梅钢外燃式热风炉炉体特点.pdf

第32卷 第2期 2010年4月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.2 Apirl 2010 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 生产技术生产技术 摘要 梅钢新日铁式外燃式热风炉采用了双头等径小拱顶， 燃烧室和蓄热室等径半球拱顶， 联络管设有波纹管和拉杆以 吸收位移和水平推力， 并采取了一系列防止炉壳晶间应力腐蚀的措施。各砌体相互独立， 在高温区使用硅砖， 同时大量采 用组合砖以加强结构稳定性， 热风炉已无故障运行9个月。 关键词 外燃式热风炉； 双头拱顶； 半球拱顶； 波纹管； 组合砖 中中图分类号号 TF063文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 02-0041-02 1概况 梅钢4号高炉容积为3 200 m3， 为实现高风温、 长寿命， 配置了4座新日铁式外燃式热风炉。外燃 式热风炉彻底解决了内燃式热风炉火井倾斜、 隔墙 掉砖甚至烧穿短路的弊病， 而且直径相对较小， 结 构也相对稳定。炉体设计在结构和耐火材料的选 用、 砌筑上进行了相应的改进。梅钢 4 号高炉于 2009年5月21日开炉， 热风炉使用9个月未出现问 题。由于外燃式热风炉在梅山炼铁史上是首次使 用， 很多问题还需摸索和探讨。 2热风炉的结构特点 新日铁式外燃式热风炉特点 采用了双头等径 小拱顶， 燃烧室和蓄热室等径半球拱顶。联络管设 有波纹管和拉杆以吸收位移和水平推力。 2.1采用双头等径小拱顶 蓄热室上部设有一个锥体段， 使蓄热室拱顶缩 小至和燃烧室拱顶尺寸大小相同， 从而提高了结构 的稳定性， 并使高温烟气在蓄热室中分布均匀。拱 顶直径缩小， 拱顶下部的耐火砖承受的荷载就减 小， 可以减少由于蠕变引起拱顶耐火砖的变形， 提 高结构的长期稳定性。 2.2加设波纹管和拉杆 由于燃烧室和蓄热室长期处于高温和高压环 境， 拱顶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， 严重时使焊缝开裂漏 风。两拱顶间的相对位移还影响到砌体的结构稳 定， 导致耐火砖的松动脱落， 降低热风炉的使用寿 命。两室温度不同引起的轴向不均匀膨胀， 采用微 抬高燃烧室高度来解决， 而风压造成的两室间的水 平位移则采用固定连接两拱顶的拉杆解决。为了 保证砌体稳定， 两室间的相对位移量应当越小越 好， 两拱顶间的水平位移按30 mm、 垂直位移量按 20 mm考虑， 而轴向位移按25 mm考虑。 为了进一步吸收两拱顶间的不均匀膨胀和连 接管的轴向膨胀， 在联络管上安装波纹管， 两拱顶 设有加强板， 并用张力拉杆加以固定。拱顶的这种 柔性结构， 可吸收相对位移， 避免联络管和拱顶连 接处的应力集中。 2.3采取防止炉壳晶间应力腐蚀的措施 热风炉炉壳在高压煤气和炉衬热膨胀作用下 引起双轴应力状态， 最大应力分布在炉衬承受强烈 高温作用的上部区域。拱顶风温超过1 200 ℃， 此 时空气中的氮分解并与空气中的氧形成氧的氮化 物NOx， 渗过炉内衬， 遇炉壳内壁形成的冷凝水而生 成硝酸HNO3， 硝酸对钢壳具有腐蚀作用。这种腐蚀 和拉应力的共同作用会导致炉壳出现裂纹， 晶体之 间形成的裂纹， 再受硝酸侵蚀而削弱强度从而减少 炉壳寿命。这种现象叫做晶间应力腐蚀 ［1］。 由晶间应力腐蚀引起的钢壳破裂， 是高温热风 炉进一步提高风温的重大障碍。梅钢外燃式热风 炉采取的防止炉壳晶间应力腐蚀的措施如下 1） 高温区炉壳采用耐腐蚀的低合金结构钢， 提 高焊接性能。所有的炉壳转折点都采用曲线连接， 连接半径一般均＞1 500 mm， 锥体倾角≥45， 各开 孔部位都进行了补强。施工过程中不允许在炉皮 上任意开孔以及在炉壳上焊接其他构件， 以消除局 部应力集中。 2） 炉壳加工完毕， 整体退火消除内应力。高温 区的工地焊接在施工结束后也进行退火处理。 3） 在高温区炉壳内表面涂抹耐酸漆及喷涂耐 酸料， 防止腐蚀性液体和炉壳直接接触。 4） 在高温区炉壳外表面用铝皮包裹石棉设置 保温层， 提高炉壳温度避免氧化物与冷凝水生成硝 梅钢外燃式热风炉炉体特点 刘永叶， 路正明 （宝钢集团上海梅山有限公司， 江苏 南京 210039） 收稿日期 2010-02-03 作者简介 刘永叶， 男， 1981生， 2003年毕业于重庆工业高等专科学 校炼铁专业。现为梅钢助理工程师， 从事热风炉工艺技术工作。 41 山东冶金2010年4月第32卷 酸根离子水溶液腐蚀炉壳。 3砌体特点 3.1各砌体相互独立 拱顶、 锥体部和大墙砖互为独立的砌体， 拱顶 和锥体砖分别坐落在托砖环之上， 通过托砖环把上 部的荷载传至炉壳， 可避免工作温度不同引起砌体 不均匀膨胀造成的砌体破坏。加之炉壳采用曲线 连接， 受风压的影响变形极小， 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。托砖环下部填充SiC浇注料， 利用其良好的 导热性， 迅速将托砖环部位的热量通过炉皮放散至 大气， 以此来维持托砖环的强度[2]。为了保证各部 位砌体的膨胀和位移， 在相应部位采用纤维棉。 3.2大量采用组合砖 蓄热室格子砖采用七孔型， 厚度150 mm， 孔径 为40 mm， 上表面有凸台， 下表面有凹槽， 砌筑时上 下互相交错、 咬合， 使格砖形成一个整体。砌体也 采用独立结构， 格子砖与大墙之间有足够的间隙， 对大墙没有水平推力。不同材质的格子砖设有不 同大小的水平膨胀缝。为保证通孔率和结构稳定， 格子砖砌筑时每3层用木塞进行定位。 格子砖材质从下到上分别为抗热震低蠕变高 铝砖、 低蠕变黏土砖、 低蠕变高铝砖、 硅砖。下部采 用低蠕变高铝砖是为了提高耐火砖的承载能力和 抵抗温度波动的能力， 而硅砖具有很好的抗高温蠕 变性能和热稳定性， 适合高温区使用， 且价格低。 为了提高结构稳定性， 在高温区分别采用了大 块砖、 带凹凸锁扣异形砖， 而在各个开口部位则采 用组合砖砌筑， 组合砖外侧和异形砖、 标准砖连接 处配置以花瓣形砖， 以加强结构稳定性， 提高热风 炉使用寿命； 同时也方便施工， 保证砌筑质量。其 中陶瓷燃烧器采用组合砖砌筑， 各孔口包括联络管 端口、 燃烧室热风出口、 混风室热风出入口、 热风管 道上各三岔口等均采用组合砖砌筑。 3.3栅格式陶瓷燃烧器 栅格式陶瓷燃烧器优点 燃烧强度大、 火焰短、 空气消耗系数小、 燃烧产物温度高、 燃烧稳定。砌 筑时下部为低蠕变黏土砖、 中部为低蠕变高铝砖、 上部为抗热震性能良好的青石砖。为防止煤气中水 汽粘附在砖的表面， 在燃烧器混合煤气通道的表面 涂一层防水涂料， 并设置了金属保护板。在燃烧器 的空、 煤气环道上各增加1个缩扩段； 空、 煤气入环 道时均增添斜坡， 使少量空、 煤气在燃烧器内预混。 3.4普遍采用炉壳喷涂技术 炉壳及热风管道内均喷涂有不定形耐火材料， 喷涂料有轻质喷涂料和耐酸喷涂料。喷涂料在内 壁形成完整的耐火体， 增加了炉子的气密度， 同时 还有良好的隔热作用， 对保护炉壳有良好的效果。 3.5预留膨胀缝 合理预留膨胀缝是保证砌体稳定的重要条件， 膨胀缝的大小以能吸收100的理论膨胀量来决定， 不考虑由于泥浆压缩所吸收的膨胀量。为确保膨 胀缝大小， 砌筑时填充聚乙烯板等在高温下消失的 材料， 高温部位采用陶瓷纤维毡和纤维棉进行填 充， 各环缝处为实现砌体膨胀时滑动， 放置油纸。 1） 燃烧室上部和拱顶连接处为迷宫式结构， 为 便于大墙砖和拱顶砖砌体间相互移动， 迷宫部位的 垂直缝和水平缝均不用泥浆， 迷宫结构的环缝用陶 瓷纤维填充， 防止气体窜动。 2） 燃烧室、 蓄热室拱顶由上部半球、 中部直段 和下部过渡段组成。拱顶在砌筑前先经喷砂除锈 处理， 再喷涂一层耐酸喷涂料。该部位砌体由3层 砖组成， 由内向外分别为硅砖、 轻质低铁高铝砖、 轻 质黏土砖， 砌体的径向膨胀由陶瓷纤维填充层吸收。 3） 混风室由拱顶及上下各自独立的大墙组成， 分别采用抗热震低蠕变高铝砖和隔热砖。混风室 底部是耐热混凝土， 因为有冷凝水析出， 混凝土上 面用黏土砖砌成漏斗状， 炉底表面及排水孔道周围 采用耐剥落性能良好的黏土砖。混风室内衬由抗 热震低蠕变高铝砖、 绝热砖和喷涂料组成， 砖衬间 设有环形膨胀缝， 填充聚乙烯板。 4结语 梅钢外燃式热风炉的主要特点是 根据不同部 位所处的工作条件， 选用合适的耐火材料， 设置合 理的膨胀缝， 以利于实现高风温长寿命的目的。大 量采用组合砖以加强结构稳定性， 提高热风炉使用 寿命。高温区采用涂漆和喷涂防酸的喷涂料的方 式， 以及炉壳外部采用保温措施， 可有效地避免炉 壳因结露水产生的晶间应力腐蚀， 延长使用寿命。 从国内几家钢铁厂使用外燃式热风炉情况来 看， 最薄弱的环节还是在拱顶联络管位置， 由于长 期在高温高压的作用下， 燃烧室和蓄热室拱顶会产 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， 严重时使焊缝开裂发红漏风， 因此在 日后使用过程当中必须引起重视。 参考文献 ［1］ 曹天复， 马洌海， 邵同平， 等.热风炉炉壳力学分析及有限元应 用软件 ［J］ .炼铁， 2009， 28 （2） 60-61. ［2］ 李益明， 刘冬梅， 苏蔚.3 200 m3高炉外燃式热风炉炉体设计 ［J］ .冶金能源， 2007， 26 （4） 31-34. （下转第44页） 42 山东冶金2010年4月第32卷 布料曲线按照36进行偏移形成的10条布料曲线 所组成， 而这种偏移的实现是通过双向旋转的布料 器内外圈的转速速比差来实现的。 在皮带运输机与布料器接料口设置了1条减速 皮带， 降低了物料的运行速度， 避免了由于石灰石 和无烟煤高速行进而带来的物料纵向偏析。在设 计运输部分时， 考虑到2次上料间曲线可能存在不 连续的情况， 并因此造成在衔接部位出现新的物料 偏析， 设计了光电物料接续控制系统， 使2次布料间 的首尾得以很好地衔接， 保证了布料的均匀性。 3.3供风、 卸料系统改造 1） 在风机电机电路上安装1台22 kW变频器， 替换原星三角启动， 既减轻了原启动方式对电机的 损耗， 又在送风过程中实现了线性调整和准确控制 风量， 而且减少了用电量。利用变频器自身的程序 控制功能， 设定程序， 自动控制送风量， 既减轻了操 作强度， 又减少了人为原因所造成的误操作。 2） 根据水泥机立窑卸料系统料封原理， 在窑底 石灰漏斗出口安装1根3 m长的料封管。由于石灰 大部分为块状料， 锁风效果较好。改制一个料位 仪， 利用其仪表内的12 V继电器做为上限的跑风跳 闸开关。当出现跑风时， 风量传感装置传出的信号 就会比正常值大， 在超出料位仪的上限时， 料位仪 的上限继电器就会动作， 切断风机变频器的信号， 风机自动停风。利用其仪表内的另一个12 V继电 器作为手动复位开关， 当跑风停机后， 在处理完毕 再开机时， 按一下复位开关就能启动风机， 简化了 操作过程。 4改造效果 4石灰窑改造后， 经过1 a的生产实践， 石灰产 量平均由原来的80 t/d提高为110 t/d； 各项主要质量 指标明显提高， CaO平均值由改造前的85.3提高 到88.5， 活性度由改造前的260 mL提高到293 mL （4 mol/L盐酸在40 ℃1 ℃温度下10 min滴定） ， 灼 减由改造前的6.4降低为4.1， 各项质量指标均达 到冶金二级石灰标准要求。由于窑体加高后， 高径 比变为5.6， 煅烧带加长， 石灰石煅烧时间充分， 分解 完全； 采用双向旋转网状曲线布料器进行布料， 窑 内石灰石和煤分布均匀， 窑内各点温度均衡， 窑况 稳定； 实现连续供风后， 窑内无烟煤燃烧充分， 煅烧 带一直保持相对稳定的高温状态， 有利于石灰石快 速分解， 石灰产量和质量大幅度提高。 参考文献 ［1］ 孙锡生.影响炼钢用活性石灰质量的因素 ［J］ .石灰， 1998 （4） 20-27. ［2］ 段瑞林.石灰石在竖式石灰窑内的煅烧过程分析 ［J］ .山西化 工， 2000 （7） 39. ［3］ 冯建设， 秦维刚， 李道忠.250 m3石灰竖窑扩容的设计 ［C］ //中 国石灰协会.2007 年冶金石灰技术交流会论文汇编.2007 64-73. Technology Transation of No.4 Lime Kiln in Zhangdian Iron and Steel General Works ZHAO Guo-wu, YANG Ji-chun （Material and Metallurgy School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China） AbstractAbstract Zhangdian Iron and Steel General Works heightened the kiln body of the No.4 limekiln 2.3 m. It used the charge distributor with the distribution technology of bi-directional rotation reticulate curve instead of the rotary bell-type distributor, adopted transducer control fan motor speed to achieve the linear adjustment and precise control of airflow rate and installed a seal pipe at the chute end of the bottom to achieve a continuous air supply. After the transations, kiln condition was stable in production process, the lime output increased to 110 t/d from 80 t/d and the quality indicators reach the needs of metallurgical secondary lime standard. Key wordsKey words limekiln; charge distributor; kiln body; air supply system; discharge system Body Features of External-combustion Hot Stove in Meisan Steel LIU Yong-ye, LU Zheng-ming （Shanghai Meishan Co., Ltd. of Bao Steel Group Corporation, Nanjing 210039, China） AbstractAbstract The Nippon Steel-type external combustion hot stove in Meishan Steel adopted double-ended and equal diameter-small vault, the combustion chamber and the regenerative chamber with equal diameter-hemisphere vault, contact pipe with bellows and pull rods for absorbing the displacement and the horizontal thrust and adopted a series of measures to the intergranular stress corrosion of the furnace shell. Every masonry work was unattached one another, in the high temperature region, using silica brick, at the same time, adopting a large number of combination firebricks to enhance the structural stability. Then the hot air furnace has making failure free operation for 9 months. Key wordsKey words external-combustion hot stove; double-ended vault; hemisphere vault; bellows; combination brick 􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣 （上接第42页） 44