热风炉换炉自动控制系统

热风炉换炉自动控制系统

热风炉是利用燃烧蓄热来预热高护鼓风的热交换装置，有内燃式、外燃式和顶烧式三种。每座高炉设置3座或4座热风炉交替进行加热和加热鼓风作业。当一座热风炉经过一段时间送风，输出的热风不能维持所需温度时就需换炉，使用另一座燃烧加热好的热风炉是送风，而原送风的热风炉则转为重新燃烧加热。故每座热风炉在运转过程中都有三种状态，即燃烧加热期、闷炉(即有关燃烧及送风的各个阀门均关闭)期和送风期。

热风炉结构型式

热风炉是炼铁生产过程中的重要设备之一，它供给高炉热风的热量约占炼铁生产耗热的1/4。自从1975年考贝提出用蓄热式热风炉来代替换热式热风炉以来，其基本原理至今没有改变，但其结构和操作方法等却有了重大改进。

1.1霍戈文内燃式热风炉

由荷兰达涅利霍戈文首创的霍戈文内燃式热风炉是内燃式热风炉改造最成功的代表,其主要特征为:拱顶砌体呈悬链形直接由炉壳支承;自立为式滑动隔墙;眼睛形火井和与之相配的矩形套筒式陶瓷燃烧器;燃烧室下部隔墙增设绝热砖和耐热不锈钢板，以减小燃烧室隔墙的温度梯度。

霍戈文内燃式热风炉与同级外燃式热风炉相比,具有体积小、占地少材料用量少、投资省(节省30%~35%)等优点;其卓越的生产效果，可以满足高风温长寿的要求。近年来各国新建的2500m³级的高炉，大多数都是采用霍戈文热风炉的设计标准。DCE公司所设计的最大的热风炉是中国鞍钢新一号高炉的霍戈文高风温内燃式热风炉，实现了1200C以上的风温。它采用了矩形燃烧器、合理的隔墙、随温度变化的滑动结构、悬链式拱顶以及分块吸收膨胀等措施,保证热风炉实现25年的长寿命。

内燃式热风炉的缺点在于;火井偏在一侧使气流分布不均匀，限制了进一步扩大直径;另外，燃烧室隔墙结构复杂。因此，目前大于4000m³的高炉只能采用外燃式热风炉。

1.2 外燃式热风炉

外燃式热风炉类型有地得型、马琴型和新日铁型3种。这些外燃式热风炉的特征，主要表现在拱顶及其连接的方式上。地得型外燃式热风炉的拱顶由半个截头圆锥体联结2个半径不同的接近1/4的球形拱顶组成，整个拱顶整体结构呈半卵形;马琴型外燃式热风炉的蓄热室顶部具有圆锥形的缩口，蓄热室顶部直径与燃烧室相同，拱顶由2个半径相同的1/4球形拱顶和大半个圆柱体组成。

从使用情况来看，使用数量最多、应用效果最好的为新日铁外燃式热风炉。新日铁外燃式热风炉的特点:结构的长期稳定性:蓄热室顶部有锥型缩口,拱项间由一个圆柱形连接管连接，拱顶对称尺寸小,气流分布好，从而减小了因高温蠕变引起的拱顶耐火砖变形。采取了一系列防止晶间应力腐蚀的措施，如高温区用特钢作炉壳，内表面喷涂耐酸涂料，外表面包0.15mm厚铝板，炉壳转折点采用曲线连接等。拱顶连接管设波形膨胀圈，并用拉杆尚定，形成柔性结构。采用圆弧形底板、七孔蜂窝砖、三孔陶瓷燃烧器等。设置了混风室，使热风温度均衡，减少对热风阀的热冲击，延长了热风阀的寿命。

高风温的外燃式热风炉的缺点在于:钢材和耐火材料耗量大,投资比内燃式的大;砌砖结构复杂，需大量复杂的异形砖;拱顶结构复杂，不仅施工困难，而且结构不对称，受力不均匀;高温高压条件下很容易产生晶间应力腐蚀现象，造成

钢壳开裂，迫使许多高温外燃式热风炉将顶温限制在1400~1450℃的水平，从而限制了风温的继续提高。

1.3 顶燃式热风炉

早在20世纪20年代，哈特曼就提出了应用顶燃式热风炉的设想，但未受到重视，直到60年代，由于高风温的要求，才开始了顶燃式热风炉的研究。不过,国外的研究还停留在试验和方案阶段，还未投入工业使用。

顶燃式热风炉又称无燃烧室热风炉，其结构特点是:取消了燃烧室，将燃烧器直接装在热风炉的拱顶,以拱顶空间为燃烧室。它的结构充分吸收了内、外燃式热风炉的优点。

和内燃式、外燃式热风炉相比，顶燃式热风炉具有如下特点:同内燃式热风炉相比，取消了燃烧室和挡火墙，扩大了蓄热室容积，在相同的容量条件下,蓄热面积增加25%~30%5。结构稳定性增强。采用大功率短焰燃烧器，直接安装在拱顶部位燃烧，使高温热量集中在拱顶部位，热损失减少,有利于提高拱顶温度。其工作过程是一种典型的逆向强化换热过程，提高了热效率。耐火材料稳定性提高,热风炉寿命延长。布置紧凑，占地面积小，节约钢材和耐火材料。

2热风炉应用新技术

2.1高风温技术

提高热风温度，是高炉高产、低耗和降低生铁成本的重要措施之一。目前国外不少高炉长期使用的风温已超过1200℃。高风温技术是综合技术,既要注意高炉接受风温的能力、热风炉供应风温的能力与加热热风炉的热源之间的配套，又要注意这3个部分内部的技术配套,这样才能充分发挥各项技术的作用，得到经济的高风温。俄罗斯RPA钢铁厂采用吸附法进行了提高高炉煤气中的CO浓度的工业实验:将炉顶煤气净化压缩后，引入分离设备分离出其中绝大部分CO,分离出来的CO可制成液态或固态产品，吸附后所得的煤气就为富含CO的高热值煤气了。该工业实验采用这种吸附法曾将高炉煤气中90%以上的CO分离出去，而且该技术无须对高炉及其附属设备做任何改变,因而是一种可行的提高风温的新技术。北美和欧洲的一些钢铁厂正在研制采用等离子技术来进一步提高风温。

2.2 热风炉组合砖技术

组合砖技术在国外应用较广泛。热风炉孔口较多工作条件恶劣,因而孔口的砌体在整体结构中往往是薄弱环节，为了提高其整体性、稳定性及所用耐火材料的高温特性，组合砖技术就是集这几方面措施为一体的一项综合技术。目前组合砖主要有2种设计制造方法:对孔口进行整体结构设计，再通过计算机进行解体设计，绘制出每一块异型砖(子砖)砖形图及尺寸，再按这些子砖分类设计母砖，这些母砖在耐火材料厂手工或机压成型,然后再由耐火材料厂或施工单位切、磨加工成各种异形子砖，按图纸组装、编号后运到炉内砌筑。对孔口进行组合结构设计(组合造型设计法),首先设计出集中简单的几何体(母砖)，它们的形状及尺寸是根据它们所形成的复杂空间几何体的相关线及部分砖型尺寸而定,然后由母砖组合成数十或数百种。

2.3 热风炉用耐火材料

热风炉耐火材料内衬在高温、高压环境下工作，条件十分恶劣，为了使热风炉满足高风温的要求

2.4 废气热量利用

利用热风炉废气的热量来预热热风炉的煤气或助燃空气是有效地节约炼铁能耗的措施之一.热风炉排入烟道的废气温度虽只有200~300℃,但废气量大,带