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高炉热风炉用炉箅子的现状分析与讨论(炉箅子常见结构、形状、材质)

高炉热风炉用炉箅子的现状分析与讨论

摘要:炉箅子是高炉热风炉的重要部件之一。分析了热风炉炉箅子功能演化过程:阐述了各种形式炉箅子、箅孔、支柱的结构特点和功能:介绍了炉箅子的材质及铸造技术;讨论了炉箅子的形状、结构稳定性以及箅孔的形状和大小对热风炉操作的影响;提出了今后炉箅子进一步优化设计的建议。

热风炉是向高炉提供热风的高效率热工设备。自]828年美国人第]次使用热风炉向高炉供风以来,经无数冶金工作者的努力,热风炉无论在结构、设备及操作方式上都有了重大改进,产生了许多先进的理论,中请了许多专利,为高炉炼铁以及整个冶金行业积累了许多宝贵的经验和则富。炉箅子是热风炉的重要部件,位于热风炉蓄热室下部,它不仅为热风炉的进风提供通道,并将热气体均匀布风,而_日.承载全部格子砖或耐火球的荷重。炉箅子长期在较高温度下工作,其工作正常与否将对高炉生产有直接影响。

1、炉箅子的功能演化结构型式

最初的炉箅子是热风炉的嫩烧装咒固体燃料在炉箅子下部空间直接燃烧所产生的温度很低,往往不能满足高炉风温的要求;改用气体燃料时,高炉煤气未经过清汰荒煤气带入的炉尘堵塞了上部格砖的孔道并使其渣化,因而显著恶化了热交换过程,且要经常停炉清扫热风炉。1920年开始使用助燃风机,强制鼓入燃烧所需的空气与煤气混合在金属燃烧器中燃烧,增加了煤气的燃烧量和提高了烟气的流速,从!(Ii强化了热交换过程。使用高炉净煤气和强制鼓入助燃空气后,炉箅子主要作为热风炉的进风通道,同时承载全部格子砖或耐火球的荷重。

1.1平底式炉箅子

口前,多数大中型高炉热风炉均采用整块平底式炉箅子。这种型式的炉箅子使用时间长,技术较成熟,在其上面铺设格子砖较为方使,炉箅子较易铸造。但其往往采用多根支柱支撑,堵孔较为严重,气流均匀性受到影响,检修和维修困难。

1.2球面式炉箅子

在一些300 m'以下内燃式热风炉改造为球式热风炉时,下部都采用了落地式结构,且采用水平炉箅子以节省投资。冷风由侧向安装的冷风日进入箅子下部高径比和体积都较小的柱体空间,然后穿过满铺的水平箅子进入球床。在这样的进气空间中,

冷风气流行程较短,死角处易形成涡流,且当其临近球床下端面时仍不能形成均匀稳定的初始气流。尤其当风压和风量较小时,该状况更趋加剧,进气条件更差;且采用平板型箅条式炉箅子还将增加许多支柱,更影响气流分布,造成炉底受力不均,炉底板开裂漏气,还给卸球清灰带来困难.

为改善球床下部冷风的进气条件,建议采用多向进风方式,同时将炉箅子设计为带支柱的球面式,扩大通气面积;且下部采用切向气流均布技术,提高球床的利用率,减少死区,使整个球床都参与热交换,从而提高热效率。口前,球面式炉箅子在中小型高炉热风炉中已得到广泛应用。其结构见图I 。

1.3组合式炉箅子

组合式或称活动圆孔炉箅子,其支柱上设置托梁,托梁与托梁之间呈"井"字形连接(图2)。托梁上设置方孔大块炉箅子,其上铺一层活动圆孔炉箅子(形状和尺一寸幕木同于耐火格子砖)。后者与前者相比,其具有使于制造、方使施工、调整灵活等优点,月_堵孔率较小。该组合式炉箅子已在湘潭钢铁公司2号高炉热风炉上成功使用,效果良好。

1.4悬链线型炉箅子

悬链线型炉箅子是指其内外轮廓线是一条恳链线。2002年,国内一片例;母链线式热风炉炉箅子在酒钢机制公司铸铁厂浇铸成功。这种炉箅子看似球面,但实际是由一悬链线方程经微积分而成的悬链线面,其优点是在热风炉中的热传递及受力的方式达到最佳,与其他各种形式的热风炉炉箅子相比,制造难度很大,口前在文献上只看到酒钢1号高炉热风炉采用悬链线型炉箅子。

1.5笼型炉箅子

笼型炉箅子主要用于20世纪90年代新建的50- 300 in’高炉球式热风炉,其下部结构为架空式。架空式结构简一单、省材料,下部操作空间大则便于卸球和运输,不存在热风炉底板热变形而漏气的问题。但这种结构的热风炉易形成边缘气流,同样可采用多向进气方式加以改兽。架空式用笼形炉箅子见图3。

2、炉箅子的箅孔与支柱

2.1孔形状

2.1. 1方形孔

方形孔或菱形孔结构见图4和图5。这种形状每一平方米炉箅子箅孔所占的面积小,箅孔的当量厚度大,侮立方米炉箅子的质量重,整体稳定性差,流体流动阻力较大,气流分布均匀性较差.不少钢铁企业采用气流均布装置来改善气流分布状况,效果很好;同时,此种形状的W孔在铸造过程中清砂困难。但对于特殊结构形式的球而式炉箅子、叮采用如图6所示的箅孔。

2.1.2圆形孔

图7所示的炉箅子的格孔为相同直径的圆孔,呈棋盘式布置。这种结构形式的炉箅子整体稳定性较好,提高了炉箅子的承载能力。但是,由于炉箅子格孔的直径较小,支承梁堵住了某些格孔的一部分,使得热风炉格子砖的通孔面积减小;同时格孔周围的壁厚极不均匀,易产生裂纹,导致炉箅子制造较困难,成品率较低,成木较高;又因格孔直径较小,每块炉箅子的格孔多,铸造时铸芯的位=iY公差较难保证,炉9子的格孔间距往往不易达到设计要求的公差值。

2.1.3花瓣形

图8所示的炉箅子的箅孔由3个半径相同的半圆周用弧线连接而成,因外形像花瓣而得名。箅孔呈棋盘式布咒,箅孔数大为减少,铸造质量易达到要求;箅孔占的面积增大,则气流分布及稳定性较好;采用花瓣形蓖孔可避免支撑梁堵住箅孔,既减轻质量又节约材料。这种结构形式的炉箅子已成功使用在天津铁厂、唐钢、宣钢及太钢热风炉上,取得了较好的生产实践经验.

2.2炉子支柱

2.2. 1无支柱形式

在无支柱式结构中炉箅由周边砖墙支承。它取消了图I所示球面式炉箅子中的横粱及其支柱,增设了球面底面连接圈,炉箅子和耐火球的质量由周边砖墙支柱支承。该装置与热风炉下部气流均配装置配套使用后,可使炉箅子下而的气室各部位气压均衡平稳、气流流线均匀、气流阻力小、蓄热室气流分布均匀、废气温度降低、热风温度提高,从!hi使热

风炉热效率得到提高.

2.2. 2双支柱式

双支柱结构见图I。这种结构适合一J“中小型炉子,特别是球式热风炉。采用2根支柱形式的落地式,.丁增加稳定性、提高炉子寿命;可应用图9所示的切向进气,将进风竹道改成环形,然后对称地开2个孔进风孔(各自向相反的方向相互偏离一定的角度),以减少死区,有利于气流的均布。

2.2. 3多支柱式

所有大型和部分中型炉子,都采用在炉箅子下加横梁,横梁下加支柱支承的结构。这种结构型式的炉箅子堵孔面积大,气流分布不均。据文献[4]报道,此种结构型式使每221. 7 mm横梁长就堵掉2个箅子孔,堵孔面积占整个热风炉蓄热室通道面积的2.71%,即相当于每立方米.佰炉容积就浪费了3- 4平方米换热面积,降低了热风炉的换热效率.同时,多文柱对气流产生很大影响,显著降低热风炉的冷风配气均匀程度,几由于格砖中冷却强度的极大悬殊,使得格砖经常产生错位和损翔”。因此,在通常情况下,支柱的布w一定要避开冷风主气流的直接冲击,以减小其导流作用,圆形断面的支柱比其他截面形状的支柱更有利于提高配气均匀性。

文献[ 6]提出了一种不用横梁支撑的完全不堵孔的炉箅子和炉箅支柱(图10)。将炉箅子加上加张筋取代横梁,加张筋做成正六边形使其不堵炉箅孑L,单块炉箅子直接采用与自身结构相适应的支柱到泣支承,炉箅底部与支柱头部相吻合。支柱有足够的进气空隙,保障炉箅和格砖孔气流畅通。炉箅子与支柱为2个独立结构件单元,以增加热风炉的换热而积,提高热风护的换热效率。

3、炉子的材质与加工

3.1炉子的材质

口前,炉9子使用ix广泛的材料是铸铁,有普通灰铸铁、球墨铸铁、耐热铸铁、高铬铸铁等.共通灰铸铁随碳质量分数的提高则其x,54度、硬度与耐磨性下降;而碳质量分数的降低又导致铸铁流动性、收缩性与切削加工性能恶化,铸造内应力增大,故使用越来越少。球墨铸铁有较高的力学性能、抗氧化性能和抗热疲劳性能,其应用范围越来越广泛。普通铸铁如果达不到使用要求则-nj通过热处理来使其满足要求。高铭铸铁具有较强的抗塑变能力、适宜的硬度和高的断裂强度等特点,具有较好的应用价值。

3.2铸造加工

炉箅子是热风炉的进风通道,要求其孔隙均匀以保证均匀送风和热风效果。随着高炉对热风的要求越来越高,则对炉箅子的质量要求更严格,其结构越来越复杂,几何尺寸及箅孔公差要求更严,铸造难度越来越大。因此,要保证炉箅子铸造质量,就须合理选择铸造设备和合适的造型材料,控制好浇注时间、浇注温度以及浇注速度,浇注完成后还要进行必要的后处理.

4、炉箅子形状的影响因素分析

4.1炉子形状的影响

不同型式的热风炉则炉箅子形状也各不相同,但其功能都是为了更好地传热、布风。球式热风炉是以白然堆积的耐火球床代替通道规则砖格子室的蓄热式热风炉。由于单位体积球床加热面积是格子砖的小5倍,则在总加热面积相同的条件下,球式热风炉蓄热室的体积小得多,加上采用顶燃式结构,更加节省空间,因此球式热风炉可节省大量钢材和耐火材料,缩短工期,并具有制造成木低,热效率高,易于获得高风温,经济效益好,结构简单,维修方便等优点。

鉴于球式热风炉的种种优点,建议对于中小型热风炉改造,应大力向球式热风炉发展,其炉箅子最好采用球面式或悬链线型,有利于气流均布,_日_结构强度好、受力均匀,结构稳定。但是,球面和悬链线型的高度应采用计箅机软件进行结构设计,采用现最通行的有限元软件ANSYS进行结构分析。

4.2炉子结构稳定性的影响

平底型和球面式的炉箅子在使用过程中均发生过不同程度的断裂,文献〔7]分析了炉箅子开裂的原因,而其结构设计不合理性也是一重要因素。口前,大多数的设计单位都是山炉箅子承载的负荷,按照经验来取定炉箅子的厚度。其后果是有可能取得安全系数过大,炉箅子设计得过厚,这不仅浪费一r材料,增加了成木,且使炉箅子的箅孔变长,加大了气流阻力,削弱了蓄热室传热,降低了热效率和出日风温。但安全系数取得过低,加之某些局部地方负载过重.也有可能造成局部开裂而影响正常操作。

应将数值计箅和计箅机软件技术与炉箅子设计结合起来,寻找出热风炉直径与炉箅子厚度的最佳关系,有效地避免炉箅子开裂等不正常现象发生,同时,保证炉箅子在最佳状态下工作。

4.3炉子孔的形状和大小对气流的影响

热风炉靠炉箅子布风,而进风的均匀程度又会影响气流在箅子上部空间的流动,从而影响炉内的传热效果,最终嫉响送风温度以及热风炉的使用寿命。孔的形状、大小、开孔率将直接影响气体流动阻力的大小,所以孔的形状、大小、开孔率对气流的影响非常大,设计时应注意这一点。




作者:聊城开发区洪祥铸造加工厂

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