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顶燃式热风炉热风管道损毁分析及解决方案
发布时间：
2023-11-21
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热风管道是实现高温热风输送的关键装置，顶燃式热风炉管道结构复杂，工况条件苛刻。热风管道的异常损毁已成为影响高炉稳定运行的主要因素，本文分析顶燃式热风炉热风管道损毁原因，并提出解决方案。
一、顶燃式热风炉热风管道的特点
热风管道的送风温度最高可达1300℃以上，压力大于0.3MPa，管道内衬耐火材料及管道钢壳会受热膨胀，产生较大盲板力，在三岔口、补偿器等结构复杂或膨胀缝部位容易窜风。
1、热风支管两端不均匀纵向位移
顶燃式热风炉的热风炉底部和热风竖管为固定设置，热风炉炉体受热轴向和径向膨胀，热风支管与热风炉处于垂直相连的状态，在热风炉升温后，热风炉送风-燃烧、燃烧-送风交替工作，热风支管上所设波纹补偿器需同时吸收支管的横向位移和热风炉炉体受热对其产生的纵向位移。热风支管内部耐火材料无法吸收补波纹偿器发生的横向和纵向位移，工作层耐火材料结构失稳窜风，烧毁轻质隔热砖和热风支管复式补偿器造成热风支管损坏。
2、热风管道盲板力影响
热风管道的主/支管三岔口、主/围管三岔口是管道衔接的地方，传统砌筑过程中，在主管与支管（或围管）连接处有一条环形通缝及诸多三角缝，管道工作期间受到盲板力、炙热气流的剪切力、激振流的冲刷，送风与休风时的热胀冷缩等作用，造成三岔口组合砖的快速破损，进而发生窜风造成钢壳过热发红。
3、热风管道单砖设计不合理
热风管道采用普通"齐头砖"设计，前后环管道砖密封性和咬合能力差，造成管道窜风和掉砖。
4、热风管道膨胀缝留设不科学
热风管道膨胀缝留设未对特定温度下热风管道耐火砖膨胀量做出准确计算。一般都按经验预留，膨胀缝小了耐火砖被挤碎、掉砖；膨胀缝大了热风窜入烧毁轻质隔热砖，引起炉壳发红。
5、大拉杆设计缺失
热风炉设计通常都考虑了热风管道受热膨胀带来的影响，在热风管道上设置了波纹管补偿器，但忽视了管道盲板力可能带来的影响，热风支管和总管没有设计拉杆装置。
二、热风管道损坏解决方案
安耐克专注于高炉热风炉技术的自主研发与创新，不断优化顶燃式热风炉系统结构与耐火材料配置，针对顶燃式热风炉管道异常损坏问题，创新性地提出了系列解决方案。
1、采用热风支管"关节管"技术
热风炉在送风与燃烧交替进行时，热风支管周期性受道压力和温度作用，热风支管处采用"关节管"组合体技术，通过"关节管"组合体的小角度位移，吸收热风支管两端不均匀的纵向膨胀，减少热风支管内部耐火材料的损坏。
"关节管"组合体技术示意图
2、改变热风炉布置方式
将热风炉一列式布置更改为矩形或三角形对称布置，热风支管直接连接热风炉热风出口与热风竖管（图2）。
该布置方式不仅可缩小热风支管两端不均匀的纵向位移，解决不同热风炉送风带来的热风管道周期性膨胀收缩问题，还减小了一列式热风炉布置方式盲板力带来的不利影响。此外，该布置方式取消了热风主管（平台管）和热风管道框架结构，不仅提高了热风炉系统热效率，还降低了投资。经测算，热风炉对称性布置较一列式布置热风炉系统投资降低10%以上。
3、热风管道耐火砖采用"Z字形"结构设计
热风管道耐火砖采用"Z字形"设计，可以起到很好的环向密封气流作用，单砖拐折处环环相扣、相互支撑，结构更加稳定。
4、热风主管与支管三岔口采用浇注+组合砖技术
热风管道三岔口下半环采用组合砖砌筑，上半环采用高强耐磨浇注料整体浇注。组合砖与浇注料的材质相同，保证组合砖和浇注料的热稳定性、导热能力相当。该结构管道衔接处强度高、结构整体稳定性好，杜绝三岔口变形、开裂、掉砖，也同时解决施工难的问题。
5、热风管道耐材设计与管壳钢结构设计相辅相成
根据热风管道不同部位使用工况和实测耐火砖线膨胀系数，砖衬设计时按照管道径向温度梯度合理配置耐材、预留膨胀缝，并对膨胀缝、波纹补偿器、三岔口等处的耐材结构设计进行局部特殊处理，如采用导流砖、迷宫式膨胀缝等，保证管道结构密封性。
6、消除盲板力影响
波纹补偿器配套大拉杆，设置端部波纹管补偿器和相应的拉杆装置可以消除盲板力对于拉杆覆盖范围内的管道系统的影响。
综上所述，安耐克基于应力和应变分析设计的热风管道膨胀及拉紧装置，保证热风管道系统既能够承受轴向变形，又能够承受顶燃式热风炉特有的热风管道径向变形，有效解决了热风管道热应力与结构应力的分布、承受与消除问题，并配合三岔口组合砖与膨胀节可以杜绝热风管道内衬砖出现变形、掉砖等问题，实现热风炉管道系统安全稳定运行20年以上，为高炉高风温稳定运行提供可靠保障。
