柳钢1号高炉球式热风炉设计特点.docx

1、柳钢1号高炉球式热风炉设计特点柳钢1号高炉球式热风炉设计特点1前言 由于具有投资省，风温高的显著优点，球式热风炉从70年代开始在我国的小高炉上成功使用后就迅速得到推广。从1987年成钢300m3级高炉采用球式热风炉至今，相继有威(远)钢、涟钢、汉钢、南昌钢厂等300m3级高炉采用了球式热风炉。据资料统计，风温在10501150，最高达1200(短时间)；但在使用过程中也暴露出球床寿命(清球周期)短(长的34年，短的1年)、耐火球材质不合理，高温区炉壳保温不太理想、炉壳热损失较大、拱顶热电偶易烧坏等不足。柳钢1号高炉球式热风炉设计时，在充分吸收兄弟厂球式热风炉优点的基础上，针对这些问题，结合柳钢

2、自身的特点，设计作了相应改进。 2工艺参数及主要技术性能 2.1工艺参数 (1)高炉有效容积：350m3 (2)热风炉座数：3 (3)利用系数：=2.83.0t/m3d (4)入热风炉风量：1100m3/min (5)设计风温：11001150 (6)每座热风炉煤气耗量：1890028700m3/h (7)每座热风炉助燃空气耗量：1310019700m3/h (8)高炉煤气压力：7.84kPa 含尘量：58mg/m3 3.2主要技术性能 1号高炉球式热风炉主要技术性能见表1。 表1主要技术性能 项目数量备注热风炉全高，m21.45热风炉炉壳外径(上/下)，mm7926/7020蓄热室断面积，m

3、224.454燃烧室断面积，m228.834球床高度，m660镁铝铬球2m每座热风炉装球量，t271其中镁铝铬球92.4t鼓风占有球量，kg/m3min246高炉有效容积占有球量，t/m32.32热风炉加热面积，m2/座12325热风炉温度，11001150废气温度，2003003热风炉设计 3.1热风炉型式 本设计热风炉采用架空式结构，与落地式结构相比，该结构便于卸球，同时简化了热风炉下部结构，有效地解决了热风炉底板变形漏风的问题；此外，该结构利于冷风均布。 3.2热风炉拱顶 采用悬链线y=ach(x/a)拱顶，和以往采用的圆锥台形、半球形、锥球形等拱顶相比，悬链式拱顶结构稳定、气流分布均匀

4、。本次设计热风炉拱顶峰顶高度与峰顶开度一半之比为：9.2：7。有些铁厂球式热风炉拱顶热电偶经常被烧坏，我们分析认为：这主要是热风炉拱顶燃烧空间不够所致，因此，本次设计除加大拱顶内径外，还将拱顶直段加长770mm，目的是：(1)扩大球床上方的燃烧空间，以保证煤气燃烧在球床上方完成；(2)若日后高炉少量扩容，球床还有加球的余地。 3.3炉顶测温点 拱顶顶部设有测量球床上表面温度的红外线测温装置，在热风出口附近另设有一支水平安装、测量拱顶煤气燃烧温度的热电偶。两点测温的目的是保证拱顶区域测温准确可靠，同时亦可检测煤气是否在拱顶完全燃烧。从目前生产看，拱顶燃烧温度较球床上表面温度高4060。这说明进入

5、球床前，煤气已燃烧完毕，即拱顶燃烧空间合适。 3.4燃烧装置 采用较成熟的、目前国内普遍使用的水平陶瓷燃烧器，每座球式热风炉采用2个燃烧器，相向侧装，烧嘴角度=25，烧嘴切圆直径3700mm。 燃烧器参数： (1)燃料种类：高炉净煤气 (2)煤气耗量：2.633.99m3/s (3)助燃空气耗量：1.812.74m3/s 3.5球床结构 球床直径5580mm，高度6m，采用两段式耐火球。上部采用60镁铝铬球(镁铝球)，加热面积63m2/m3，高2m；下部采用40高铝球(铝铬球)，加热面积94.5m2/m3，高4m。 300m3级高炉的球式热风炉球床以前多采用“上部60硅球+下部 40高铝球”；

6、由于硅球热容量较小，后来改用“上部60镁铝球+下部40高铝球”；但这种配合也存在某些不足，如镁铝球抗水性较差。最近，国内某大学和某耐火球生产厂试验表明：镁铝球与高铝球配合使用时，“分界处”的耐火球会发生化学反应而导致该区域耐火球表面粉化、粘结，从而影响球床寿命。用镁铝铬球替代镁铝球可以有效地阻止这种化学反应，而且镁铝铬球抗水性优于镁铝球，因此，使用镁铝铬球要优于镁铝球。在柳钢1号高炉球式热风炉设计审查会上，西安冶金建筑学院杜森林教授、国家冶金局高清举等专家学者都鼓励我们采用“镁铝铬球+铝铬球”的配合(两者不发生化学反应)，以期打破近年来球式热风炉耐火球技术发展停滞不前的局面，使耐火球材质、生产

7、有质的飞跃，为球式热风炉向中型高炉推广做出贡献。因此，为便于比较，本次设计一座热风炉球床采用上部60镁铝铬球(2)+下部40铝铬球(4)。一座热风炉球床采用上部60镁铝铬球(2)+下部40高铝球(4)。另一座热风炉球床采用上部60镁铝球(2)+下部40高铝球(4)。但在跟踪耐火球生产时，发现40铝铬球实际耐压强度只有70007500N/球，难以满足设计要求，故只好用40高铝球替代铝铬球。目前，装球情况为：1号炉上部60镁铝球(2m)+下部40高铝球(4m)，2号、3号炉上部60镁铝铬球(2m)+下部40高铝球(4m)。耐火球理化指标见表2。表2耐火球理化指标项目高铝球镁铝球镁铝铬球铝铬球成分A

8、l2O375%Mg8085%MgO55%CrO2.5%AlO60%CrO2.0(100N/球)荷重软化开始 温度，148015301550153015501440耐火度1790179017901770常温耐压力，N/球100001000090001000070009000显气孔率，%25192228体积密度，g/cm32.32.42.83.02.82.92.32.353.6炉墙的砌筑 (1)热风出口、燃烧口、燃烧器分布帽、热风管三叉口等部位均采用材质为低蠕变高铝质的、小块“花瓣式”结构的整圈组合砖砌筑，以确保在高温状态下该区域砌体稳定可靠。 (2)考虑到生产时拱顶和直线段膨胀不一样，设计时将球

9、床大墙和拱顶直段大墙分离，其间有10mm迷宫式滑动缝，内填硅酸铝耐热纤维。 (3)球床大墙采用单层耐火砖砌筑。 目前300m3高炉的球式热风炉球床区域的大墙均采用双层耐火砖砌筑。由于场地狭小，热风炉难以按常规布置，热风炉上部间距只有560mm，而且为防止因气体空腔速度太快而导致阻损增大(本设计为0.75m/s)，球床直径就不能太小(本设计为5580mm)；因此，本设计球床大墙只能采用单层耐火砖砌筑(大墙砖外还有350mm厚的高强度轻质粘土砖)以保证燃烧区直径和球床直径；考虑大墙的稳定性以及减少球对大墙的压力，大墙上部砖设计为上下层带凸凹槽的互锁砖，下部内侧设计有一层厚230mm的耐火砖。 3.

10、7炉体保温 为减少炉壳散热，设计增加保温层厚度。 (1)高温区(拱顶及球床上部)：采用两层高强度轻质粘土砖做保温层，厚度为230+230mm(以往为230+114)。 (2)中温区(球床上、中部)：采用高强度轻质粘土砖，厚度为230+114mm(采用高强度轻质粘土砖，也可提高该区域大墙的稳定性)。 (3)低温区(下锥体处)：采用高强度轻质粘土砖，厚度为114mm。 (4)保温砖与炉壳间： 高温区：炉壳内侧喷涂=50mm的FN-130喷涂层，喷涂层与保温砖间填充厚度为50130mm的硅酸铝耐热纤维毡(愈往上愈厚)。 中温区：填充130mm的干水渣。 低温区：采用=20mm石绵板。 3.8烧炉用煤

11、气 目前，1号高炉煤气采用湿法除尘，与布袋除尘的煤气相比，其含尘量、水分均较高，温度低，长期使用对球床寿命不利(本次大修1号高炉暂时只改造热风炉系统)。为保证球式热风炉球床的寿命，设计使用2号高炉布袋除尘的煤气。只有当2号高炉休风时，才从高炉煤气总管上引煤气，经预热后再送给热风炉使用。考虑柳钢高炉煤气发热值较低(随着焦比进一步下降，煤气发热值以后还会降低)，为确保采用高炉煤气将热风炉拱顶烧至1300，设计采用将助燃空气、1号高炉湿法除尘的煤气(2号高炉休风时)预热至120150，故原双预热设施(热媒式换热器)保留并加以完善。 为便于阀门操作、检修，设计采用地上架空式钢烟道(中心标高3.5m)。

12、 3.9主要设备 (1)阀门。为适应高风温的要求，热风阀、燃烧阀及倒流休风阀均采用DN900新型衬里热风阀，除250煤气放散阀、调节阀采用电动，150煤气放散阀采用手动外，其余的阀门均采用液压，热风炉设有单独的液压站。 (2)助燃风机。提高助燃空气压力有利于延长清球周期。本设计采用9-26.14D助燃风机，一用一备(留有富余量)。 风机性能：全压：12.2kPa 流量：47000m3/h 电机功率：250kWZK) (3)检修设施。本次设计热风炉炉顶不设置检修吊装设施，日后阀门检修及耐火球吊装考虑用吊车进行，这样既可以简化炉顶结构、也减少设备维护费用及投资。 3.10控制系统 热风炉设有燃烧自

13、动控制、送风温度、煤气及助燃空气压力自动调节等控制手段。 热风炉各阀门动作可实现三种不同的操作制度：(1)手动操作：检修或试车时采用。 (2)半自动操作：人工发出换炉信号，热风炉各阀门按规定的换炉程序动作。 (3)全自动操作：当送风时间或风温达到规定值时，计算机系统进行全自动换炉程序动作。3.11安全设施 (1)煤气总管上设有水封装置，以保证检修时能安全有效地切断煤气。 (2)煤气总管和各煤气支管上均设有放散阀及蒸气吹扫装置。 4施工与生产 (1)球式热风炉施工和设备安装、调试均比较顺利。 (2)由于工期较紧，装球过程中难免带入些球粉或尘埃，特别是镁铝铬球，由于其强度较低，装球过程中，球表面有

14、不少球粉脱落；烘炉前送风10分钟，尽可能将球床中的球粉或尘埃吹走。 (3)至2000年6月球式热风炉投产已将近一个月，其运行情况如下： 投产后前三天，球式热风炉使用公司高炉煤气总管内的煤气(湿法除尘)，煤气质量较差、压力波动较大，压力只有5.56.0kPa(正常为8kPa)。因此，热风炉拱顶只能烧到10001080，风温也只有850940。第4天，使用布袋除尘的煤气(温度120140)后，拱顶当班即烧至12501280，最高曾达到1320。在混风的情况下，风温稳定在11001170。由此可见，煤气质量好坏对球炉影响很大。但也存在一些问题，如送风前后拱顶温差较大(100130)。我们认为这是废气

15、温度较低(150190)，球床下部的球还未充分发挥作用所致，随着废气温度的逐渐提高，预计，送风前后拱顶温差会80。另外，高炉生产正常后，随着焦比的下降，高炉煤气的热值将会降低，这对烧炉不利，设计采用球式热风炉废气来预热助燃空气(由4050预热至120130)的办法来确保使用低热值高炉煤气后不影响烧炉。可见，目前提高废气温度十分必要。此外，由于气体计量还不十分准确，热风炉各阀门“自动操作”暂时还未投入使用。 5结语 球式热风炉投资省，风温高。合理的设计、优质的煤气、质量上乘的耐火球是球式热风炉长寿及长期(5年)获得高风温的保证，加上科学的管理，柳钢1号高炉球式热风炉长期获得11501200的高风温是完全能够实现的。