湛江鋼鐵5050m3高爐配置4座卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐，與高爐呈一列式布置，采用兩燒兩送交錯(cuò)并聯(lián)的送風(fēng)制度，以全燒高爐煤氣為設(shè)計(jì)工況，設(shè)計(jì)風(fēng)溫1300℃。采用煙氣余熱回收裝置預(yù)熱煤氣和助燃空氣，配置2座小型頂燃式熱風(fēng)爐單獨(dú)預(yù)熱助燃空氣，可以使助燃空氣溫度達(dá)到520℃。
結(jié)合寶鋼熱風(fēng)爐使用經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)目前頂燃式熱風(fēng)爐在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，為保證耐火材料砌體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中對(duì)卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行了以下幾方面的優(yōu)化:
(1)在4個(gè)熱風(fēng)爐的熱風(fēng)出口均配置1個(gè)混風(fēng)室，設(shè)置熱風(fēng)爐出口聯(lián)絡(luò)管，在4個(gè)混風(fēng)室熱風(fēng)出口后的熱風(fēng)管道均采用與圍管相同標(biāo)高的管系設(shè)計(jì);
? ? (2)為降低爐底的熱沖擊，采用鍋底形爐底過渡;
? ? (3)在蓄熱室中溫區(qū)設(shè)置了高鋁磚過渡段;
(4)為保證砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所有孔口全部采用組合磚設(shè)計(jì)。
1、熱風(fēng)爐本體耐火材料配置
耐火材料選擇依據(jù)熱風(fēng)爐不穩(wěn)態(tài)傳熱模擬計(jì)算確定。根據(jù)熱風(fēng)爐各部位的工作溫度，分別選擇不同的耐火材料配置，具體如下:
(1)頂燃式熱風(fēng)爐燃燒室設(shè)置在頂部，環(huán)形陶瓷燃燒器與拱頂砌體采用相互獨(dú)立的砌筑結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的拱頂砌體結(jié)構(gòu)，陶瓷燃燒器設(shè)置在熱風(fēng)爐拱頂預(yù)燃室部位，拱頂直徑小，溫度低，結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好。采用獨(dú)特的燒嘴布置型式。在采用單一高爐煤氣作為燃料的條件下，可以使風(fēng)溫達(dá)到1300℃。在熱風(fēng)爐工作過程中溫度變化頻繁、劇烈，該部位采用有良好的抗熱震性、體積穩(wěn)定性和抗高溫蠕變性的紅柱石磚HRK。
(2)頂燃式熱風(fēng)爐燃燒室設(shè)置在頂部，提高了蓄熱室有效面積利用率，蓄熱室采用19孔高效格子磚。蓄熱室格子磚的格孔直徑為30mm，加熱面積為48m2·m-3，有效地實(shí)現(xiàn)了蓄熱室斷面的氣流均勻分布，縮小了熱風(fēng)爐直徑和外形尺寸，爐體結(jié)構(gòu)簡化，避免了大直徑拱頂結(jié)構(gòu)，提高了拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和壽命;同時(shí)也有效地提高了格子磚蓄熱、加熱能力，促進(jìn)風(fēng)溫的穩(wěn)定、持續(xù)提高。依據(jù)熱風(fēng)爐爐體傳熱計(jì)算結(jié)果，對(duì)格子磚配置進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。不同高度部位因所處的溫度區(qū)間不同，所采用的格子磚材質(zhì)也不同:高溫區(qū)采用高溫體積穩(wěn)定性、抗蠕變性和抗侵蝕性優(yōu)異的優(yōu)質(zhì)硅磚YHRS;中溫區(qū)溫度變化比較敏感，中上段為低蠕變高鋁磚DRL-60，中下段為低蠕變黏土磚HRN-48;低溫區(qū)采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)黏土磚配置低蠕變黏土磚RN-42。格子磚為凹凸形狀，以保證蓄熱室內(nèi)格子磚的位置相對(duì)穩(wěn)定。
(3)熱風(fēng)爐爐襯在高溫區(qū)采用硅磚YHRS，中溫及低溫區(qū)采用低蠕變高鋁磚DRL-60及黏土磚(HRN-42和RN-42)。
(4)為保護(hù)熱風(fēng)爐爐殼和加強(qiáng)隔熱，減少熱損失，在爐殼內(nèi)表面依次設(shè)置噴涂料、硅酸鋁纖維板和輕質(zhì)隔熱磚，設(shè)計(jì)爐殼溫度≤100℃;為了降低爐殼的熱應(yīng)力損毀，還在熱風(fēng)爐本體高溫區(qū)噴涂耐酸噴涂料MIX-687G，低溫區(qū)噴涂CN-130G噴涂料。
(5)前置預(yù)熱爐蓄熱室采用37孔Φ20mm的格子磚，其耐火材料配置與本體熱風(fēng)爐類似。
2、熱風(fēng)管道及其他管道的耐火材料設(shè)計(jì)
湛江鋼鐵頂燃式熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度達(dá)到1300℃。為保證高溫?zé)犸L(fēng)的穩(wěn)定輸送，根據(jù)熱風(fēng)管系的布置，采用熱風(fēng)管系分析軟件，優(yōu)化波紋管、拉桿配置、并配置與管系相適應(yīng)的耐火材料砌體結(jié)構(gòu)，改善耐火材料砌體結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，形成完善、配套的長壽型熱風(fēng)管道系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中熱風(fēng)管道工作磚襯耐火材料上部采用鎖砌結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)管道各孔口全部采用組合磚結(jié)構(gòu)等。
熱風(fēng)管道的工作襯選用低蠕變高鋁磚。為保障砌體的高溫穩(wěn)定性，對(duì)低蠕變高鋁磚的TiO2含量做了嚴(yán)格的限定。對(duì)熱風(fēng)管道的耐火材料提出了如下配置:
(1)熱風(fēng)爐出口聯(lián)絡(luò)管流體溫度設(shè)計(jì)為1400℃，其工作磚襯采用低蠕變高鋁磚H21;混風(fēng)室內(nèi)流體溫度設(shè)計(jì)為1400℃，工作磚襯采用低蠕變高鋁磚H22和H23;混風(fēng)室后熱風(fēng)支管流體溫度設(shè)計(jì)為1350℃，采用低蠕變高鋁磚H231;熱風(fēng)主、圍管流體溫度設(shè)計(jì)≥1300℃，采用低蠕變高鋁磚H23。
(2)熱風(fēng)管道的隔熱磚襯分別為輕質(zhì)高鋁磚、輕質(zhì)黏土磚，管殼內(nèi)噴涂耐火噴涂料，管殼設(shè)計(jì)溫度低于100℃。
(3)熱風(fēng)爐助燃空氣管道內(nèi)砌筑黏土耐火磚RN-42及輕質(zhì)黏土磚NG0.8，管殼內(nèi)壁上噴涂耐火噴涂料。
(4)冷風(fēng)管道、煤氣管道、一級(jí)預(yù)熱后助燃空氣管道采用巖棉氈進(jìn)行外保溫，巖棉氈外包敷鍍鋅鐵皮。
熱風(fēng)爐投產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定，各主要部位的鐵皮溫度均在正常范圍內(nèi)(見表2)，2016年熱風(fēng)爐的平均送風(fēng)溫度為1262℃(最高達(dá)到1276℃，最低為1250℃)。熱風(fēng)爐的各項(xiàng)操作和監(jiān)測參數(shù)顯示，卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐在實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫的前提下內(nèi)部工作狀態(tài)良好，說明所配置耐火材料起到了關(guān)鍵的作用。
