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顶燃式热风炉拱顶(燃烧室)耐材采用平砌结构的优势

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【摘要】:
高炉热风炉是炼铁厂高炉主要配套的设备之一,其作用是为高炉持续不断的提供高温热风。顶燃式热风炉作为目前应用最广泛的炉型,拱顶结构设计是顶燃式热风炉高温、长寿的关键,其设计的难点是要将陶瓷燃烧器和蓄热室结构结合为一体,同时热风炉拱顶(燃烧室)的耐火材料砌体材质和结构设计能承受1400℃以上的工况温度。

高炉热风炉是炼铁厂高炉主要配套的设备之一,其作用是为高炉持续不断的提供高温热风。顶燃式热风炉作为目前应用最广泛的炉型,拱顶结构设计是顶燃式热风炉高温、长寿的关键,其设计的难点是要将陶瓷燃烧器和蓄热室结构结合为一体,同时热风炉拱顶(燃烧室)的耐火材料砌体材质和结构设计能承受1400℃以上的工况温度。

自卡卢金热风炉进入国内之后,拱顶(燃烧室)耐材砌体大部分采用斜砌结构,即砌体单砖砖缝垂直于燃烧室锥段延伸方向。此种砌体结构从砌筑施工、受力分析和使用效果等方面都存在着诸多缺陷与弊端。

郑州安耐克实业有限公司自2010年起,所设计的顶燃式热风炉拱顶(燃烧室)工作层耐材结构优化为平砌方式,同时为加强拱顶砌体的稳定性,对拱顶角度、砖型也进行了优化设计,单砖采用四面双排子母扣设计,并申请了燃烧室平砌结构实用新型专利(专利号:2015206539190),通过现场施工的实际反馈和近10年工程实践验证,该砌筑结构取得了良好的使用效果。

拱顶(燃烧室)耐材采用平砌和斜砌的区别可以归纳为下面几个方面:

(1)平砌砖型设计可靠,施工方式简单,作业效率高

由于斜砌单砖施工过程中存在下滑力影响,在拱顶砌筑中开始每5块砖需要用1个卡扣,随着往上砌筑拱顶的斜度增大,每2-3块砖需要一个卡扣,到最后拱顶喉口部位每块单砖需要采用卡扣辅助施工,等待合门泥浆形成强度后,再拆除卡扣。施工工序繁琐,施工难度大,施工进度缓慢。

(2)平砌施工泥浆饱满度更好

拱顶(燃烧室)单砖的凸台向下、凹槽朝上砌筑,凹凸槽结合部位泥浆饱满度好,更加牢固。而斜砌时单砖凹凸槽设计为凸台向上,凸台上泥浆受重力影响沿斜面滑移, 易造成凹凸槽泥浆不饱满,易造成燃烧室窜风。

(3)平砌时单砖受力更均衡

拱顶平砌和斜砌时耐材的受力分析如下:耐材的自身重力为G,FZ为耐材的支撑力,FN为拱顶耐材的压力,F为阻止其滑移的拉力,按照正交分解法计算其受力情况如下

平砌结构受力计算:F= FN*sinθ

斜砌结构受力计算:F=G*cosθ+FN

平砌结构受力分析

斜砌结构受力分析

根据上述公式得知,拱顶工作层耐材斜砌时单砖产生的下滑力更大,特别是热风出口开孔位于拱顶直段和锥段的变径处时,热风出口上半圆耐材位于锥段部位,应力较为集中,结构稳定性差。此种结构类似于外燃式热风炉的拱顶联络管,是薄弱易损部位,孔口局部耐材一旦变形塌陷,斜砌的拱顶工作层耐材更容易塌砖,加速拱顶工作层耐材的损坏。

(4)平砌结构使用效果更好

宝钢炼铁厂现有的4座4000m3以上高炉全部采用新日铁外燃式热风炉,使用平砌结构的锥段拱顶耐材在两代高炉炉役期30余年的工程验证,没有大修和更换,使用效果非常好。顶燃式热风炉和新日铁外燃式热风炉的锥段拱顶结构类似,已收录于《顶燃式热风炉用耐火材料技术规范》,是适用于顶燃式热风炉拱顶(燃烧室)结构的可靠技术。

新日铁外燃式热风炉拱顶采用平砌结构

安耐克锥柱复合式顶燃热风炉拱顶平砌结构

综上所述,顶燃式热风炉拱顶(燃烧室)工作层耐材采用平砌结构充分体现出了以下优势①降低现场施工难度,提高施工效率;②受力平衡,结构更加稳定,特别适合于热风炉拱顶高温区的砌体应用;③经过了长达30年的工程验证,是一种可靠的技术。