探析热风炉陶瓷燃烧器结构特征及耐材质量控制方法

探析热风炉陶瓷燃烧器结构特征及耐材质量控制方法

郭长伟

鞍钢建设集团有限公司工业炉能源科技分公司，辽宁 鞍山 114034

摘要：将顶燃式热风陶瓷燃烧器的结构和燃烧方式与现代炉冶金进行了比较，指出陶瓷燃烧器具有高温、高效、长寿命的特点，本文说明了陶瓷燃烧器的结构特点。分析了不同类型的燃烧器，还探讨了燃烧器耐材砌筑的控制方法，满足现代热风炉对燃烧器的要求；空气加热效率高，使用寿命长，必须与热风炉的控制相匹配，好的控制可以让其结构简单稳定，提高燃烧效率，耐高温，寿命长的优势充分发挥出来。

关键词：热风炉，燃烧器

1前言

自20世纪20年代初哈特曼提出顶燃式热风炉概念以来，经过广泛的研究、试验和工业应用，顶燃式热风炉的概念得到了广泛的应用，以俄罗斯卡鲁津型为代表的顶燃炉逐渐在各级高炉实现。顶燃式热风炉解决了传统热风炉存在的主要问题，具有结构对称紧凑、燃烧再生效率高、投资少、使用寿命长等特点，目前国内外研究人员仍致力于热风炉技术的改进和优化。

2热风炉燃烧器划分及比较

热风炉按照燃烧器所在位置分为顶燃式热风炉，内燃式热风炉及外燃式热风炉；

顶燃式热风炉燃烧器位于热风炉的顶部，其最大的优势是以热风炉拱顶作为燃烧室空间，占地面积小，在相同热风炉容量下，扩大蓄热面积，蓄热面积可增加25%左右；同内燃式及外燃式热风炉相比，炉壳结构稳定，受力均匀，气流分布均匀，热传导性相对提高；空煤气从拱顶上部旋转向下，气流不直接接触拱顶，使拱顶温度降低，有效的延长了热风炉的使用寿命；最开始适用于小型高炉热风炉，近年逐渐在大型高炉热风炉中应用；

内燃式热风炉燃烧器位于热风炉蓄热室内部，仅用隔墙将燃烧室及蓄热室隔开，优点是蓄热升温快，缺点是上下受热不均，导致耐材膨胀系数不一样，易损坏；

外燃式热风炉燃烧器位于热风炉外部，在原有内燃式热风炉基础上采取将燃烧室及蓄热室分开通过联络管与热风炉进行连接，热风炉燃烧室及蓄热室大墙、拱顶对称，相对独立，耐材受热自由膨胀，稳定性好；采用有效的圆弧形式砌体砌筑，且气流分布均匀，易采用大煤气量操作，能显著提高风温；缺点是占地面积大，适用于大型高炉热风炉。

其中，内燃式基本上已经淘汰不用，现在大部分炼铁企业用的均为外燃式，而顶燃式的使用数量正在逐年上升。

3.耐火材料及操作对风温的影响

3.1耐火材料和格子砖对风温的影响

热风炉大体上由燃烧室和蓄热室两部分构成。

炉体内不同的部位，温度是不同的，并且在温度变化以及一些化学反应的破坏下，不同部位的损伤程度也是不同的。为了能够承受炉内的高强度的热负荷和机械负荷，热风炉的耐火材料必须具有高度的稳定性，同时要具有抗高温低蠕变的性能。

格子砖的作用是贮存热量，其大量存在于蓄热室。贮存热量的多少取决于单位体积的格子砖具有的受热面积，可以通过改变格子砖的孔数和单孔的孔径来改变格子砖的受热面积。

热风炉内的温度自下而上逐渐升高，根据此规律，可以将热风炉分为高温区、中温区和低温区三个不同的温度区，在拱顶和蓄热室以及燃烧室上部等部位温度最高。根据三个区段温度的不同，我们可以合理的选择耐火材料。在实际生产中，高温区应该使用抗高温、低蠕变、体积稳定性好、抗腐蚀能力强的材料，比如硅砖和高铝砖，鉴于我国属于铝土资源丰富的国家，因此，国内可以使用高容重、低蠕变的高铝质耐火材料；中温区也可以使用高铝砖；低温区由于对耐火要求较低，所以通常使用普通的黏土砖。这样既能更大限度地提高风温，又能节省成本。

3.2操作制度对风温的影响

煤气热值流量和温度以及助燃空气的流量和温度是影响风温的两个重要指标。只有这两个指标都达到合理的要求，才能最大限度地提高热风温度，尽可能地降低成本。

在炼铁过程中，基本的送风制度是交错并联送风制，现在大多数的高炉在整个过程中都是用双炉送风，一主一副，交替进行送风，即所谓的“两烧两送”。另外，还有“两烧一送”和“三烧一送”等。与后两者相比，“两烧两送”能够使风炉的热效率得到更大的提高。

实践证明，当热风炉拱顶的温度保持在1420 ℃左右时能够使风温达到更高的温度。这个温度既不能太高也不能太低，一般要控制在1400 ℃～1450 ℃之间。这样既能尽可能地提高风温，又能防止由于高温产生氮氧化物与水结合产生硝酸，对热风炉造成腐蚀。

在保证送风周期内风温稳定的前提下，使用合理数量的格子砖，以提高换热速度。除此之外，还可以通过增加格子砖的孔数，以及适当减小格子砖的孔径来增大格子砖的受热面积。现在，世界上已经生产出了第三代格子砖，与第一代相比，第三代格子砖的受热面积增大了将近十倍，成本缩减为原来的十分之一。国内的部分热风炉已经在合理使用耐火材料、改进格子砖等方面取得了比较不错的效果。

4燃烧器砌筑质量控制方法

外燃式及顶燃式热风炉需在找到拱顶砌筑和门中心点，由中心点向下吊线坠，来控制每层燃烧器的内径，直径误差控制在±10mm以内；内燃式热风炉需在炉箅子以下按照预砌图放出第一层耐材的砌筑弧线及中心点，将燃烧器对角线利用仪器提前返到热风炉喷涂料上，由燃烧器对角线来控制燃烧器砌筑方向，对角线误差控制在±5mm以内；燃烧器内分空气环道及煤气环道，砌筑燃烧器第一层标高取决于煤气口及空气口中心标高，按照空煤气口组合砖中心尺寸到最下面第一层组合砖尺寸取现场实际空煤气口中心线误差平均值由空煤气口中心向下返出第一层砌筑标高线，按照燃烧器厂家提供的燃烧器预砌图进行砌筑，需要严格控制每一层的燃烧器砖标高，为砌筑拱顶打好基础，质量控制要点：燃烧器空煤气环道之间耐材泥浆必须饱满，泥浆缝立缝控制在1.5mm以内，环缝控制在2mm以内，燃烧器空煤气环道内喷嘴严格按照设计及厂家提供的图纸方向进行布置，空煤气环道内耐材不允许进行加工。

5结论

顶燃式热风炉解决了传统热风炉存在的主要问题，具有结构对称紧凑、燃烧再生效率高、投资少、使用寿命长等特点，目前国内外研究人员仍致力于热风炉技术的改进和优化，特别是陶瓷燃烧器的主要部件，提供了不同类型的热风炉，因此必须与加热炉的设计相匹配，燃烧器优化设计的方向是使燃烧器结构简单稳定，提高燃烧效率，耐高温，寿命长。加强工作人员专业素质的培养，提高生产效率，保证工作人员在安全环境中进行工作；加强日常生产中的监管，发现问题及时解决，将隐患扼杀在摇篮中。

参考文献

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[5]北京中冶钢联工程技术有限责任公司.用于顶燃式热风炉的立旋式陶瓷燃烧器:[P].