外燃式热风炉设计及CAD

目录

1 热风炉本体结构设计 (1)

1.1 热风炉的概述 (1)

1.2炉基的设计和选择 (3)

1.3炉壳的设计 (4)

1.4炉墙的设计 (4)

1.5拱顶的设计 (5)

1.6蓄热室的设计 (6)

1.7燃烧室的设计 (7)

1.8炉箅子与支柱的设计 (8)

2 燃烧器选择与设计 (9)

2.1金属燃烧器 (9)

2.2陶瓷燃烧器 (9)

3 格子砖的选择 (13)

4 管道与阀门的选择设计 (18)

4.1管道 (18)

4.2.阀门 (19)

5 热风炉用耐火材料 (21)

5.1 硅砖 (21)

5.2 高铝砖 (21)

5.3 粘土砖 (21)

5.4 隔热砖 (21)

5.5 不定形材料 (21)

6 热风炉的热工计算 (27)

6.1 燃烧计算 (27)

6.2 简易计算 (32)

6.3砖量计算 (35)

7 参考文献 (37)

1 热风炉本体结构设计

1.1 热风炉的概述

（1）热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。冷风被加热并通过热风管道送到高炉。目前蓄热室热风炉有三种基本形式，即内燃式，外燃式，顶燃式热风炉。

（2）传统内燃式热风炉如下图所示，它包括蓄热室和燃烧室两大部分，并由炉基，炉底，炉衬，炉箅子，支柱等构成。热风炉的有效尺寸决定于高炉的有效容积，冶炼强度要求的风温。

图1-1 传统式热风炉

我国设计的尺寸参考表1-1。

表1-1 我国设计的尺寸参考下表：

100 250 620 1036 1200 1513 1800 2050 2516 4063 V

有效

D上4346 5400 7300 8000 8500 9000 9330 99600 9000 10100 下5200 6780 9000 9500

H D 4.80 5.57 4.80 4.70 4.95 4.93 4.93 5.70 5.57 5.35

我所设计的热风炉是外燃式热风炉

（3）外燃式热风炉是内燃式热风炉的进化和发展，他是燃烧室和蓄热室分别在两个圆柱形壳体内，两个室的顶部以一定方式连接起来。根据连接的方式不同形成了四种主要的结构形式，即地得式，拷贝式，马琴式和新日铁式，如下图所示：

地得式外燃式热风炉拱顶由1/4小球拱和1/4的大球拱将燃烧室和蓄热室连成一体，如本钢的5号高炉；拷贝式外燃式热风炉两室的半球拱顶又配有膨胀圈的连接管连接；马琴式蓄热室的定不是有锥形缩口，拱顶是由两个半径相同的1/4球顶和一个平地半圆柱连接管组成，如鞍钢10503

m高炉；新日铁式热风炉的蓄热室拱顶有锥形缩口，拱顶由两个半径相同的半球形顶和一个圆柱形管组成，连接管上设有膨胀补缩器，m高炉和宝钢的所有高炉。

如马钢的36003

根据一序列的参考材料我选择设计新日铁式外燃式热风炉

新日铁是外燃式热风炉的特点：蓄热室拱顶有锥形缩口，拱顶由两个半径相同的半球形顶和一个圆柱形管组成，连接管上设有膨胀补缩器。为了使热风和混入的冷风混合均匀，在每一个热风炉燃烧室热风口处设有一个混风室，在混风室和燃烧室之间的连接管上亦设有通用型伸缩管，以吸收两者的不均匀膨胀和连接管的轴向膨胀。

我国目前使用的外燃式热风炉（地得式，马琴式，新日铁式）数量已达40多座，其中使用最多，应用效果最好的为新日铁式外燃式热风炉。

设计的过程中可参考太钢43503m 高炉热风炉的设计，其设计参数参照表1-2[6]。

表1-2 太钢4350m 3高炉设计参数：

项目 燃烧室炉壳径mm 燃烧室炉壳外mm 拱顶温

度℃ 格子砖 高度

mm

送风风 温度℃ 格子砖 类型 单位炉容加面积 m 2/m 3 燃料组 成 每座热风炉热面 积m 2 参数 10000 6100 1450 35010 1250 七孔高效 74.4 高炉煤气，炉煤气

80910

新日铁式热风炉炉型结构如下图：

图1-3[9]新日铁式热风炉

1.2炉基的设计和选择

由于整个热风炉重量很大又经常震动，且荷重将随高炉容积的扩大和风温的提高而增加，故对炉基压球很严格。地基的耐压力不小于2.0~2.5kg/cm 2,为了防止热风炉产

生不均匀下沉而使冠达变形或撕裂，将全部热风炉基础做成一个整体，高出地面200～

A F或16Mn钢筋和325号水泥浇灌成钢筋混泥土结构。土400mm，以防水浸基础由

3

壤承载力不足时，需打桩加固。生产实践表明，不均匀下沉未超过允许值时，可将热风炉基础又做成单体分离形式，如武钢、鞍钢两座大型高炉，克节省大量钢材。

1.3炉壳的设计

热风炉的炉壳由8～20mm厚的钢板焊成。对一般部位可取：δ=1.4D（mm）。开孔多的部位可取：δ=1.7D（mm）, δ为钢板厚度（mm），D为炉壳内径（m），钢板厚度主要根据炉壳直径、内压、外壳温度、外部负荷而定。炉壳下部是圆柱体，顶部为半球体。为确保密封炉壳连同封板焊成一个不漏气的整体。由于炉内风压较高，加上炉壳耐火砖的膨胀，使热风炉底部承受到很大的压力，为防止底板向上抬起，热风炉炉壳用地脚螺栓固定在基础上，同时炉底封板与基础之间进行压力灌浆，保证板下密实，也可以把地脚螺栓改成锚固板，并在底封板上灌上混泥土。将炉壳固定使其不变形，或把平底封板加工成蝶形底，使热风炉成为一个手内压的气罐，减弱操作应力的影响。在施工过程中对焊接必须进行X光探伤检验，要求炉壳椭圆度不大于直径的千分之二，整个中心线的倾斜（炉顶中心与炉底中心差）不大于30mm。为了保证炉壳和炉内砌砖的密封性，在砌砖前后要试漏、试压，检查砌砖前试验压力为0.3~1.5kg/2

cm,砌砖后工作压力的1.5倍试压，每小时压力降<=1.5%.蓄热室、燃烧室的拱顶和连接管处采用（韧性耐龟裂钢板）含锰、铝的镇静钢。高温区炉壳外侧用0.5mm铝板包覆，铝板与炉壳间填充后3mm保温毡，使炉壳温度控制在150~250℃，防止内表面结露，也防止突然降温（暴雨）使炉壳急冷而产生应力。炉壳内表面涂硅氨基甲酸乙醋树脂保护层，NO与炉壳接触。

防止

X

1.4炉墙的设计

炉墙一般由耐火层、绝热层和隔热层组成。作用是保护炉壳和减少热损失。各层厚度应根据炉壳温度和所用耐火材料的界面温度确定。如图1-4所示。

因炉墙温度自上而下逐渐升高、所以不同高度耐火层和绝热层厚度不同。一般下部区域温度低、荷重大，宜选用较厚耐火砖，减薄的绝热层，所留膨胀缝可小。上部高温区，荷重小，但为了减少热损失，应增加绝热层的厚度，耐火层可较薄。

炉墙通常由345mm耐火砖砌筑，一般风温水平的热风炉和炉壳接触的是65mm后的硅藻土砖绝热层，绝热层和耐火砖之间是60~145mm后的干水渣填料层，用以缓冲