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        頂燃式熱風爐發展新趨勢--四段式頂燃式熱風爐

        頂燃式熱風爐發展新趨勢--四段式頂燃式熱風爐

        • 分類:四段式技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-03-18 13:51
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        【概要描述】

        頂燃式熱風爐發展新趨勢--四段式頂燃式熱風爐

        【概要描述】

        • 分類:四段式技術
        • 作者:
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        • 發布時間:2021-03-18 13:51
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        詳情

        1 四段式頂燃式熱風爐成功應用于新建項目

          為進一步加大鋼鐵產能壓減力度,優化河北省鋼鐵產業布局,河鋼集團有限公司(以下簡稱“河鋼集團”)制定出臺了宣鋼整體退出方案,并在唐山樂亭經濟開發區建設“河鋼集團產品升級結構調整(沿?;?) 項目”。擬建項目采取“整體規劃,分步實施”的原則分兩期建設,第一期實施1000萬噸規模,新建3座高爐。

          2017年9月12日由河鋼集團產能轉移及宣鋼產能置換整體搬遷項目樂亭沿海鋼鐵基地大型高爐項目部組織的中冶京城工程技術有限公司、唐鋼國際工程技術有限公司、河南省豫興熱風爐工程技術有限公司、河鋼集團發起組織的宣鋼、唐鋼煉鐵技術專家項目組和耐火材料制造商的山東魯耐耐火材料有限公司、鄭州安耐克耐火材料有限公司等七家單位面對面進行技術交流和討論。會議指出由于現有三段式頂燃式熱風爐拱頂是砌筑在熱風出口之上,造成了熱風出口結構和拱頂結構在高溫工作條件下損壞,且損壞率高達90%以上,肯定了河南省豫興熱風爐工程技術有限公司(以下簡稱為豫興公司)的四段式頂燃式熱風爐結構穩定和長壽的特點。之后,河鋼集團技術專家經過多輪論證,一致決定河鋼集團樂亭沿海鋼鐵基地大型高爐熱風爐采用四段式頂燃式熱風爐技術。由此,開啟了四段式頂燃式熱風爐為大型國企集團大型高爐群配套之路。

          目前,樂亭沿海鋼鐵基地3座2988m³高爐四段式熱風爐的1號高爐、2號高爐配套的6座四段式頂燃式熱風爐已拔地而起(見圖1),而3號高爐配套的四段式頂燃式熱風爐將于今年10月份啟動建設。

        地方

        圖1 3000m³級高爐配置的四段式熱風爐

          另外,唐山津西鋼鐵公司2座2000m³高爐配套的四段式頂燃式熱風爐正在建設中。遼寧新鵬輝產能置換項目直接設計1350m³高爐四段式頂燃式熱風爐。

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        2 四段式頂燃式熱風爐在改造工程中的應用

          2003年,我國開始引進三段式頂燃式熱風爐,經過十多年的發展,熱風爐的形式逐漸從內燃式和外燃式向頂燃式轉變。目前,頂燃式熱風爐在我國的市場占有率在80%以上。新建的高爐和產能置換的高爐已經100%配置為各種頂燃式熱風爐,頂燃式熱風爐已發展為我國的主流爐型。

          然而,三段式頂燃式熱風爐,經過十幾年的高風溫使用,曝露出重大結構缺陷和燃燒器缺陷,出現熱風出口高溫、爐殼發紅、錐形拱頂垮塌、熱風爐爐殼嚴重開裂、燃燒器煤氣噴嘴移位、斷裂、風溫降低等問題,需要頻繁維修,嚴重影響了煉鐵生產成本,造成鋼鐵企業損失。

          自2008年至今,豫興公司維修和改造了一百多座三段式頂燃式熱風爐的燃燒室和預燃室結構,有些是原樣維修、有些是切割爐殼改造。其中最經典的工程是三段式頂燃式熱風爐全部切割爐殼改造為四段式結構。

          典型案例如下 :

          2017年4月中鐵裝備制造3座2500m³高爐配置的9座三段式頂燃式熱風爐全部切割爐殼改造為四段式結構(見圖2);

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        圖2 2500m³級高爐配置的四段式熱風爐

          秦皇島安豐鋼鐵公司正在將2座1080m³高爐配套的三段式切割爐殼改造為四段式 ;

          內蒙赤峰遠聯鋼鐵公司1350m³高爐三段式改造為四段式,爐殼已近焊接完畢進入砌爐程序(見圖3);

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        圖3 1350m³級高爐配置的四段式熱風爐

          遼寧嘉辰2座1350m³高爐配套的三段式也正在切割爐殼,改造為四段式。

        3 四段式頂燃式熱風爐的特點

          三段式頂燃式熱風爐主要由第一段預燃室(煤氣、空氣預混室)、第二段燃燒室(錐形拱頂和熱風出口大墻)、第三段蓄熱室(格子磚室和冷風室)組合,段與段之間采用迷宮聯接。該熱風爐在使用過程中,頻頻出現預燃室、燃燒室結構損壞,燃燒室熱風出口爐殼局部高溫、拱頂坍塌等問題。調查發現,這類熱風爐在使用過程中,除預燃室煤氣噴嘴100%損壞外,最致命的一個共性頻繁出現的問題,就是熱風出口和熱風出口之上的拱頂結構穩定性差,導致燃燒室結構損壞,其直接結果就是降低風溫使用。該部位頻繁損壞的原因是該部位存在應力和應力集中現象。為此,豫興公司開發出徹底優化改造受力結構的四段式頂燃式熱風爐。

          從三段式、四段式頂燃式熱風爐的結構示意圖可以看出,四段式頂燃式熱風爐是將三段式頂燃式熱風爐燃燒室錐形拱頂和熱風出口連體結構實施再分離,形成了新的預燃室段、燃燒室錐形拱頂段、燃燒室熱風出口直墻段、蓄熱室段四段分離結構、耐火襯結構段段獨立支撐在爐殼之上,段與段采用迷宮聯接,也就由三段式優化為新的四段式頂燃式熱風爐,從而解決了熱風出口及拱頂應力集中的結構缺陷。

          在上小下大錐頂爐殼內,采用內襯與熱風出口大墻斷開的迷宮聯接設計,讓熱風出口之上的砌體熱應力自由釋放,這種結構狀態下的熱風出口之上產生熱應力就等于熱風出口之上的承重重力,而且這樣的結構不受施工、安裝、材料、性能綜合因素影響,就會消除應力的破壞作用,防止熱風出口與拱頂組合燃燒室結構的損壞,使爐殼發紅、錐形拱頂垮塌等風險因素降為零。

          值得注意的是,有人提出,四段式頂燃式熱風爐熱風出口與錐形拱頂斷開結構,在燃燒室熱風出口大墻之上又增加了一段迷宮結構,且因為增加段沒有格子磚擠緊大墻,易出現增加段大墻蠕變開裂、倒塌,甚至有高溫從裂縫進入直段大墻和爐殼輕質磚夾層,燒壞爐殼和輕質磚以及支撐拱頂的托板的風險。但事實上,這種說法存在認識上的誤區。熱風爐的設計理念是消除應力和避免應力存在,如果提倡格子磚擠緊作用就是提倡應力作用,這和消除應力的設計理念相悖。而增加段的大墻和迷宮,其結構穩定與否,與選擇耐火材料品質有一定關系,但高風溫熱風爐燃燒室均采用耐高溫、高溫熱震穩定好的硅磚,硅磚蠕變率和膨脹率均在可控范圍之內,因此不存在上述風險。四段式頂燃式熱風爐由新日鐵外燃式熱風爐逐步發展而來,新日鐵外燃式熱風爐本體的小拱頂與大拱頂聯接處在 1400- 1450℃連續高溫環境下已經有運行20-30年的記錄,這并沒有格子磚的擠緊作用,但穩定而長壽。因此,只要頂燃式熱風爐的燃燒室結構受力合理、應力分散,結構穩定,就一定能實現節能、長壽、長期高風溫。

        4 頂燃式熱風爐發展趨勢

          2017年初對中鐵裝備制造3座2500m³高爐配套的9座三段式熱風爐燃燒室結構切割爐殼改造為四段式技術至今,河北省境內的產能置換和改造的頂燃式熱風爐,爐容在2000m³以上的已達13座,其中11座高爐配置了豫興頂燃式熱風爐技術,11 座高爐中3座采用懸鏈線頂燃式熱風爐技術,8座采用了豫興四段式頂燃式熱風爐技術。這11座頂燃式熱風爐,全部采用熱風出口直段與拱頂斷開技術。該技術非常巧妙的將耐材膨脹熱應力和綜合集中的應力分散和轉移至爐殼之上,使拱頂和熱風出口直段結構雙穩定,可以無任何隱患地長期穩定使用高風溫,不會出現爐殼因綜合應力作用而開裂和耐火材料損壞垮塌的現象。

          河北省是我國鋼鐵大省,鋼鐵產能占據我國鋼鐵產能30%-40%,河北省內的大型高爐發展直接影響和帶動我國鋼鐵設備更新換代發展的趨勢。河鋼集團樂亭高爐群配置豫興四段式熱風爐和津西鋼鐵產能置換項目高爐群配置豫興四段式熱風爐、中鐵裝備制造高爐群切割爐殼改造為豫興四段式熱風爐以及已經簽署的近20 多座1000m³以上、2000m³以下切割三段式爐殼改造為四段式的事實,證明了豫興四段式頂燃式熱風爐是今后大型高爐配套高風溫頂燃式熱風爐發展的主流技術。

          在新一輪產能置換項目交流和對接中,用戶紛紛看好拱頂結構和大墻結構斷開分離的頂燃式熱風爐。頂燃式熱風爐的設計,正在向應力釋放不受限、消除設計風險因素方向發展。徹底解決結構缺陷的四段式頂燃式熱風爐,必將成為今后大型高爐熱風爐結構穩定、長壽、高風溫發展的新趨勢。

        河南省豫興熱風爐工程技術有限公司

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