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耐火材料行业知识

热风炉内衬侵蚀原因及内衬配置

  高炉热风炉是高炉的重要附属设备之一,它是一种蓄热式的热交换器,能为高炉的有效操作提供一定温度的热风,也就是说它将鼓入高炉中助焦炭燃烧的空气由常温加热到高 温(约1200?1350°C),其风量应充足,供给要连续。因此,每座高炉一般需配备3?4 座热风炉,以便加热与送风能交替进行。
  热风炉基本构造
  热风炉的燃烧室由炉墙围成空塔结构,炉墙内侧砌有一层耐火砖,外侧有1~2层保温砖和缓冲填料。底部的燃烧器使引入的煤气和助燃空气充分混合,在燃烧室内燃烧,产生的高温气体导致蓄热室拱顶,再分配到所有格孔中去加热格子砖。燃烧室上部开有热风出口,并接有热风阀、热风管送出热风。
  蓄热室的炉墙里砌满蓄热的格子砖,格子砖的格孔上下贯通,孔型有圆形、矩形,矩形孔长短边交错砌筑,以加强对流热交换的效果。蓄热室内格子砖全部支撑在耐热铸铁的支柱和炉箅子上,炉箅子与格子砖的孔眼要对应。热风炉废气在支柱间汇集,从烟道排出;鼓风从冷风口引入,在支柱间分配到所有的格孔,并加热格孔。
  热风炉炉型
  根据热风炉的燃烧室和蓄热室的布置结构不同,热风炉一般可分为内燃式、外燃式和顶燃式3种形式。目前3种热风炉在我国并存。内燃式热风炉分为普通内燃式和霍戈文(DanieliCorus)改进型内燃式热风炉;外燃式热风炉分为地得式、考柏式和马琴式;顶燃式热风炉分为卡卢金(Kalugin)顶燃式和山东冶金设计研究院改进型顶燃式热风炉。
  热风炉炉衬的损毁机理
  因热风炉的结构形式不同,炉衬的损毁情况也有差异:内燃式热风炉易损毁的部位是隔墙,外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室的连接过桥等高温部位。综合损毁原因主要有以下三点:
  (1)热应力作用。热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下,受热应力的作用,极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松动等破坏因素,因此要求耐火材料有良好的抗热震性。
  (2)化学侵蚀。由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性氧化物(氧化铁、氧化锌等),这些物质附着于砌体表面,并向内部渗透,逐渐与耐火材料发生化学反应,生成低熔物,降低了耐火材料的高温使用性能,因此要求耐火材料的纯度高,杂质含量少。
  (3)机械载荷作用。热风炉是一种较高的建筑物,蓄热室下部格子砖承受的载荷高达0.8MPa,燃烧室下部衬体承受的载荷也达0.5MPa左右,在长期受热的状态下,砌体容易产生较大的收缩变形,严重影响热风炉的使用寿命。因比要求高温区的耐火材料抗蠕变性能好,中温区的耐火材料强度高。
  热风炉用耐火材料的性能要求
  热风炉是一种周期性重复加热、放热的热工设备;根据目前热风炉的使用情况,热风炉对蓄热材料的要求主要有以下几点:
  (1)具有很好的体积稳定性,即在高温使用中不至因为内部晶相结构变化造成性过大的膨胀与收缩,使蓄热砖、砌筑体有很好的体积稳定性。
  (2)抗高温荷重蠕变性能好。热风炉的炉役时间长达20年以上,耐火材料自重产生的负荷很大,因此要求在高温下耐火材料具有良好的抗蠕变性能。而硅砖具有极为优良的高温蠕变性能,其次是组成接近莫来石的高铝制品。
  (3)有高的蓄热性能。这要求材质有高密度、高比热容。硅砖的体积密度较小,蓄热能力较差,而且在600℃以下时,容易发生晶型转化,破坏材料的整体性,因此硅砖不适宜在600℃以下的区域使用,另外在热风炉烘炉和停炉时也要缓慢加热或冷却,保证石英晶体的缓慢转化而不损坏材料。
  (4)有较高的热导率。高的热导率可以使蓄热体在换热器周期中能以速度与效率进行吸热和放热。耐火材料的热导率是耐火材料非常重要的物理性能之一。材料的热导率与材料的化学组成、矿物相组成、致密度、微观组织结构和温度有关。在铝硅系耐火材料中,耐火材料的热导率随Al?O?含量的增加而增加;因此如果热风炉的格子砖采用蓄热能力高的高铝砖时,将可以大幅度提高热风炉的风温。
  (5)较低的线膨胀系数。线膨胀系数是指耐火材料随温度升高体积和长度增大的性能。根据耐火砖的线膨胀率曲线与温度的关系可以发现在600℃以前,硅砖的线膨胀率很大;超过600℃后线膨胀率几乎不变。因此,硅砖的使用温度应不低于600℃。
  热风炉使用的主要耐火材料
  由于热风炉上下温度差极大,因此各段使用的耐火材料相差很大。
  (1)热风炉拱顶区
  拱顶是连接燃烧室和蓄热室的空间,包括工作层砖、填充料层和绝热层。工作时需要在高温下保持拱顶的结构稳定性,同时还要满足在燃烧时将高温烟气均匀地分配进入蓄热室,因此在设计时将拱顶设计成球形,以避免炉壳受到侧向的推力而不稳定。由于热风炉拱顶区域温度很高,超过1400℃,所以工作层所使用的高铝砖为低蠕变高铝砖,该部位也可选用硅砖、莫来石砖、硅线石、红柱石砖或低蠕变高铝砖,工作层外部筑的是硅藻土砖或保温粘土砖,最外层填充的是水渣或水渣硅藻土填料。
  (2)大墙
  热风炉大墙指的是热风炉炉体的围墙部分,包括工作层砖、填充料层和绝热层。工作层砖根据上下的温度不同选用不同的耐火砖,厚度在300~500mm之间,由于上部温度最高,多采用硅砖、莫来石砖。中下部可以采用高铝砖、硅线石砖和粘土砖。为了保温,往往在高温区的工作层砖外再砌筑一层轻质粘土砖,在两层保温层之前充填保温的填料层。
  (3)蓄热室
  蓄热室是充满格子砖的空间,主要作用是利用内部的格子砖与高温烟气与助燃空气进行热交换。蓄热室上部多采用硅质格子砖、中部采用低蠕变高铝砖、莫来石砖、硅线石砖、红柱石砖等。下部一般采用粘土砖。
  (4)燃烧室
  燃烧室是煤气燃烧的空间。燃烧室空间的设置与热风炉的炉型和结构有很大的关系。燃烧室的高温区域使用硅砖、莫来石砖或低蠕变高铝砖,中低温区域可使用普通高铝砖和粘土砖。
  (5)隔墙
  隔墙是在内燃式热风炉中设置的分开燃烧室和蓄热室的炉墙。热风炉的隔墙是两面加热的炉墙,而大墙为单面加热,因此在内燃式热风炉内部炉墙的膨胀较大,会造成隔墙向格子砖一侧倒塌;另外,隔墙的下部两侧温度差较大,热膨胀的差值较大,工作时隔墙会产生弯曲而裂开,造成底部的炉箅子和支柱烧坏。因此砌筑时应该留出膨胀缝和加固的方法。隔墙使用的耐火材料与燃烧室使用的耐火材料相同。
  (6)燃烧器
  热风炉燃烧器是将煤气和空气混合并送进燃烧的设备。热风炉使用的燃烧器分为金属材质和陶瓷材质两种,其中陶瓷材质的燃烧器主要是莫来石质或堇青石-莫来石质。
 


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