[科普中國]-高爐熱風(fēng)管道

簡介

高爐煉鐵是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的煉鐵方式，通常每座高爐都要匹配三到四座熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐的作用是為高爐冶煉儲存和提供熱風(fēng)，高爐和熱風(fēng)爐之間由熱風(fēng)管道相連接。高爐熱風(fēng)管道包括：熱風(fēng)支管、熱風(fēng)主管、混風(fēng)室或豎管、熱風(fēng)圍管、送風(fēng)支管等部分組成。

作用熱風(fēng)管道的作用是將熱風(fēng)從熱風(fēng)爐輸送和分配到高爐的各個風(fēng)口裝置。從熱風(fēng)爐出來的熱風(fēng)（1000℃～1280℃）先經(jīng)過與每座熱風(fēng)爐相連接的熱風(fēng)支管匯入熱風(fēng)主管，再通過混風(fēng)室或豎管進(jìn)入環(huán)在高爐本體外的熱風(fēng)圍管，在熱風(fēng)圍管內(nèi)熱風(fēng)將分配到高爐周圍的送風(fēng)支管裝置進(jìn)入高爐風(fēng)口。

內(nèi)襯結(jié)構(gòu)熱風(fēng)管道的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，通常采用耐火噴涂層+耐火纖維+輕質(zhì)隔熱耐火磚+工作層韌性莫來石磚，送風(fēng)支管采用澆注料進(jìn)行澆注。管道工作層韌性莫來石磚一般采用環(huán)縫砌筑，也有個別采用錯縫砌筑方式。熱風(fēng)管道上各個部位（熱風(fēng)支管、熱風(fēng)主管、混風(fēng)室或豎管、熱風(fēng)圍管、送風(fēng)支管和人孔）連接的三岔口或聯(lián)絡(luò)口多采用組合磚結(jié)構(gòu)。

管道常見問題熱風(fēng)管道受管道內(nèi)高壓氣流對管道壁薄弱部位沖刷及管道受力不合理將導(dǎo)致出現(xiàn)管道燒紅和漏風(fēng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重時會出現(xiàn)熱風(fēng)管道燒穿等大事故。針對管道出現(xiàn)的一系列問題通過對管道以及氣體進(jìn)行流場分析，找出高溫高壓的空氣對管道的影響，尤其是應(yīng)力的影響，從而確定管道薄弱部位，對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化和內(nèi)襯進(jìn)行改進(jìn)；其次進(jìn)行管道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要是根據(jù)管道支座和波紋管的設(shè)計要求來對管道的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括管道支座的布置，波紋管的選擇以及內(nèi)襯的改造；最后利用工程軟件對管道進(jìn)行熱應(yīng)力分析，驗證研究的可行性并確定技術(shù)改造方案。1

關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)定輸送熱風(fēng)爐作為煉鐵重要的輔助設(shè)備，其能力的提高能夠給高爐冶煉帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐在國內(nèi)發(fā)展迅速，隨著冶金技術(shù)裝備的提升，以及良好的操作水平，高爐已具備接受高風(fēng)溫的條件。目前所建的熱風(fēng)爐均已采用雙預(yù)熱系統(tǒng)，新型陶瓷燃燒器，高性能格子磚等技術(shù)，隨著煤氣含塵量大大減小，基本上可以實現(xiàn)1200℃以上風(fēng)溫。風(fēng)溫提高以后，高溫?zé)犸L(fēng)的穩(wěn)定輸送成為高爐接受高風(fēng)溫的制約環(huán)節(jié)。

結(jié)構(gòu)問題熱風(fēng)爐各孔口在多種工況的惡劣條件下工作，耐火材料要承受高溫、高壓的作用，還要承受氣流收縮、擴(kuò)張、轉(zhuǎn)向運(yùn)動所產(chǎn)生的沖擊和震動作用。目前新建的頂燃式熱風(fēng)爐多采用一列式布置：

（1）熱風(fēng)支管補(bǔ)償器改為復(fù)式波紋補(bǔ)償器，設(shè)置在熱風(fēng)出口和熱風(fēng)閥之間，以承受橫向位移。

（2）在每座熱風(fēng)爐的熱風(fēng)支管兩側(cè)的主管上各安裝一個波紋管補(bǔ)償器，在熱風(fēng)支管與主管中心線的交點處設(shè)置固定支座。這種設(shè)計消除了熱風(fēng)主管端頭盲板力對熱風(fēng)支管的影響，但燃燒期熱風(fēng)爐爐殼膨脹對支管向外擠壓，送風(fēng)期支管拉桿在三岔口盲板力作用下伸長，對管道固定點的作用力，仍會影響到該處的管殼，并且這種作用隨著燃燒、送風(fēng)周期性變化。根據(jù)實際溫度、壓力、固定點計算得出，三岔口鋼殼變形量最大點出現(xiàn)在相貫線的上下兩個交點處。

管道內(nèi)襯管道內(nèi)襯結(jié)構(gòu)采用兩種方式：

（1）在主支管、主管與圍管三通部位采用變徑的方式來處理結(jié)構(gòu)問題。 保持外徑不變，設(shè)置變徑磚來適當(dāng)減小支管內(nèi)徑，增強(qiáng)組合磚內(nèi)環(huán)穩(wěn)定性，改善外環(huán)的受力。 主管與圍管三通部位可選擇較大的圍管直徑相貫穿， 既可以增強(qiáng)穩(wěn)定性對圍管風(fēng)量分配也起到一定作用。

（2）設(shè)計三岔口時要考慮管道變形以及頂磚不穩(wěn)定所產(chǎn)生的問題，在管道相貫部位采用組合磚+澆注料的結(jié)構(gòu)。下部以組合磚為基礎(chǔ)，上部 120°范圍采用澆注料整體澆筑，加強(qiáng)上部耐材的整體性和抗壓性，改善因管殼變形帶來的破壞， 并設(shè)置合理的膨脹縫來消除因不同材料受熱變化帶來的不利影響。1

設(shè)計要求（1）隨著風(fēng)溫的升高，送風(fēng)管路系統(tǒng)成為制約高爐接受高風(fēng)溫的薄弱環(huán)節(jié)， 必須采取合理的系統(tǒng)設(shè)計，以適應(yīng)高風(fēng)溫的要求。

（2）熱風(fēng)管道三岔口是整個送風(fēng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，引起三岔口損壞的主要原因是三通管鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形以及組合磚自身結(jié)構(gòu)問題，應(yīng)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施來防范。

（3）對送風(fēng)管路系統(tǒng)出現(xiàn)的事故應(yīng)以預(yù)防為主，做到早發(fā)現(xiàn)早處理。 同時要采用合理的處理方式，處理不當(dāng)反而會加劇事態(tài)的嚴(yán)重性。 對于管道局部過熱采取灌漿措施時，一定要注意控制好灌漿壓力，避免對內(nèi)襯的損傷。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)管殼發(fā)紅時采用風(fēng)冷來控制殼體溫度，不應(yīng)立即打水處理，避免對鋼結(jié)構(gòu)造成破壞，發(fā)生管道開裂事故。

（4）對送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)上的考慮，主要是為了實現(xiàn)熱風(fēng)爐在高熱負(fù)荷、高熱應(yīng)力狀態(tài)下長期、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。 這是在歸納熱風(fēng)爐不斷發(fā)展過程中大量成功經(jīng)驗與失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的符合發(fā)展趨勢的優(yōu)化設(shè)計方案。1