包钢1号高炉热风炉的高风温及长寿技术的介绍方平摘要介绍了为配合包钢1号高炉扩容而易地新建的4座改造内燃式热风炉,为保证高炉获得高风温并保证热风炉的长寿,设计中采用了多项先进和实用的技术。

关键词内燃式热风炉高风温长寿技术INTRODUCTION TO HIGH BLAST TEMPERATURE LONG LIFE TECHNIQUE FOR HOT BLAST STOVE OF NO.1 BF AT BAOTOU IRON & STEEL CORP.Fang PingBaotou Iron & Steel Corp.Synopsis The present paper described 4 modified internal combustion type hot blast stoves which were rebuilt in the new site in the volumetric enlargement of No.1 BF at Baotou Iron & Steel Corp. To ensure high blast temperature as well as long service life of the hot blast stoves a number of advanced application techniques have been adopted in the design.Keywords internal combustion type hot blast stove high blast temperature long life technology1 前言包钢1号高炉于1959年9月建成,有效容积为1513m3。

在1981年4月至1985年3月间进行了1号高炉的改造性大修。

从上次大修后高炉已生产10余年时间,其间虽经几次中修但并未根本改变炉子的状况。

随着包钢原料条件的不断改善,炼钢、轧钢生产规模的不断扩大,炼铁生产能力已不能满足要求。

为此,包钢公司决定对1号高炉实施扩容改造大修,将炉容由1513m3扩容至2200m3。

实践证明,对于包钢的原料条件,高炉容积达到1800m3时,就需要有2个出铁口才能满足高炉的正常生产,所以1号高炉扩容改造需新建出铁场,将热风炉易地建,为新建北出铁场提供场地。

基于上述原因,决定在1号高炉东北侧新建4座改造内燃式热风炉。

2 热风炉主要技术参数新建4座改造内燃式热风炉是按高炉扩容至2200m3进行设计的,热风炉间距14m,其主要技术参数见表1。

表1 包钢1号高炉热风炉主要技术参数11022/96009410/8220433 热风炉的结构及主要设备新建热风炉烧炉仅使用热值为3540kJ/m3的高炉煤气,为使送风温度达到1200℃,并保证热风炉的长寿,在设计中采用了多项先进的实用技术。

传统考贝内燃式热风炉拱顶采用半球形拱顶结构,拱顶砖直接座落在大墙上,它有拱顶结构不不稳定,气流分布不均匀等缺点。

本次1号高炉热风炉拱顶采用三段圆弧拟合的悬链线拱顶,拱顶砖座落在炉壳的钢托上,与大墙分开。

此种结构的优点是:压力线与拱顶拱轴线重合,结构稳定,气流分布均匀,可提高烟气的传热效率。

大墙能够自由涨落,不会因大墙涨落而破坏拱顶结构。

燃烧室采用砌筑稳定性好的圆形燃烧室,并采用双通道陶瓷燃烧器。

陶瓷燃烧器能使空气和煤气较好地混合,可降低空气过剩系数,有利于提高理论燃烧温度。

传统考贝式热风炉一个重要的薄弱环节是燃烧室与蓄热室在热风出口对面隔墙容易窜风,产生气体短路现象,从而大大降低热风炉的传热效率。

本次设计,在燃烧室隔墙中设置δ=4mm的耐热不锈钢板(多半环)以提高隔墙的气密性。

不锈钢板为铠甲式安装,可以避免钢板受热变形对两侧隔墙砖的推力。

针对热风炉各口砌砖的薄弱环节,在热风出口、煤气入口、助燃空气入口、烟道出口、炉体人孔及热风管道各三岔口,分别采用了不同材质的组合砖砌筑,并在烟道出口内加设了耐热铸铁衬套。

4座热风炉设置1个混风室,混风室不仅用于风温调节,同时起调节热风出口与高炉围管高差的作用。

在热风炉的各种管道上还安装有不同形式的波纹补偿器。

根据管道工作情况的不同,选用了不同材质的波纹补偿器。

热风主管和热风支管所用的波纹补偿器,均采用超低碳经固溶处理的00Cr17Ni14Mo2材料,该材料有较高的抗高温金相腐蚀能力。

波纹管的应用可保护管道内砖衬的稳定,并保护管道阀门,也便于阀门的拆装。

在炉蓖子支柱上安装有“热风炉冷风分布控制挡板”装置,该装置可使冷风分布均匀,缩小蓄热室死区,提高热风炉的热效率。

热风炉采用高架烟道,在烟道上安装有1台水介质整体式热管换热器,用以回收部分烟气余热,加热助燃空气。

热风炉系统配备有2台风机,集中送风,1台生产,1台备用。

为有效调节风量,降低能耗,并保证风机的安全运行,风机配备有液力偶合器进行调速,为降低风机的噪声污染,在风机吸风口处安装有消音器,在助燃风机主管上还设有放风调节阀,作为风量、风压的备用调节手段。

整个热风炉系统设计有1套废气均排压系统,此系统可将送风转燃烧热风炉内的高温、高压气体用来给另一座由燃烧转送风的热风炉充压,使部分高温、高压气体得以利用。

此系统也可进行常规均排压操作。

热风炉壳体的各处折点,全部采用圆弧过渡,降低拐点处的应力集中,避免炉壳开裂漏风事故的发生。

整个热风炉壳体均按压力容器规范进行设计。

在高炉长时间休风时,考虑了热风炉的保温措施,以保证热风炉上部温度不低于硅砖相变温度,并在炉篦子下设有吹冷风装置,由助燃风总管引来冷风进行金属炉篦子的冷却。

4 耐火材料和保温材料的选用热风炉是一个以耐火材料做为换热元件的巨型换热器,热风炉热效率的高低、寿命的长短,很大程度上取决于耐火和保温材料的好坏。

所以在设计上针对热风炉各部位工作条件的不同选用了不同的耐火和保温材料。

热风炉拱顶是承受最高温度的部位,此处的耐高温能力决定着热风炉送风的最高温度,其寿命的长短也很大程度决定着热风炉的寿命。

故选用耐高温和热稳定性好的硅砖砌筑,并通过传热计算选用了不同材质的多层保温材料。

针对燃烧器的使用特点,选用了耐急冷急热性能好的堇青石砖进行砌筑。

为提高热风炉的热效率,在设计中采用了多种轻质砖和耐火纤维毡并配合炉壳内表面喷涂,还对冷风及助燃空气管道进行了外保温包扎。

蓄热室格子砖从上而下分别采用硅砖、低蠕变高铝砖、高铝砖和粘土砖,最下面几层也采用低蠕变高铝砖,以增加耐压强度。

5 热风炉的控制及检测热风炉的基本工作制度为交错并联送风工作制,辅助工作制为“三烧一送”和“二烧一送”工作制(考虑有一座热风炉检修)。

其中交错并联送风工作制又分为变风量交错并联送风和定风量交错并联送风。

定风量交错并联送风是将两座热风炉的冷风调节阀全开,控制混风调节阀的开度来控制风温。

而变风量交错并联送风是对一先一后投入送风的两座热风炉的冷风调节阀开度进行调节来控制送风温度。

显然,采用变风量交错并联送风制度是最佳工作制。

热风炉控制系统包括换炉顺序控制、仪表控制和计算机控制系统。

热风炉操作方式以全自动换炉和半自动换炉为主。

考虑到热风炉的检修,单体设备的检修以及调试,分别设置单炉自动换炉,手动联锁换炉和解锁手动换炉。

热风炉的燃烧制度采用助燃空气和煤气的双调节方式。

热风炉控制实现计算机控制,并与高炉本体联网,构成分布集散系统。

其具体功能为:根据自动化仪表检测的拱顶温度和废气温度自动换炉;按高炉要求热风温度进行平稳送风;按温度原则和时间原则进行四炉交错并联送风;按时间原则进行“三烧一送”和“二烧一送”的自动工作;实现各种工作制的转换;采集热风炉的现场数据,并进行各种数据处理;可实现在线打印和故障打印;可在操作站对各电气设备进行监视和操作。

对每座热风炉的煤气和助燃空气流量进行检测,并用此测量值参与热风炉燃烧的最佳流量控制。

在每座热风炉拱顶均设1点温度检测,用以反映拱顶温度。

每座热风炉的蓄热室分上中下3层测温,每层4点。

在应用燃烧数学模型时用此12点的测量值进行蓄热量计算,根据蓄热量情况确定煤气和助燃空气量,以达到最经济的能源利用。

在热风支管上设有1点测温,用以反映热风出口温度。

在热并联送风时与主管的温度测量值进行比较,来调节冷风调节阀的开度,达到送风温度的稳定。

在烟道支管上设有1点温度检测,用以反映废气温度。

在烟道支管设有提取烟气的残氧分析装置,由阀门控制,送往残氧分析仪,进行烟气含氧量分析,在自动燃烧状态下,用此测量值与设定值比较,对空燃比进行调整,以达到最佳空燃比。

此外,整个热风炉系统还设有多个流量、温度和压力检测点,作为计量和安全报警之用,以保证整个系统运行安全可靠。

所有检测信号都送往计算机,由计算机进行显示、打印或报警。

6 结语包钢1号高炉热风炉易地新建已经完成,高炉扩容大修暂不进行,在1996年底对高炉进行了中修,高炉中修完后,新热风炉于11月23日投入使用,目前使用情况良好。

由于1号高炉周围场地狭窄,采用改造内燃式热风炉结构,使热风炉易地新建成为可能。

改造内燃式热风炉其特点是:可提高风温、延长寿命(与考贝式内燃式热风炉比较),降低投资、减少占地(与外燃式热风炉比较)。

从目前的使用情况来看,本次热风炉的设计基本达到了预期的目的。

热风炉的送风温度可达1150～1200℃。

联系人:方平,高级工程师,包头市(014010)包头钢铁公司设计院冶炼科作者单位：包头钢铁公司。