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摘要：酒钢7号高炉热风炉型式为顶燃式热风炉，拱顶部位设置环形陶瓷燃烧器，高温区选用硅砖，蓄热室采用19孔高效格子砖，采用冷风均匀分配技术，独立支撑无梁式炉箅子，利用废烟气预热助燃空气和煤气，以使热风平均温度达到1200℃以上。
关键词：顶燃式热风炉；硅砖；冷风导流；炉箅子
中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2013）22019702
1概述
酒钢集团本部在现有生产规模的基础上调整产能结构，初步使本部的铁-钢-材生产环节达到合理衔接，在现有的规模上增加一座1800m3高炉（7号），要求其工艺技术装备水平达到国内先进；热风炉系统在整个炼铁系统中占据非常重要的地位，所以热风炉的设计质量会影响整个炼铁工程的运行状况。
酒钢7号高炉配置了三座顶燃式热风炉，预留一座热风炉的位置。热风炉高温区采用硅砖。热风炉燃料为单一高炉煤气，利用烟气余热回收装置预热煤气和助燃空气。热风炉高温阀门采用软水密闭循环冷却，热风炉系统燃烧、送风、换炉实现自动控制。三座热风炉正常工作时，采用“两烧一送”工作模式，在富氧鼓风的条件下，热风温度可达1200℃以上。
2热风炉本体设计特点
顶燃式热风炉主要技术性能参数见表1。
表1顶燃式热风炉主要技术性能参数
项目1数值热风炉座数13热风温度，℃1>1200热风炉炉壳直径（上部/中部/下部），mm111504/10670/10120热风炉高度，m150.145蓄热室断面积，m2164.95格子砖类型119孔格子砖孔径，mm130格子砖蓄热面积，m2/m3148.56单位鼓风加热面积m2/min143.72.1燃烧器及拱顶结构
環形陶瓷燃烧器设置在热风炉顶部预混室中心区域，环形陶瓷主燃烧器由一条煤气和一条空气环形通道组成，在煤气和空气通道上分布有多个旋流喷射孔，喷射孔沿圆周切线方向布置，喷出的气流以一定的速度在预混室内交叉混合并向下旋流，煤气在拱顶锥段空间燃烧，此环形陶瓷燃烧器为短焰燃烧器，火焰不接触砌体，砌体不会出现局部过热现象。环形陶瓷燃烧器预混室与锥形拱顶的几何结构使通过气流在拱顶空间内的收缩、扩张、旋流、回流而实现煤气的完全燃烧和高温烟气的均匀分布。
环形陶瓷燃烧器与拱顶砌体采用相互独立的砌筑结构，环形陶瓷燃烧器的砌体由拱顶炉壳独立支撑，与拱顶砖衬砌体完全脱开，采用迷宫式密封结构，防止热膨胀应力破坏砖衬。
拱顶砖衬独立支撑在拱顶炉壳的砖托圈上，拱顶砖衬和大墙砖衬之间设置迷宫式滑移膨胀缝，可以吸收大墙受热产生的膨胀位移，使大墙与拱顶可以自由伸缩。这种自由滑动的设计结构增强了拱顶的稳定性，降低了拱顶及拱顶各孔部位砖衬的热膨胀量，消除了各孔口砖衬由于热膨胀产生裂缝而造成的漏风。
陶瓷燃烧器关键部位耐材选用综合性能优良的红柱石砖，拱顶为高温区，故选择耐高温性好的硅砖。
2.2蓄热室结构
通过传热计算确定蓄热室格子砖的高度及材质，确定大墙砖的厚度和材质，使蓄热室具有合理的气流分布及合适的蓄热面积。蓄热室高温段选用耐高温体积稳定性、抗蠕变性和耐侵蚀性性能优异的硅砖。中温区选用低蠕变粘土砖，此段处于高温区和低温区的过度区间，温度变化比较敏感，低蠕变粘土砖的抗热震性能能适应此段的温度变化，且价格便宜。低温区选用高密度粘土砖以提高热风炉蓄热量并节省投资。最下段选用了低蠕变粘土砖，利用其抗压强度高、抗蠕变性能和抗热震性能优良的特性，以保证整个格子砖的稳定性。这种耐火材料的选取依据是好钢用在刀刃上，既满足了热风炉的功能性要求，又降低了浪费，节省工程投资。
为了优化热风炉蓄热室的蓄热、加热性能，采用了直径为30mm的19孔高效格子砖，其加热面积为48.56m2/m3，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。提高了格子砖蓄热、加热能力，为实现稳定的高风温创造了条件。
2.3孔口组合砖结构
热风炉高温孔口的工作条件恶劣，强化热风炉燃烧和换热过程，耐火材料要承受高温、高压的作用，孔口耐火材料还要承受气流收缩、扩张、转向运动所产生的冲击和振动作用。热风炉各孔口在多种工况的恶劣条件下工作，是制约热风炉长寿和提高风温的薄弱环节。热风出口采用独立的环形组合砖构成，组合砖之间采用凹凸槽结构进行加强。
2.4炉底结构
热风炉底部常有底板变形漏风的情况，高温高压热风炉更加突出。为了防止底板变形漏风，除了在砌体设计方面予以考虑外，炉底结构也做了相应的改进：
做双层底板，上下层之间设劲梁，浇注耐热混凝土，使底板刚度增大，对防止底板变形有利。
炉底板和直筒段采用圆弧连接，连接半径大，结构应力小。
底板下铺一层干沙，既方便施工，还可以吸收部分炉皮膨胀反力。炉壳安装完毕后，从炉底板上的灌浆孔向底板下进行压力灌浆，使炉底板和干沙紧密接触。
2.5炉箅子结构
热风炉炉箅子采用支柱式独立支撑无梁无梁结构，气流通过炉箅子格孔没有阻碍，炉箅子高度低可使格子砖高度降低、降低投资。炉箅子坐落在支柱上，支柱下部固定在刚性炉底上，形成稳定结构。
2.6热风炉冷风均匀技术
通过采用冷风均匀配气装置，改变冷风的入口特性，保证通过蓄热室格孔的冷风流量均匀，从而提高蓄热室的热交换效率。具体是在冷风入口处，在炉箅子支柱上安装一块不锈钢板，钢板上开有若干圆洞使冷风进出热风炉后均匀的分布进入蓄热室格子砖格孔内，以提高热风炉的换热效率。
3热风炉系统设计特点
3.1热风炉管道系统
通过对整个管道系统完整的受力分析计算，经济、合理地配置了波纹补偿器，其既吸收管道热膨胀，又便于阀门的安装、检修。烟道阀、冷风阀、煤气燃烧阀、煤气切断阀、空气燃烧阀均使用了高温密封式蝶阀，节省了投资并减少了热风炉区域的框架负荷。因热风阀处温度较高，为防止其法兰热变形，热风阀的法兰采用钢板焊接结构的水冷套来冷却。
3.2余热回收系统
为了达到热风温度大于1200℃的要求，以及提高系统热效率、节约能源，设计采用高效分离性热管换热器回收热风炉烟气余热，以预热助燃空气和煤气，分离性余热回收装置具有蒸发端与冷凝端分开，布置灵活，设备运行可靠，运转费用低的特点。实现了助燃空气及煤气的加热。本次选用的热管换热器可将助燃空气与煤气预热到190℃以上。
3.3启动燃烧器系统
用于热风炉烘炉及热风炉作业开始时，预燃室内温度低，在主燃烧器单独着火困难期间，通过启动燃烧器将拱顶温度加热到950℃以上，帮助主燃烧器点火。在高炉检修时开启动燃烧器保温热风炉，使得硅砖温度不低于800℃，避免硅砖因相变而受到破坏。
启动燃烧器系统包含焦炉煤气管路和助燃空气管路及其相关阀门等设备组成。
3.4阀门冷却系统
为提高阀门寿命，减少运行成本，设计对高温阀门（热风阀的阀体、阀板及倒流休风阀的阀体、阀板和混风切断阀的阀体、阀板）采用软水密闭循环冷却。
4结论
酒钢2500m3高炉投产后生产稳定顺行，各项生产指标不断提升，月平均风温大于1200℃，热风炉运行状况良好，实现了预期的设计目标。
高风温长寿型热风炉的设计是一项系统工程，它包括合理的结构、耐火材料的选配、热交换的改善、工艺设备的配套及必要的能源手段来保证其有效实施。
关键词：顶燃式热风炉；硅砖；冷风导流；炉箅子
中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2013）22019702
1概述
酒钢集团本部在现有生产规模的基础上调整产能结构，初步使本部的铁-钢-材生产环节达到合理衔接，在现有的规模上增加一座1800m3高炉（7号），要求其工艺技术装备水平达到国内先进；热风炉系统在整个炼铁系统中占据非常重要的地位，所以热风炉的设计质量会影响整个炼铁工程的运行状况。
酒钢7号高炉配置了三座顶燃式热风炉，预留一座热风炉的位置。热风炉高温区采用硅砖。热风炉燃料为单一高炉煤气，利用烟气余热回收装置预热煤气和助燃空气。热风炉高温阀门采用软水密闭循环冷却，热风炉系统燃烧、送风、换炉实现自动控制。三座热风炉正常工作时，采用“两烧一送”工作模式，在富氧鼓风的条件下，热风温度可达1200℃以上。
2热风炉本体设计特点
顶燃式热风炉主要技术性能参数见表1。
表1顶燃式热风炉主要技术性能参数
项目1数值热风炉座数13热风温度，℃1>1200热风炉炉壳直径（上部/中部/下部），mm111504/10670/10120热风炉高度，m150.145蓄热室断面积，m2164.95格子砖类型119孔格子砖孔径，mm130格子砖蓄热面积，m2/m3148.56单位鼓风加热面积m2/min143.72.1燃烧器及拱顶结构
環形陶瓷燃烧器设置在热风炉顶部预混室中心区域，环形陶瓷主燃烧器由一条煤气和一条空气环形通道组成，在煤气和空气通道上分布有多个旋流喷射孔，喷射孔沿圆周切线方向布置，喷出的气流以一定的速度在预混室内交叉混合并向下旋流，煤气在拱顶锥段空间燃烧，此环形陶瓷燃烧器为短焰燃烧器，火焰不接触砌体，砌体不会出现局部过热现象。环形陶瓷燃烧器预混室与锥形拱顶的几何结构使通过气流在拱顶空间内的收缩、扩张、旋流、回流而实现煤气的完全燃烧和高温烟气的均匀分布。
环形陶瓷燃烧器与拱顶砌体采用相互独立的砌筑结构，环形陶瓷燃烧器的砌体由拱顶炉壳独立支撑，与拱顶砖衬砌体完全脱开，采用迷宫式密封结构，防止热膨胀应力破坏砖衬。
拱顶砖衬独立支撑在拱顶炉壳的砖托圈上，拱顶砖衬和大墙砖衬之间设置迷宫式滑移膨胀缝，可以吸收大墙受热产生的膨胀位移，使大墙与拱顶可以自由伸缩。这种自由滑动的设计结构增强了拱顶的稳定性，降低了拱顶及拱顶各孔部位砖衬的热膨胀量，消除了各孔口砖衬由于热膨胀产生裂缝而造成的漏风。
陶瓷燃烧器关键部位耐材选用综合性能优良的红柱石砖，拱顶为高温区，故选择耐高温性好的硅砖。
2.2蓄热室结构
通过传热计算确定蓄热室格子砖的高度及材质，确定大墙砖的厚度和材质，使蓄热室具有合理的气流分布及合适的蓄热面积。蓄热室高温段选用耐高温体积稳定性、抗蠕变性和耐侵蚀性性能优异的硅砖。中温区选用低蠕变粘土砖，此段处于高温区和低温区的过度区间，温度变化比较敏感，低蠕变粘土砖的抗热震性能能适应此段的温度变化，且价格便宜。低温区选用高密度粘土砖以提高热风炉蓄热量并节省投资。最下段选用了低蠕变粘土砖，利用其抗压强度高、抗蠕变性能和抗热震性能优良的特性，以保证整个格子砖的稳定性。这种耐火材料的选取依据是好钢用在刀刃上，既满足了热风炉的功能性要求，又降低了浪费，节省工程投资。
为了优化热风炉蓄热室的蓄热、加热性能，采用了直径为30mm的19孔高效格子砖，其加热面积为48.56m2/m3，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。提高了格子砖蓄热、加热能力，为实现稳定的高风温创造了条件。
2.3孔口组合砖结构
热风炉高温孔口的工作条件恶劣，强化热风炉燃烧和换热过程，耐火材料要承受高温、高压的作用，孔口耐火材料还要承受气流收缩、扩张、转向运动所产生的冲击和振动作用。热风炉各孔口在多种工况的恶劣条件下工作，是制约热风炉长寿和提高风温的薄弱环节。热风出口采用独立的环形组合砖构成，组合砖之间采用凹凸槽结构进行加强。
2.4炉底结构
热风炉底部常有底板变形漏风的情况，高温高压热风炉更加突出。为了防止底板变形漏风，除了在砌体设计方面予以考虑外，炉底结构也做了相应的改进：
做双层底板，上下层之间设劲梁，浇注耐热混凝土，使底板刚度增大，对防止底板变形有利。
炉底板和直筒段采用圆弧连接，连接半径大，结构应力小。
底板下铺一层干沙，既方便施工，还可以吸收部分炉皮膨胀反力。炉壳安装完毕后，从炉底板上的灌浆孔向底板下进行压力灌浆，使炉底板和干沙紧密接触。
2.5炉箅子结构
热风炉炉箅子采用支柱式独立支撑无梁无梁结构，气流通过炉箅子格孔没有阻碍，炉箅子高度低可使格子砖高度降低、降低投资。炉箅子坐落在支柱上，支柱下部固定在刚性炉底上，形成稳定结构。
2.6热风炉冷风均匀技术
通过采用冷风均匀配气装置，改变冷风的入口特性，保证通过蓄热室格孔的冷风流量均匀，从而提高蓄热室的热交换效率。具体是在冷风入口处，在炉箅子支柱上安装一块不锈钢板，钢板上开有若干圆洞使冷风进出热风炉后均匀的分布进入蓄热室格子砖格孔内，以提高热风炉的换热效率。
3热风炉系统设计特点
3.1热风炉管道系统
通过对整个管道系统完整的受力分析计算，经济、合理地配置了波纹补偿器，其既吸收管道热膨胀，又便于阀门的安装、检修。烟道阀、冷风阀、煤气燃烧阀、煤气切断阀、空气燃烧阀均使用了高温密封式蝶阀，节省了投资并减少了热风炉区域的框架负荷。因热风阀处温度较高，为防止其法兰热变形，热风阀的法兰采用钢板焊接结构的水冷套来冷却。
3.2余热回收系统
为了达到热风温度大于1200℃的要求，以及提高系统热效率、节约能源，设计采用高效分离性热管换热器回收热风炉烟气余热，以预热助燃空气和煤气，分离性余热回收装置具有蒸发端与冷凝端分开，布置灵活，设备运行可靠，运转费用低的特点。实现了助燃空气及煤气的加热。本次选用的热管换热器可将助燃空气与煤气预热到190℃以上。
3.3启动燃烧器系统
用于热风炉烘炉及热风炉作业开始时，预燃室内温度低，在主燃烧器单独着火困难期间，通过启动燃烧器将拱顶温度加热到950℃以上，帮助主燃烧器点火。在高炉检修时开启动燃烧器保温热风炉，使得硅砖温度不低于800℃，避免硅砖因相变而受到破坏。
启动燃烧器系统包含焦炉煤气管路和助燃空气管路及其相关阀门等设备组成。
3.4阀门冷却系统
为提高阀门寿命，减少运行成本，设计对高温阀门（热风阀的阀体、阀板及倒流休风阀的阀体、阀板和混风切断阀的阀体、阀板）采用软水密闭循环冷却。
4结论
酒钢2500m3高炉投产后生产稳定顺行，各项生产指标不断提升，月平均风温大于1200℃，热风炉运行状况良好，实现了预期的设计目标。
高风温长寿型热风炉的设计是一项系统工程，它包括合理的结构、耐火材料的选配、热交换的改善、工艺设备的配套及必要的能源手段来保证其有效实施。