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耐火砖知识与新闻

宝钢5050立方高炉热风炉耐火材料配置案例分析

湛江钢铁5050m3高炉配置4座卡卢金顶燃式热风炉,与高炉呈一列式布置,采用两烧两送交错并联的送风制度,以全烧高炉煤气为设计工况,设计风温1300℃。采用烟气余热回收装置预热煤气和助燃空气,配置2座小型顶燃式热风炉单独预热助燃空气,可以使助燃空气温度达到520℃。

(图片来源:湛江钢铁基地)

结合宝钢热风炉使用经验,根据目前顶燃式热风炉在生产中出现的问题,为保证耐火材料砌体的结构强度和高温稳定性,在设计中对卡卢金顶燃式热风炉系统进行了以下几方面的优化:

(1)在4个热风炉的热风出口均配置1个混风室,设置热风炉出口联络管,在4个混风室热风出口后的热风管道均采用与围管相同标高的管系设计;

(2)为降低炉底的热冲击,采用锅底形炉底过渡;

(3)在蓄热室中温区设置了高铝砖过渡段;

(4)为保证砌体结构的稳定性,所有孔口全部采用组合砖设计。

(宝钢湛江项目热轧厂设备  来源:中国网)

1、热风炉本体耐火材料配置

耐火材料选择依据热风炉不稳态传热模拟计算确定。根据热风炉各部位的工作温度,分别选择不同的耐火材料配置,具体如下:

(1)顶燃式热风炉燃烧室设置在顶部,环形陶瓷燃烧器与拱顶砌体采用相互独立的砌筑结构,具有独立的拱顶砌体结构,陶瓷燃烧器设置在热风炉拱顶预燃室部位,拱顶直径小,温度低,结构热稳定性好。采用独特的烧嘴布置型式。在采用单一高炉煤气作为燃料的条件下,可以使风温达到1300℃。在热风炉工作过程中温度变化频繁、剧烈,该部位采用有良好的抗热震性、体积稳定性和抗高温蠕变性的红柱石砖HRK。

(2)顶燃式热风炉燃烧室设置在顶部,提高了蓄热室有效面积利用率,蓄热室采用19孔高效格子砖。蓄热室格子砖的格孔直径为30mm,加热面积为48m2·m-3,有效地实现了蓄热室断面的气流均匀分布,缩小了热风炉直径和外形尺寸,炉体结构简化,避免了大直径拱顶结构,提高了拱顶的结构稳定性和寿命;同时也有效地提高了格子砖蓄热、加热能力,促进风温的稳定、持续提高。依据热风炉炉体传热计算结果,对格子砖配置进行了设计优化。不同高度部位因所处的温度区间不同,所采用的格子砖材质也不同:高温区采用高温体积稳定性、抗蠕变性和抗侵蚀性优异的优质硅砖YHRS;中温区温度变化比较敏感,中上段为低蠕变高铝砖DRL-60,中下段为低蠕变黏土砖HRN-48;低温区采用高强度优质黏土砖配置低蠕变黏土砖RN-42。格子砖为凹凸形状,以保证蓄热室内格子砖的位置相对稳定。

(3)热风炉炉衬在高温区采用硅砖YHRS,中温及低温区采用低蠕变高铝砖DRL-60及黏土砖(HRN-42和RN-42)。

(4)为保护热风炉炉壳和加强隔热,减少热损失,在炉壳内表面依次设置喷涂料、硅酸铝纤维板和轻质隔热砖,设计炉壳温度≤100℃;为了降低炉壳的热应力损毁,还在热风炉本体高温区喷涂耐酸喷涂料MIX-687G,低温区喷涂CN-130G喷涂料。

(5)前置预热炉蓄热室采用37孔Φ20mm的格子砖,其耐火材料配置与本体热风炉类似。

湛江钢铁5050m3高炉热风炉本体耐火材料的主要性能指标见表1。

表1   湛江钢铁5050m3高炉热风炉本体耐火材料主要指标

2、热风管道及其他管道的耐火材料设计

湛江钢铁顶燃式热风炉的送风温度达到1300℃。为保证高温热风的稳定输送,根据热风管系的布置,采用热风管系分析软件,优化波纹管、拉杆配置、并配置与管系相适应的耐火材料砌体结构,改善耐火材料砌体结构的工作环境,形成完善、配套的长寿型热风管道系统。在设计中热风管道工作砖衬耐火材料上部采用锁砌结构,热风管道各孔口全部采用组合砖结构等。

热风管道的工作衬选用低蠕变高铝砖。为保障砌体的高温稳定性,对低蠕变高铝砖的TiO2含量做了严格的限定。对热风管道的耐火材料提出了如下配置:

(1)热风炉出口联络管流体温度设计为1400℃,其工作砖衬采用低蠕变高铝砖H21;混风室内流体温度设计为1400℃,工作砖衬采用低蠕变高铝砖H22和H23;混风室后热风支管流体温度设计为1350℃,采用低蠕变高铝砖H231;热风主、围管流体温度设计≥1300℃,采用低蠕变高铝砖H23。

(2)热风管道的隔热砖衬分别为轻质高铝砖、轻质黏土砖,管壳内喷涂耐火喷涂料,管壳设计温度低于100℃。

(3)热风炉助燃空气管道内砌筑黏土耐火砖RN-42及轻质黏土砖NG0.8,管壳内壁上喷涂耐火喷涂料。

(4)冷风管道、煤气管道、一级预热后助燃空气管道采用岩棉毡进行外保温,岩棉毡外包敷镀锌铁皮。

热风炉投产后运行稳定,各主要部位的铁皮温度均在正常范围内(见表2),2016年热风炉的平均送风温度为1262℃(最高达到1276℃,最低为1250℃)。热风炉的各项操作和监测参数显示,卡卢金顶燃式热风炉在实现高风温的前提下内部工作状态良好,说明所配置耐火材料起到了关键的作用。

表2  湛江钢铁1#高炉热风炉各主要部位的铁皮温度


宝钢湛江钢铁有限公司  炼铁厂

由此我们就可以看出,科学合理的炉体结构,再加上优质的耐火材料配置,是长寿窑炉所必不可少的先决条件。


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