热风阀阀板(热风炉用耐火材料衬里的使用与发展)

Posted 2023-06-02

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热风阀阀板(热风炉用耐火材料衬里的使用与发展)

热风炉用耐火材料衬里的使用与发展，热风炉用耐火材料的选择主要是由热风温度决定的。当风温低于900℃时，一般选用粘土砖，使用寿命可达20年左右；当风温在900~1100℃时，高温部的炉衬和格子砖则用高铝砖、莫来石砖或硅线石砖；当风温高于1100℃时，一般选用高铝砖、莫来石砖和硅砖作炉衬或格子砖。

近年来，各国新建或改建的高炉热风炉主要是采用外燃式的，送风温度为1200~1350℃，拱顶温度一般为1500~1550℃，甚至接近1600℃。因此，炉衬高温部位和格子砖上层，普遍采用硅砖砌筑，使用效果较好。

日本大型高炉热风炉主要采用考伯斯式的，最近新日铁式热风炉建造较多；西德则用考伯斯式或马琴式热风炉，西欧其它国家多采用狄迪尔式热风炉；美国除建造一些外燃式热风炉外，十分重视内燃式热风炉的改造，即可获得较高的风温，又能延长使用寿命。

美国在六十年代之前，高炉热风炉主要采用粘土砖和半硅砖砌筑。高炉使用一个炉役后，热风炉只更换蓄热室上部3~5米高的格子砖，并清扫其余格子砖通道，又可继续使用；六十年代中后期，随着热风炉风温的提高，在高温部位的衬里普遍采用高级或超级粘土砖、高铝砖和莫来石砖；进入七十年代，热风炉高温部位一般用廉价的硅砖砌筑。当蓄热室上部温度超过1420℃时，则采用抗碱蚀性强、导热性能好和蓄热量大的方镁石格子砖。表为美国高炉热风炉用耐火砖的性能。

西欧热风炉球顶、炉墙和格子砖上部，普遍采用黑硅砖砌筑。黑硅砖中，氧化铁和氧化钛的含量较高，真比重大，导热性能好，蓄热能力强，因此热效率高。热风炉的中，下部炉墙和格子砖，则分别采用高铝砖和粘土砖。

图为英国商风温热风炉用耐火材料的典型实例，从图中看出，高温部位全部采用硅砖砌筑，中温部位的衬体和格子砖则用高铝砖砌筑，热风出口附近衬体采用莫来石砖，其余部位普遍采用粘土砖砌筑。

西德最近五年来高炉热风炉用耐火材料没有新的变化，典型热风炉材质，从高温区到低温区依次采用硅砖、硅线石砖、莫来石砖、高铝砖和粘土砖，其中有些砖的性能指标略有提高。

苏联高炉热风炉的传统材质为：球顶和上部砌体采用Al2O3含量为62~72%的高铝砖砌筑，中、下部砌体则用Al2O3含量为38%的粘土砖；最近，热风炉的风温显著提高，因此球顶和上部6~7米高的部位一般采用低膨胀性硅砖砌筑，其余部位根据温度的不同，分别采用莫来石砖、刚玉砖、高岭土砖和粘土砖。

我国高炉热风炉一般为内燃式的，其衬体和格子砖普遍采用高铝砖和粘土砖砌筑；外燃式热风炉的高温部位一般用硅砖砌筑，中、低温部位则依次用高铝砖和粘土砖。

表所列为日本高炉热风炉用耐火砖的性能和使用部位。从表中看出，不同的使用部位，选用了不同品种和牌号的耐火砖，做到物尽其用；同时，要充分考虑耐火砖的高温蠕变性能，以便在长期工作中，确保生产的安全。另外，日本热风炉的寿命一般可供高炉两个炉役使用，即为15~20年。

综上所述，高炉热风炉采用的耐火材料，各国大同小异。风温提高以后，高温部位的炉顶、炉墙和格子砖普遍采用硅砖砌筑。因为硅砖荷重软化温度高，几乎接近其熔融温度；在600℃以上时，体积稳定性好，重烧线变化等于零或略有膨胀，且有较强的抗碱蚀能力。同时，硅砖的高温蠕变性能特别好，如图所示。图中，硅砖系在1.0公斤/厘米2荷重和加热1550℃的条件下测定的；硅酸铝质砖施加的荷重为2.0公斤/厘米2，加热温度分别为1350℃和1300℃。

但是，硅砖体积密度较小，蓄热能力较差，在600℃以下时，易发生品型转化，破坏砌体的整体性。因此，各国均规定了硅砖的最低使用温度，一般应大于600℃，日本则规定要大于800℃。另外，在低温阶段烘炉时，要慎重进行，以保证品型的缓慢转化而不损伤砌体。

应当指出，西欧同美国一样，在热风炉蓄热室上部试用了MgO含量为95~96%的高热容量的方镁石砖，在中、下部则一般用廉价的半硅砖。半硅砖的高温蠕变性和体积稳定性均比粘土砖好，而热能稳定性又比硅砖好。另外，在蓄热室上部和温变变化较大的部位，也有采用莫来石砖砌筑的。莫来石砖的荷重软化温度和高温蠕变性能与硅砖相似，而且低温时体积稳定性好，开停炉时较方便；单位体积内蓄热能力大，如设粘土砖的蓄热能力为1，硅线石砖则为1.14，硅砖仅为0.85，而莫来石砖则为1.2。但是，制造莫来石砖时，消耗能源较大，成本比硅砖高得多。

图为各国热风炉温度与格子砖材质的关系。图内标明的数字为氧化铝的含量。从图中看出，随着热风炉风温的提高，耐火砖质量也不断提高，以高温区为例，从粘土砖发展到硅砖，高铝砖、硅线石砖、红柱石砖和莫来石砖。如前所述，方镁石砖的应用也是有前途的。

高炉热风炉用格子砖的形状，尺寸和排列方式的不同，传热效能也有较大差异。美国、日本、西德和我国等国家普遍采用蜂窝状格子砖。苏联近儿年对格子砖的形状和传热效能进行了广泛地研究，强调采用大块多孔（孔数为12或27个，孔径为25或30毫米）的格子砖，并获得良好的使用效果。

目前，世界各国采用外燃式热风炉已超过190座，而且在继续发展。与此同时，不少国家对内燃式热风炉也进行了研究和改造，其中荷兰霍戈文公司的改造设计较成功，可使热风达到1200℃左右。该热风炉称为霍戈文型内燃式热风炉，其主要技术措施是将金属燃烧器改为陶瓷燃烧器，能合理组织燃烧，提高燃烧温度，减少脉动现象；为保持隔墙结构的稳定性，防止裂缝、“短路”和倾倒，砌筑时应预留膨胀缝，以便使垂直和水平两个方向均能自由移动。同时，隔墙中间砌筑轻质砖，靠低温侧放置耐热钢板，这样做可以降低砌体的温度梯度，减少热应力的损坏，杜绝短路事故的发生；炉顶采用蘑菇形拱顶，并座落在箱形圈梁上，与热风炉大墙之间留有移动缝。这种炉顶构造型式，受力均匀，使用寿命长，但砖型较复杂。为此，简化炉顶砖型，砌筑成锥形拱顶，热交换作用更好些，使用寿命也长，是今后发展的一个重要方向。

霍戈文型内燃式热风炉于1973年投产，其球顶温度可达1500℃，热风温度为1200℃左右。生产四年后检查，隔墙不弯曲、不开裂和不漏气，其它炉衬均是完好的。该热风炉在荷兰高炉上使用较多，并在美、英、澳、墨和加拿大等国家中建立了13座，满足了高炉操作的高风温要求。我国对高炉用内燃式热风炉的改造，也采用了类似荷兰的设计方案，炉子风温高、寿命长比新建外燃式热风炉节约投资30%左右。

众所周知，外燃式热风炉和霍戈文型内燃式热风炉均能提供较高温度的热风，但前者占地多，投资大，炉顶节点处砌体寿命较低，而后者隔墙结构复杂，气流分布不均匀，进一步提高风温受到一定的限制。因此，各国正在研究无炉身结构的热风炉，即顶燃式热风炉。我国首都钢铁公司2号高炉炉容为1327米3，首次成功的采用了顶燃式热风炉，风温可达到1200℃以上。该炉高温区采用硅砖砌筑，燃烧器周周用耐火浇注料浇灌。图为首钢顶燃式热风炉炉顶结构简图。西德、日本和苏联等国家，顶燃式热风炉都仍处于工业性试验阶段。

高炉热风炉如用轻质耐火砖时，应当与工作层的材质相适应，即硅砖炉衬，则用轻质硅砖作隔热层。表为日本热风炉用轻质耐火砖的性能。

高炉热风炉风温提高以后，球顶炉壳因受炉气中酸性冷凝液的侵蚀而产生晶间应力，造成裂纹或开裂。当炉顶隔热层太厚时，这种现象更为严重。为此，各国采取了不少保护措施，如砌筑完轻质耐火砖后，镶一层铝波纹板以防止酸气的溢出，然后再砌工作衬：西德在球顶炉壳上喷一层硅质耐酸喷涂料，日本和美国等国家则用改性树脂调制成耐高温的耐酸涂抹料，涂抹在高温部位的炉壳内表面，以防止酸液的侵蚀。

燃烧器的结构型式和操作制度，对高炉热风炉的工作有较大的影响。目前，大中型高炉热风炉普遍采用陶瓷燃烧器。该类燃烧器是在燃烧室内用耐火材料建造的，工作是周期性的，温度波动约为600℃，并受气流冲刷和化学侵蚀的作用，使用条件较差。

陶瓷燃烧器自从六十年代初期出现以来，空煤气通道一般采用高铝砖和粘土砖砌筑，有辐射孔部分则用莫来石砖或莫来石刚玉砖建造；我国高炉热风炉陶瓷燃烧器普遍用耐火浇注料预制成型为大块，在现场吊装，施工速度快，使用效果好；苏联亚速钢厂在4号高炉热风炉上，采用MKB-72英来石砖彻筑陶瓷燃烧器上部喷嘴处，使用13个月，砌体就出现裂缝，但仍可继续使用；当用MKF-80莫来石刚玉砖砌筑时，1976年1月投产，使用3.5年后，衬体仍然是完好的。这两种砖的性能，如表所示。

热风出口周围炉墙，以及与主风管接口处和风管拐角处等部位的衬体，一般采用高铝砖或莫来石砖砌筑。由于该处构造复杂、温度高，当采用抗蠕变能力差的砖时，常常发生掉砖现象，致使炉壳或管壳发红、被迫降温操作其至停炉。例如，西德某高炉外燃式热风炉的平均风温为1246℃，最高时为1380℃。其风口周围和风管接口或拐角处等部位的衬体，当采用Al2O3含量为70%的红柱石砖砌筑时，生产12个月就发生了掉砖现象；改用烧结刚玉砖后，使用寿命为15~27个月；当采用高铝砖或莫来石砖砌筑风口周围炉墙、并用黑硅砖砌筑主风管内衬时，获得了优良的使用效果。

热风炉风口或其它孔洞处的衬体发生局部损坏时，日本采用水玻璃硅酸铝质压入料进行修补，取得了较好的效果。例如某厂1号热风炉距地面25米处的测温孔附近，炉壳温度达到180~270℃，影响生产。为此，在测温孔周围炉壳上钻孔，并安装喷嘴，采用1.0公斤/厘米的压力挤进1570公斤耐火压人料。修补后，炉壳温度降低到60~90℃，使用一年多，其温度仍未升高，即耐火压入料修补的衬体是良好的。

高炉热风围管等部位，一般采用耐火砖砌筑，粘土砖工作层厚170毫米，轻质砖隔热层厚350毫米。如果按照施工规程精心砌筑，其管壳外表温度一般低于100℃。

送风支管和热风阀等部位的衬体，一般采用耐火浇注料浇灌。该材质应具有体积稳定性好、强度高、导热系数低、热震稳定性好及施工方便等特点，在生产过程中衬体不剥落、不龟裂，使用寿命长。例如，日本4000米3以上的大型高炉送风管系统，一般采用牌号BPC-1超高铝质耐火浇注料作衬体。该料采用高级铝酸盐水泥作结合剂，氧化铝粉作粉料，刚玉作耐火骨料。这种材料制作的衬体，使用寿命较高，但导热性大，散热快，管壳温度较高；目前，日本大中型高炉的送风管、连接管和热风阀等部位的衬体，一般采用牌号为CN140和H160-1耐火浇注料制作，获得了较好的使用效果。

图为加古川钢铁广1号高炉送风支管示意图。图中弯管、上部球面、喷管座、下部球面和喷嘴的工作衬用耐火浇注料浇灌，其厚度分别为75~110、75、75~95、75和40毫米；其隔热层用轻质耐火浇注料浇灌，厚度分别为50~110、50、50、50和33毫米。

日本高炉热风阀系用特殊钢制作的，表面浇灌耐火浇注料衬体，使用寿命般为2.5年左右。

最近，为了提高直喷管寿命和节能，日本播魔耐火材料公司采用离心成型机制作双层耐火浇注料管衬。首先将直喷管安放在成型机上，倒进导热系数为0.18千卡/米·时·℃的轻质耐火浇注料，离心成型隔热层（厚度为20~40毫米）；养护后，再成型耐火浇注料工作层（厚度为40~50毫米）。普通浇灌法施工的管衬，平均使用寿命为72个月；采用离心法成型的管衬，开始时的平均寿命为13.8个月，经过改进后，平均寿命达到38.4个月。管壳表面温度从354℃降低到268℃。

我国某厂大型高炉热风围管与送风支管等部位用磷酸高铝质耐火浇注料作内衬，使用一个炉役，仅有轻微磨损，直喷管部分也用同样材质手工捣制，使用寿命比耐火砖衬体好。

表为日本高炉系统用不定形耐火材料的性能和使用部位。生产实践证明，各国在高炉系统中，不少部位采用了不定形耐火材料作衬体，取得了良好的效果。