轻便式烘烤器。
它也采用了二级控制，煤气多股射流扩散燃烧，火焰比较短。
燃烧面在热风炉内向上的位置，烟气直接进入热风炉拱顶、格子体。
这种方式烘烤质量好，控制比较精确，控制范围比较大。
三、BSK烘烤方案的确定
某钢铁联合有限责任公司一期工程是在海边新建钢铁厂，所有能源都需要外供。
由于高炉是新建高炉，又没有煤气管网，所以，在热风炉烘烤成功后，还需要利用热风炉烘烤高炉，直到高炉正常生产，提供热风炉所需高炉煤气为止。
所以，需要烘烤器在热风炉点炉之后还要继续保持烘烤的状态，这样烘烤器将处于十分恶劣的工作环境中。
出于此种考虑，某钢铁联合有限责任公司一期工程所建高炉热风炉的直径达到10m左右，我们建议采用另外一种扩散燃烧式烘烤器来满足此工艺要求。
烘烤的工艺流程如下：
二台烘烤器烘烤一座热风炉，如果要同时烘烤数座热风炉，就需要几台烘烤器一起进行。
烘烤器的燃烧器与热风炉的人孔水平相连，烘烤器燃烧后生成的火焰水平进入热风炉内，热烟气则向下经过蓄热体，对其进行加热后经烟道排出热风炉。
方案一将烘烤器分成两级燃烧，一级燃烧能力比较小，一级燃烧能力比较大，使得烘烤器具有很大的燃烧范围。
燃烧器的直径大约850mm，烘烤器的燃料为焦炉煤气，从焦炉煤气管网引入，经调节阀、孔板进入煤气气包，再分成二个部分经截止阀、调节阀进入烘烤器。
如果管网煤气压力波动大，还需要在截止阀前增设一个稳压器（阀）。
另外，还需要从煤气气包中引出一个点火煤气，供烘烤器点火时使用。
空气可以利用热风炉的轴流风机，也可以另外购置一台高压离心风机。
鼓风从风机出来后，经调节阀、空气孔板进入空气气包，再空气调节阀1、2进入烘烤器。
空气气包上另有空气放散阀，用于排放烘烤初期多余的空气。
方案二使用了三级燃烧，每级燃烧的煤气量比较均匀，燃烧器的直径约650mm，但是由于多了一级燃烧，控制方面比方案一要复杂。
四、烘烤器工作原理及优点
该烘烤器采用的是扩散燃烧的方式，空气和煤气事先不预混，在热风炉燃烧室内的空间里边混合边燃烧。
但是一方面煤气与空气以多束平行射流的方式进行混合，另一方面过剩空气系数比较大，而且空气流速比较高，所以燃烧时只有很短的火焰。
燃烧产生的烟气上升，对热风炉蓄热体进行加热烘烤。
该烘烤器有很多优点：
1）设备比较紧凑。
烘烤器本身只有1500kg左右，安装和拆除都比较方便；
2）烘烤器调节范围大。
在50～2500mn3/h范围内都能正常燃烧烘烤；
3）温度控制比较精确。
因为烘烤器在燃烧能力范围内都能保持正常充分的燃烧，所以可以比较精确的控制热风炉格子体烘烤的温度，精度可以达到≤±2℃/h；
4）燃烧火焰短，烘烤质量高。
硅砖在烘烤时，如果表明受到火焰冲击会严重影响烘烤质量。
而该烘烤器火焰长度仅为2.5m以下，因此，对硅砖烘烤的效果好；
5）寿命比较长。
该烘烤器由于设计成在热风炉外使用，又考虑到炉内辐射等问题，所以能够有比较长的使用寿命。
一般情况下，使用寿命可以达到烘烤2炉次以上，连续工作时间可超过400h。
6）设备安装、拆除比较方便。
由于烘烤器本体重量比较小，把外围的管路处理好之后，只需将烘烤器本体与热风炉人孔连接完成了安装或拆除，比较方便。
另外，由于拆除时间短，热风炉的温度损失也减小。
五、烘烤器技术参数
单台烘烤器焦炉煤气流量：
50～2500mn3/h
单台烘烤器空气流量：
500～18500mn3/h
烟气温度：
200～1400℃
煤气压力：
1500Pa
空气压力：
9000Pa
火焰长度：
约3m
六、BSC燃烧器
BSC燃烧器用来对空气预热炉进行烘烤，由于预热炉使用粘土砖作为主要材料，所以不怕明火烘烤。
BSC燃烧器主要是两级调节扩散式煤气燃烧器，具体形式见图〕
煤气走内外两个套管以此来控制流量。
煤气助燃空气由预热炉本身提供。
BSC燃烧器主要备件是φ51、φ89煤气调节阀和逆止阀、调压阀构成。
烧嘴的煤气压力为200Pa。
七、扩散燃烧式硅砖热风炉烘烤器应用实例
该型烘烤器已经在鞍钢7、新2、新3等高炉热风炉以及包钢一铁2、3等高炉热风炉上成功使用。
现在就采用鞍钢新2高炉热风炉烘烤数据作为实例。
烘烤硅砖热风炉，需要严格控制几个条件：
1升温速度不宜过快，在晶体转变区之外升温速度不宜超过3℃/h；
2在晶格转变区，升温速度不能超过1℃/h；
3硅砖在烘烤过程中不能被火焰直接烧到。
首先，根据硅砖热风炉的格子体构造、性质和重量来确定烘炉曲线，如图。
热风炉拱顶从常温烘到900℃预计用16天，此期间只使用扩散燃烧式烘烤器提供所需要的热量。
当热风炉拱顶被烘烤到900℃时，就取出烘烤器，点燃热风炉陶瓷燃烧器，热风炉开始加速升温直到正常工作。
部分实际烘烤数据
时间（h）
拱顶温度（℃）
蓄热室上部温度（℃）
蓄热室中部温度（℃）
蓄热室硅砖界面温度（℃）
8
100
57
37
24
56
200
139
122
72
101
200
148
144
79
197
304
219
244
170
389
616
562
564
448
485
906
838
830
660
520
1100
990
1050
763
实际烘炉时间大约为21天，热风炉拱顶温度达到1000℃以上，在用1个多小时拆除烘烤器后，将人孔封死，热风炉点火，烘炉过程完成。
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