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耐火材料行業知識

熱風爐內襯侵蝕原因及內襯配置

  高爐熱風爐是高爐的重要附屬設備之一,它是一種蓄熱式的熱交換器,能為高爐的有效操作提供一定溫度的熱風,也就是說它將鼓入高爐中助焦炭燃燒的空氣由常溫加熱到高 溫(約1200?1350°C),其風量應充足,供給要連續。因此,每座高爐一般需配備3?4 座熱風爐,以便加熱與送風能交替進行。
  熱風爐基本構造
  熱風爐的燃燒室由爐墻圍成空塔結構,爐墻內側砌有一層耐火磚,外側有1~2層保溫磚和緩沖填料。底部的燃燒器使引入的煤氣和助燃空氣充分混合,在燃燒室內燃燒,產生的高溫氣體導致蓄熱室拱頂,再分配到所有格孔中去加熱格子磚。燃燒室上部開有熱風出口,并接有熱風閥、熱風管送出熱風。
  蓄熱室的爐墻里砌滿蓄熱的格子磚,格子磚的格孔上下貫通,孔型有圓形、矩形,矩形孔長短邊交錯砌筑,以加強對流熱交換的效果。蓄熱室內格子磚全部支撐在耐熱鑄鐵的支柱和爐箅子上,爐箅子與格子磚的孔眼要對應。熱風爐廢氣在支柱間匯集,從煙道排出;鼓風從冷風口引入,在支柱間分配到所有的格孔,并加熱格孔。
  熱風爐爐型
  根據熱風爐的燃燒室和蓄熱室的布置結構不同,熱風爐一般可分為內燃式、外燃式和頂燃式3種形式。目前3種熱風爐在我國并存。內燃式熱風爐分為普通內燃式和霍戈文(DanieliCorus)改進型內燃式熱風爐;外燃式熱風爐分為地得式、考柏式和馬琴式;頂燃式熱風爐分為卡盧金(Kalugin)頂燃式和山東冶金設計研究院改進型頂燃式熱風爐。
  熱風爐爐襯的損毀機理
  因熱風爐的結構形式不同,爐襯的損毀情況也有差異:內燃式熱風爐易損毀的部位是隔墻,外燃式熱風爐則是燃燒室和蓄熱室的拱頂、兩室的連接過橋等高溫部位。綜合損毀原因主要有以下三點:
  (1)熱應力作用。熱風爐爐襯和格子磚總是處于冷熱交變的狀態下,受熱應力的作用,極易導致砌體產生裂紋、剝落、砌體松動等破壞因素,因此要求耐火材料有良好的抗熱震性。
  (2)化學侵蝕。由于燃燒用煤氣和助燃空氣中含有一定的堿性氧化物(氧化鐵、氧化鋅等),這些物質附著于砌體表面,并向內部滲透,逐漸與耐火材料發生化學反應,生成低熔物,降低了耐火材料的高溫使用性能,因此要求耐火材料的純度高,雜質含量少。
  (3)機械載荷作用。熱風爐是一種較高的建筑物,蓄熱室下部格子磚承受的載荷高達0.8MPa,燃燒室下部襯體承受的載荷也達0.5MPa左右,在長期受熱的狀態下,砌體容易產生較大的收縮變形,嚴重影響熱風爐的使用壽命。因比要求高溫區的耐火材料抗蠕變性能好,中溫區的耐火材料強度高。
  熱風爐用耐火材料的性能要求
  熱風爐是一種周期性重復加熱、放熱的熱工設備;根據目前熱風爐的使用情況,熱風爐對蓄熱材料的要求主要有以下幾點:
  (1)具有很好的體積穩定性,即在高溫使用中不至因為內部晶相結構變化造成性過大的膨脹與收縮,使蓄熱磚、砌筑體有很好的體積穩定性。
  (2)抗高溫荷重蠕變性能好。熱風爐的爐役時間長達20年以上,耐火材料自重產生的負荷很大,因此要求在高溫下耐火材料具有良好的抗蠕變性能。而硅磚具有極為優良的高溫蠕變性能,其次是組成接近莫來石的高鋁制品。
  (3)有高的蓄熱性能。這要求材質有高密度、高比熱容。硅磚的體積密度較小,蓄熱能力較差,而且在600℃以下時,容易發生晶型轉化,破壞材料的整體性,因此硅磚不適宜在600℃以下的區域使用,另外在熱風爐烘爐和停爐時也要緩慢加熱或冷卻,保證石英晶體的緩慢轉化而不損壞材料。
  (4)有較高的熱導率。高的熱導率可以使蓄熱體在換熱器周期中能以速度與效率進行吸熱和放熱。耐火材料的熱導率是耐火材料非常重要的物理性能之一。材料的熱導率與材料的化學組成、礦物相組成、致密度、微觀組織結構和溫度有關。在鋁硅系耐火材料中,耐火材料的熱導率隨Al?O?含量的增加而增加;因此如果熱風爐的格子磚采用蓄熱能力高的高鋁磚時,將可以大幅度提高熱風爐的風溫。
  (5)較低的線膨脹系數。線膨脹系數是指耐火材料隨溫度升高體積和長度增大的性能。根據耐火磚的線膨脹率曲線與溫度的關系可以發現在600℃以前,硅磚的線膨脹率很大;超過600℃后線膨脹率幾乎不變。因此,硅磚的使用溫度應不低于600℃。
  熱風爐使用的主要耐火材料
  由于熱風爐上下溫度差極大,因此各段使用的耐火材料相差很大。
  (1)熱風爐拱頂區
  拱頂是連接燃燒室和蓄熱室的空間,包括工作層磚、填充料層和絕熱層。工作時需要在高溫下保持拱頂的結構穩定性,同時還要滿足在燃燒時將高溫煙氣均勻地分配進入蓄熱室,因此在設計時將拱頂設計成球形,以避免爐殼受到側向的推力而不穩定。由于熱風爐拱頂區域溫度很高,超過1400℃,所以工作層所使用的高鋁磚為低蠕變高鋁磚,該部位也可選用硅磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚或低蠕變高鋁磚,工作層外部筑的是硅藻土磚或保溫粘土磚,最外層填充的是水渣或水渣硅藻土填料。
  (2)大墻
  熱風爐大墻指的是熱風爐爐體的圍墻部分,包括工作層磚、填充料層和絕熱層。工作層磚根據上下的溫度不同選用不同的耐火磚,厚度在300~500mm之間,由于上部溫度最高,多采用硅磚、莫來石磚。中下部可以采用高鋁磚、硅線石磚和粘土磚。為了保溫,往往在高溫區的工作層磚外再砌筑一層輕質粘土磚,在兩層保溫層之前充填保溫的填料層。
  (3)蓄熱室
  蓄熱室是充滿格子磚的空間,主要作用是利用內部的格子磚與高溫煙氣與助燃空氣進行熱交換。蓄熱室上部多采用硅質格子磚、中部采用低蠕變高鋁磚、莫來石磚、硅線石磚、紅柱石磚等。下部一般采用粘土磚。
  (4)燃燒室
  燃燒室是煤氣燃燒的空間。燃燒室空間的設置與熱風爐的爐型和結構有很大的關系。燃燒室的高溫區域使用硅磚、莫來石磚或低蠕變高鋁磚,中低溫區域可使用普通高鋁磚和粘土磚。
  (5)隔墻
  隔墻是在內燃式熱風爐中設置的分開燃燒室和蓄熱室的爐墻。熱風爐的隔墻是兩面加熱的爐墻,而大墻為單面加熱,因此在內燃式熱風爐內部爐墻的膨脹較大,會造成隔墻向格子磚一側倒塌;另外,隔墻的下部兩側溫度差較大,熱膨脹的差值較大,工作時隔墻會產生彎曲而裂開,造成底部的爐箅子和支柱燒壞。因此砌筑時應該留出膨脹縫和加固的方法。隔墻使用的耐火材料與燃燒室使用的耐火材料相同。
  (6)燃燒器
  熱風爐燃燒器是將煤氣和空氣混合并送進燃燒的設備。熱風爐使用的燃燒器分為金屬材質和陶瓷材質兩種,其中陶瓷材質的燃燒器主要是莫來石質或堇青石-莫來石質。
 


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