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頂燃式熱風爐熱風管道損毀分析及解決方案

發(fā)布時間：

2023-11-21

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熱風管道是實現(xiàn)高溫熱風輸送的關鍵裝置，頂燃式熱風爐管道結構復雜，工況條件苛刻。熱風管道的異常損毀已成為影響高爐穩(wěn)定運行的主要因素，本文分析頂燃式熱風爐熱風管道損毀原因，并提出解決方案。

一、頂燃式熱風爐熱風管道的特點

國內最早的頂燃式熱風爐是上世紀70年代首鋼2號爐應用的大帽子頂燃熱風爐，后卡魯金小帽子頂燃式熱風爐進入中國，此類頂燃式熱風爐幾乎全部采用一列式布置方式（圖1），熱風管道由熱風支管、熱風主管（平臺管）、熱風豎管、倒流休風管、混風管、熱風橋管、熱風圍管組成，主要損壞部位主要為熱風支管、熱風主管（平臺管）和熱風主管與支管三岔口。

熱風管道的送風溫度最高可達1300℃以上，壓力大于0.3MPa，管道內襯耐火材料及管道鋼殼會受熱膨脹，產(chǎn)生較大盲板力，在三岔口、補償器等結構復雜或膨脹縫部位容易竄風。

1、熱風支管兩端不均勻縱向位移

頂燃式熱風爐的熱風爐底部和熱風豎管為固定設置，熱風爐爐體受熱軸向和徑向膨脹，熱風支管與熱風爐處于垂直相連的狀態(tài)，在熱風爐升溫后，熱風爐送風-燃燒、燃燒-送風交替工作，熱風支管上所設波紋補償器需同時吸收支管的橫向位移和熱風爐爐體受熱對其產(chǎn)生的縱向位移。熱風支管內部耐火材料無法吸收補波紋償器發(fā)生的橫向和縱向位移，工作層耐火材料結構失穩(wěn)竄風，燒毀輕質隔熱磚和熱風支管復式補償器造成熱風支管損壞。

2、熱風管道盲板力影響

熱風管道的主/支管三岔口、主/圍管三岔口是管道銜接的地方，傳統(tǒng)砌筑過程中，在主管與支管（或圍管）連接處有一條環(huán)形通縫及諸多三角縫，管道工作期間受到盲板力、炙熱氣流的剪切力、激振流的沖刷，送風與休風時的熱脹冷縮等作用，造成三岔口組合磚的快速破損，進而發(fā)生竄風造成鋼殼過熱發(fā)紅。

3、熱風管道單磚設計不合理

熱風管道采用普通"齊頭磚"設計，前后環(huán)管道磚密封性和咬合能力差，造成管道竄風和掉磚。

4、熱風管道膨脹縫留設不科學

熱風管道膨脹縫留設未對特定溫度下熱風管道耐火磚膨脹量做出準確計算。一般都按經(jīng)驗預留，膨脹縫小了耐火磚被擠碎、掉磚；膨脹縫大了熱風竄入燒毀輕質隔熱磚，引起爐殼發(fā)紅。

5、大拉桿設計缺失

熱風爐設計通常都考慮了熱風管道受熱膨脹帶來的影響，在熱風管道上設置了波紋管補償器，但忽視了管道盲板力可能帶來的影響，熱風支管和總管沒有設計拉桿裝置。

二、熱風管道損壞解決方案

安耐克專注于高爐熱風爐技術的自主研發(fā)與創(chuàng)新，不斷優(yōu)化頂燃式熱風爐系統(tǒng)結構與耐火材料配置，針對頂燃式熱風爐管道異常損壞問題，創(chuàng)新性地提出了系列解決方案。

1、采用熱風支管"關節(jié)管"技術

熱風爐在送風與燃燒交替進行時，熱風支管周期性受道壓力和溫度作用，熱風支管處采用"關節(jié)管"組合體技術，通過"關節(jié)管"組合體的小角度位移，吸收熱風支管兩端不均勻的縱向膨脹，減少熱風支管內部耐火材料的損壞。

"關節(jié)管"組合體技術示意圖

2、改變熱風爐布置方式

將熱風爐一列式布置更改為矩形或三角形對稱布置，熱風支管直接連接熱風爐熱風出口與熱風豎管（圖2）。

該布置方式不僅可縮小熱風支管兩端不均勻的縱向位移，解決不同熱風爐送風帶來的熱風管道周期性膨脹收縮問題，還減小了一列式熱風爐布置方式盲板力帶來的不利影響。此外，該布置方式取消了熱風主管（平臺管）和熱風管道框架結構，不僅提高了熱風爐系統(tǒng)熱效率，還降低了投資。經(jīng)測算，熱風爐對稱性布置較一列式布置熱風爐系統(tǒng)投資降低10%以上。

3、熱風管道耐火磚采用"Z字形"結構設計

熱風管道耐火磚采用"Z字形"設計，可以起到很好的環(huán)向密封氣流作用，單磚拐折處環(huán)環(huán)相扣、相互支撐，結構更加穩(wěn)定。

4、熱風主管與支管三岔口采用澆注+組合磚技術

熱風管道三岔口下半環(huán)采用組合磚砌筑，上半環(huán)采用高強耐磨澆注料整體澆注。組合磚與澆注料的材質相同，保證組合磚和澆注料的熱穩(wěn)定性、導熱能力相當。該結構管道銜接處強度高、結構整體穩(wěn)定性好，杜絕三岔口變形、開裂、掉磚，也同時解決施工難的問題。

5、熱風管道耐材設計與管殼鋼結構設計相輔相成

根據(jù)熱風管道不同部位使用工況和實測耐火磚線膨脹系數(shù)，磚襯設計時按照管道徑向溫度梯度合理配置耐材、預留膨脹縫，并對膨脹縫、波紋補償器、三岔口等處的耐材結構設計進行局部特殊處理，如采用導流磚、迷宮式膨脹縫等，保證管道結構密封性。

6、消除盲板力影響

波紋補償器配套大拉桿，設置端部波紋管補償器和相應的拉桿裝置可以消除盲板力對于拉桿覆蓋范圍內的管道系統(tǒng)的影響。

綜上所述，安耐克基于應力和應變分析設計的熱風管道膨脹及拉緊裝置，保證熱風管道系統(tǒng)既能夠承受軸向變形，又能夠承受頂燃式熱風爐特有的熱風管道徑向變形，有效解決了熱風管道熱應力與結構應力的分布、承受與消除問題，并配合三岔口組合磚與膨脹節(jié)可以杜絕熱風管道內襯磚出現(xiàn)變形、掉磚等問題，實現(xiàn)熱風爐管道系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行20年以上，為高爐高風溫穩(wěn)定運行提供可靠保障。

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