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耐火材料行業知識

寶鋼5050立方高爐熱風爐耐火材料配置案例分析

湛江鋼鐵5050m3高爐配置4座卡盧金頂燃式熱風爐,與高爐呈一列式布置,采用兩燒兩送交錯并聯的送風制度,以全燒高爐煤氣為設計工況,設計風溫1300℃。采用煙氣余熱回收裝置預熱煤氣和助燃空氣,配置2座小型頂燃式熱風爐單獨預熱助燃空氣,可以使助燃空氣溫度達到520℃。
  結合寶鋼熱風爐使用經驗,根據目前頂燃式熱風爐在生產中出現的問題,為保證耐火材料砌體的結構強度和高溫穩定性,在設計中對卡盧金頂燃式熱風爐系統進行了以下幾方面的優化:
  (1)在4個熱風爐的熱風出口均配置1個混風室,設置熱風爐出口聯絡管,在4個混風室熱風出口后的熱風管道均采用與圍管相同標高的管系設計;
    (2)為降低爐底的熱沖擊,采用鍋底形爐底過渡;
    (3)在蓄熱室中溫區設置了高鋁磚過渡段;
  (4)為保證砌體結構的穩定性,所有孔口全部采用組合磚設計。
  1、熱風爐本體耐火材料配置
  耐火材料選擇依據熱風爐不穩態傳熱模擬計算確定。根據熱風爐各部位的工作溫度,分別選擇不同的耐火材料配置,具體如下:
  (1)頂燃式熱風爐燃燒室設置在頂部,環形陶瓷燃燒器與拱頂砌體采用相互獨立的砌筑結構,具有獨立的拱頂砌體結構,陶瓷燃燒器設置在熱風爐拱頂預燃室部位,拱頂直徑小,溫度低,結構熱穩定性好。采用獨特的燒嘴布置型式。在采用單一高爐煤氣作為燃料的條件下,可以使風溫達到1300℃。在熱風爐工作過程中溫度變化頻繁、劇烈,該部位采用有良好的抗熱震性、體積穩定性和抗高溫蠕變性的紅柱石磚HRK。
  (2)頂燃式熱風爐燃燒室設置在頂部,提高了蓄熱室有效面積利用率,蓄熱室采用19孔高效格子磚。蓄熱室格子磚的格孔直徑為30mm,加熱面積為48m2·m-3,有效地實現了蓄熱室斷面的氣流均勻分布,縮小了熱風爐直徑和外形尺寸,爐體結構簡化,避免了大直徑拱頂結構,提高了拱頂的結構穩定性和壽命;同時也有效地提高了格子磚蓄熱、加熱能力,促進風溫的穩定、持續提高。依據熱風爐爐體傳熱計算結果,對格子磚配置進行了設計優化。不同高度部位因所處的溫度區間不同,所采用的格子磚材質也不同:高溫區采用高溫體積穩定性、抗蠕變性和抗侵蝕性優異的優質硅磚YHRS;中溫區溫度變化比較敏感,中上段為低蠕變高鋁磚DRL-60,中下段為低蠕變黏土磚HRN-48;低溫區采用高強度優質黏土磚配置低蠕變黏土磚RN-42。格子磚為凹凸形狀,以保證蓄熱室內格子磚的位置相對穩定。
  (3)熱風爐爐襯在高溫區采用硅磚YHRS,中溫及低溫區采用低蠕變高鋁磚DRL-60及黏土磚(HRN-42和RN-42)。
  (4)為保護熱風爐爐殼和加強隔熱,減少熱損失,在爐殼內表面依次設置噴涂料、硅酸鋁纖維板和輕質隔熱磚,設計爐殼溫度≤100℃;為了降低爐殼的熱應力損毀,還在熱風爐本體高溫區噴涂耐酸噴涂料MIX-687G,低溫區噴涂CN-130G噴涂料。
  (5)前置預熱爐蓄熱室采用37孔Φ20mm的格子磚,其耐火材料配置與本體熱風爐類似。
  2、熱風管道及其他管道的耐火材料設計
  湛江鋼鐵頂燃式熱風爐的送風溫度達到1300℃。為保證高溫熱風的穩定輸送,根據熱風管系的布置,采用熱風管系分析軟件,優化波紋管、拉桿配置、并配置與管系相適應的耐火材料砌體結構,改善耐火材料砌體結構的工作環境,形成完善、配套的長壽型熱風管道系統。在設計中熱風管道工作磚襯耐火材料上部采用鎖砌結構,熱風管道各孔口全部采用組合磚結構等。
  熱風管道的工作襯選用低蠕變高鋁磚。為保障砌體的高溫穩定性,對低蠕變高鋁磚的TiO2含量做了嚴格的限定。對熱風管道的耐火材料提出了如下配置:
  (1)熱風爐出口聯絡管流體溫度設計為1400℃,其工作磚襯采用低蠕變高鋁磚H21;混風室內流體溫度設計為1400℃,工作磚襯采用低蠕變高鋁磚H22和H23;混風室后熱風支管流體溫度設計為1350℃,采用低蠕變高鋁磚H231;熱風主、圍管流體溫度設計≥1300℃,采用低蠕變高鋁磚H23。
  (2)熱風管道的隔熱磚襯分別為輕質高鋁磚、輕質黏土磚,管殼內噴涂耐火噴涂料,管殼設計溫度低于100℃。
  (3)熱風爐助燃空氣管道內砌筑黏土耐火磚RN-42及輕質黏土磚NG0.8,管殼內壁上噴涂耐火噴涂料。
  (4)冷風管道、煤氣管道、一級預熱后助燃空氣管道采用巖棉氈進行外保溫,巖棉氈外包敷鍍鋅鐵皮。
  熱風爐投產后運行穩定,各主要部位的鐵皮溫度均在正常范圍內(見表2),2016年熱風爐的平均送風溫度為1262℃(最高達到1276℃,最低為1250℃)。熱風爐的各項操作和監測參數顯示,卡盧金頂燃式熱風爐在實現高風溫的前提下內部工作狀態良好,說明所配置耐火材料起到了關鍵的作用。


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