目录1 热风炉本体结构设计 (1)1.1炉基的设计 (2)1.2炉壳的设计 (2)1.3炉墙的设计 (3)1.4拱顶的设计 (3)1.5蓄热室的设计 (5)1.6燃烧室的设计 (5)1.7炉箅子与支柱的设计 (6)2 燃烧器选择与设计 (7)2.1金属燃烧器 (7)2.2陶瓷燃烧器 (7)3 格子砖的选择 (10)4 管道与阀门的选择设计 (15)4.1管道 (15)4.2.阀门 (16)5 热风炉用耐火材料 (18)5.1 硅砖 (18)5.2 高铝砖 (18)5.3 粘土砖 (18)5.4 隔热砖 (18)5.5 不定形材料 (18)6 热风炉的热工计算 (22)6.1 燃烧计算 (22)6.2简易计算 (26)6.3砖量计算 (28)7 参考文献 (30)1 热风炉本体结构设计热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。

冷风被加热并通过热风管道送往高炉。

目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。

传统内燃式热风炉（如图1-1所示）包括燃烧室和蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、炉箅子、支柱等构成。

热风炉主要尺寸（全高和外径）决定于高炉有效容积、冶炼强度要求的风温。

图1-1 内燃式热风炉我国实际的热风炉尺寸见表1-1。

表1-1我国设计的热风炉尺寸表1.1炉基的设计由于整个热风炉重量很大又经常震动，且荷重将随高炉炉容的扩大和风温的提高而增加，故对炉基要求严格。

地基的耐压力不小于2.0～2.5kg/2cm ，为防止热风炉产生不均匀下沉而是管道变形或撕裂，将三座热风炉基础做成一个整体，高出地面200～400mm ，以防水浸基础由3A F 或16Mn 钢筋和325号水泥浇灌成钢筋混泥土结构。

土壤承载力不足时，需打桩加固。

生产实践表明，不均匀下沉未超过允许值时，可将热风炉基础又做成单体分离形式，如武钢、鞍钢两座大型高炉，克节省大量钢材。

1.2炉壳的设计热风炉的炉壳由8～20mm 厚的钢板焊成。

对一般部位可取：δ=1.4D （mm ）。

开孔多的部位可取：δ=1.7D （mm ）, δ为钢板厚度（mm ），D 为炉壳内径（m ），钢板厚度主要根据炉壳直径、内压、外壳温度、外部负荷而定。

炉壳下部是圆柱体，顶部为半球体。

为确保密封炉壳连同封板焊成一个不漏气的整体。

由于炉内风压较高，加上炉壳耐火砖的膨胀，使热风炉底部承受到很大的压力，为防止底板向上抬起，热风炉炉壳用地脚螺栓固定在基础上，同时炉底封板与基础之间进行压力灌浆，保证板下密实，也可以把地脚螺栓改成锚固板，并在底封板上灌上混泥土。

将炉壳固定使其不变形，或把平底封板加工成蝶形底，使热风炉成为一个手内压的气罐，减弱操作应力的影响。

在施工过程中对焊接必须进行X 光探伤检验，要求炉壳椭圆度不大于直径的千分之二，整个中心线的倾斜（炉顶中心与炉底中心差）不大于30mm 。

为了保证炉壳和炉内砌砖的密封性，在砌砖前后要试漏、试压，检查砌砖前试验压力为0.3~1.5kg/2cm ,砌砖后工作压力的1.5倍试压，每小时压力降<=1.5%.蓄热室、燃烧室的拱顶和连接管处采用（韧性耐龟v 有效100 250 620 1036 1200 1513 1800 2050 2516 4063 H 21068 28840 33500 37000 42000 44450 44470 54000 49660 54050 D上4346 5400 7300 8000 8500 9000 9330 99600 9000 10100下5200 6780 9000 9500 H/D4.805.57 4.80 4.70 4.95 4.93 4.93 5.70 5.57 5.35裂钢板）含锰、铝的镇静钢。

高温区炉壳外侧用0.5mm铝板包覆，铝板与炉壳间填充后3mm保温毡，使炉壳温度控制在150~250℃，防止内表面结露，也防止突然降温（暴雨）使炉壳急冷而产生应力。

炉壳内表面涂硅氨基甲酸乙醋树脂保护层，防止NO与炉壳接触。

X1.3炉墙的设计炉墙一般由耐火层、绝热层和隔热层组成。

作用是保护炉壳和减少热损失。

各层厚度应根据炉壳温度和所用耐火材料的界面温度确定。

如图1-2所示。

因炉墙温度自上而下逐渐升高、所以不同高度耐火层和绝热层厚度不同。

一般下部区域温度低、荷重大，宜选用较厚耐火砖，减薄的绝热层，所留膨胀缝可小。

上部高温区，荷重小，但为了减少热损失，应增加绝热层的厚度，耐火层可较薄。

炉墙通常由345mm耐火砖砌筑，一般风温水平的热风炉和炉壳接触的是65mm后的硅藻土砖绝热层，绝热层和耐火砖之间是60~145mm后的干水渣填料层，用以缓冲膨胀。

两层绝热砖之间填以50~90mm后的干水渣或硅藻土或石粉。

隔墙上部由于燃烧室位置在热风炉内的一侧，靠格子砖的隔墙为两面加热，而靠热风炉大墙一侧的隔墙为一面加热。

因此，前者的温度比后者高，产生的高温蠕变大，而耐火材料不适应高温时，就使燃烧室向格子砖方向倾斜，并进而使上部格砖严重错孔。

a -多用与燃烧室侧b -多用于蓄热室侧图1-2 炉墙的组成1.4拱顶的设计拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构，它长期处于高温状态工作，应选用优质的内火材料，并保证砌体结构的稳定性，燃烧时高温烟气流均匀地进入蓄热室。

内燃式热风炉拱顶有半球形，锥型，抛物线形和悬链形，目前国内传统内燃式热风炉一般多采用半球形。

它可使炉壳免受侧向推力，拱顶荷重通过拱脚正压在墙上，以保持结构稳定性。

应加强热风炉上部与拱顶的绝热保护，鉴于拱顶支在大墙上，大墙受热膨胀，受压易于破坏，故将拱顶与大墙分开，支在环形梁上，使拱顶砌成独立的支撑结构。

采用抛物线形拱顶和悬链形拱顶稳定性较好，悬链形拱顶的气流也较均匀，但结构较复杂。

图1-3 热风炉拱顶在拱顶内衬的内火砖材质，决定拱顶温度水平，为了减少结构质量和提高拱顶的稳定性，应尽量缩小拱顶的直径，并适当减薄砌体的厚度。

拱顶砌体厚度减薄后，其内外温度差降低，热应力减少，可相当延长拱顶寿命。

中型热风炉砖厚以300~500mm为宜，大型高炉热风炉砖厚以350~400mm为宜。

但是砖型过多制造麻烦，过少则施工困难。

国内部颁标准以有了3组9种拱顶定型砖适用于砌筑内部半径为2100~3900mm的半球形拱顶。

拱顶的下部第一层砖为拱脚砖。

常用钢圈加固，使炉壳少受水平力作用。

在拱顶的正中为特制的炉顶盖砖，上有安装测拱顶温度的电热偶孔。

为了提高热效率，减少热损失好保护炉壳，拱顶的隔热是十分重要的。

高风温热风炉拱顶隔热砖的厚度为400~500mm,一般由2~3层隔热砖组成。

表1-2 热风炉拱顶耐火衬材质与炉顶温度的关系材质粘土砖高铝砖硅砖标号RN-38 RL-48 L2-65 DG-95炉顶温度1250 1350 1450 15501.5蓄热室的设计蓄热室是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。

砖的表面就是蓄热室的加热面，格子砖块作为贮热介质，所以蓄热室的工作既要传热快又要贮热多，而且要有尽可能高的温度。

格子砖的特性对热风炉的蓄热能力，换热能力以及热效率有直接影响。

蓄热室断面积，一般是从选定的热风炉直径扣除燃烧室断面积而得到的，它应该用填满格子砖的通道面积中的气流速度来核算。

为了保证传热速度，要求气流在紊流状态流动，即雷诺数大于2000。

由于气体在高温下粘度增大，而且格孔小不易引起紊流，故现代高风温热风炉要求有较高的流速以满足传热的要求，在生产中常有这样的情况，蓄热面积不少，顶温很高，但风温上不去，烟道温度却上升很快，其原因主要是流速低造成的。

蓄热室工作的好坏，风温和传热效率如何，与格孔大小、形状、砖量等也有很大的关系。

但在燃烧室两侧蓄热室狭窄处存在死角，烟气在蓄热室断面上分布不均，相对的减少了蓄热室面积。

眼镜形燃烧室结构稳定性差，热应力小，当量直径小，不利于煤气燃烧：但蓄热室死角小，烟气流分布均匀，有效面积利用较好。

复合型兼备上述两种形状的优点，设计上采用多。

1.6燃烧室的设计燃烧室是煤气燃烧的空间，位于颅内的一侧，它的断面形状有三种，即圆形、眼睛形、复合型。

本设计采用复合型，燃烧能力大，气流在燃烧室内分布均匀，燃烧效果好，废气分布均匀。

1-燃烧室2-蓄热室图1-4 燃烧室断面形状燃烧室隔墙一般由两层互不错缝的高铝砖砌筑，大型高炉用一层345mm和一层230mm高铝砖砌成，中小高炉用两层230mm高铝砖砌成。

两层之间彼此无约束，在受热膨胀时互不受阻碍。

燃烧室比蓄热室要高出300~500mm，目的是使烟气流在蓄热室内分布均匀一些。

1.7炉箅子与支柱的设计蓄热室全部格子砖都通过炉箅子支持在支柱上，当废气温度不超过350℃，短期不超过400℃时，用普通铸铁就能稳定的工作，当废气温度较高时，可用耐热铸铁（Ni0.4%～0.8%，Cr0.6%～1.0%）或高硅耐热铸铁。

为避免堵住格孔，支柱和炉箅子的结构应和格孔相适应。

支柱高度要满足安装烟道哦冷风管道的净空需要，同时保证气流畅通。

炉箅子的块数与支柱相同，而炉箅子的最大外形尺寸，要能从烟道口进出。

图1-5支柱和炉箅子的结构2 燃烧器选择与设计燃烧器种类很多，常见的有套筒式和栅格式，就其材质而言又分金属燃烧器和陶瓷燃烧器。

2.1金属燃烧器煤气道与空气道为一套筒结构，进入燃烧室后相混合并燃烧。

这种燃烧器的优点是结构简单，阻损小，调节范围大，不易发生回火现象，因此，过去国内热风炉广泛采用这种燃烧器。

此次设计采用的为陶瓷燃烧器。

2.2陶瓷燃烧器陶瓷燃烧器是用耐火材料砌成的，安装在热风炉燃烧室内部。

一般是采用磷酸盐耐火混泥土或矾土水泥耐火混泥土预制而成，也有采用耐火砌筑成的。

常用的陶瓷燃烧器：（1）套筒式陶瓷燃烧器套筒式燃烧器是目前国内热风炉用得最普遍的一种燃烧器。

这种燃烧器由两个套筒和空气分配帽组成，如图2-2a所示。

燃烧时，空气从一侧进入到外面的环形套筒内，从顶部的环状圈空气分配帽上的狭窄喷口中喷射出来。

煤气从另一侧进入到中心管道内，并从其顶部出口喷出，由于空气喷口中心线与煤气中性线成一定交角（一般为50左右），所以空气与煤气在进入燃烧室时能充分混合，完全燃烧。

有的还在空气道与煤气之间的管壁上部开设与煤气道轴向正交的矩形一次空气进入口，形成空气与煤气两次混合，这就进一步提高了空气与煤气的混合及燃烧效果。

优点：结构简单，构件少，加工制造方便。

但燃烧能力较小，一般适合于中小型高炉的热风炉。

（2）栅格式陶瓷燃烧器栅格式陶瓷燃烧器的空气通道与煤气通道呈间隔布置，如图2-2b所示。

燃烧时，煤气与空气都从被分成若干个狭窄通道中喷出，在燃烧器上部的栅格处得到混合后进行燃烧。

这种燃烧器与套筒式燃烧器比较，其优点是空气与煤气混合更均匀，燃烧火焰短，燃烧能力在，耐火能力大，耐火砖脱落现象少。