高炉鼓风系统

高炉鼓风系统

高炉 (BF) 通过用还原性气体还原矿石原料来生产液态铁（铁水）。还原性气体是通过氧气与焦炭和煤的反应产生的。这种氧气是富氧热风的一部分，通过直管、吹管和风口吹散在高炉底部。本组连接到主鼓风管。富氧吹出的空气量BF 中发生的过程是由鼓风机提供的。这些鼓风机从大气中抽取空气并将其压缩到所需的压力。压缩后温度高达 200 摄氏度的压缩空气富含氧气并吹入温度升至1.200至1250摄氏度的热风炉中。然后将热风空气通过热风总管送入鼓风管。现代大容量高炉的鼓风系统在最高温度下运行1350摄氏度和爆炸压力高达 5 公斤/平方厘米 (g)。整个过程通常如图1所示。

图1典型鼓风系统示意图

高炉鼓风系统的主要部件包括 (i) 鼓风机，(ii) 冷风主管，(iii) 热风炉及其燃烧系统，(iv) 热风主管，(v) 鼓风管道，(vi) 吹管和风口，称为风口架，(vii) 阀门组，以及 (viii) 控制仪表。

鼓风机是鼓风系统中的第一台设备。它位于鼓风机房内，旨在以所需的恒定流量和压力向热风炉提供冷空气。因此浪涌保护控制对于高炉鼓风机来说是一个非常重要的控制。通常为高炉提供两个数量的鼓风机。它从大气中抽取一定量的空气并将其压缩到所需的压力，然后将其吹入冷风总管。压缩空气通常在 150 摄氏度到 250 摄氏度之间，这是由鼓风机处的压缩热产生的温度。鼓风机由蒸汽涡轮驱动或电动机驱动。鼓风机的运行需要满足气流条件，而气流条件又由高炉的运行条件决定。由于高炉的性能在很大程度上取决于鼓风机的性能，因此它们还需要具有非常高的可靠性。

为了产生鼓风，大多数高炉都配备有三级或四级的离心涡轮鼓风机。对于一些非常大的高炉，两台鼓风机并联运行。然而，对于非常大的高炉，轴流式鼓风机可以更有效地使用。现代高炉配备轴向或轴向径向等温压缩机，旨在处理相对较小的外壳内的大量气流，同时保持出色的效率。

冷风总管连接鼓风机和热风炉。由于冷风的温度通常在 150 摄氏度到 250 摄氏度之间，因此通常不加衬里。然而，在某些熔炉中，作为节能措施，冷风线是绝缘的。在冷风总管的炉端有用于炉子的冷风阀和配有蝶阀的混合器管线。为了使高炉的热风温度保持恒定，热风总管中的热电偶控制混合器管路中的蝶阀，并按比例分配输送到炉子的空气量和绕过它的空气量。

当加热的炉子第一次进行鼓风时，加热空气的温度远高于所需的热风温度，因此很大一部分空气必须绕过炉子。随着热量从炉子中移走并且温度降低，混合管线蝶阀必须逐渐关闭并迫使更多的空气通过炉子。在一些自动换炉系统中，调节阀的位置被用作启动换炉的信号。

冷风总管还配备了一个吸气阀，通常位于高炉附近，当需要迅速降低鼓风压力时，它会打开。这会将冷风空气排放到大气中，并在冷风管道上保持正压，从而使来自熔炉的气体无法返回鼓风机。由于吸气阀打开时空气迅速排出，一般都装有消音器。

在鼓风富含氧气的工厂中，氧气可以在大气压力下添加到涡轮鼓风机的入口，也可以在压力下添加到冷风总管中。当需要控制鼓风水分时，在冷风总管中添加水分。

热风炉是向高炉连续供应热风的设备。在鼓风被输送到高炉风口之前，它通过蓄热式热风炉进行预热，蓄热式热风炉主要通过燃烧高炉炉顶煤气（BF 气）来加热。这样，炉顶煤气的部分能量以显热的形式返回高炉。这种作为热量返回高炉的额外热能大大减少了对高炉焦炭的需求，并促进了辅助燃料（例如煤粉）的注入，以替代昂贵的冶金焦炭。这提高了过程的效率。现代高炉的热风炉具有以下特点。

• 实现高效燃烧 - 即使在仅使用高炉煤气的操作中也实现高效燃烧。
• 炉体的热辐射较小。
• 建设成本​​低。
• 炉具使用寿命长——现代炉具的预期使用寿命约为 40 年
• 完全消除应力腐蚀开裂。
• 格子砖上表面上方未燃烧的 CO 浓度低。

大多数高炉都配备三个热风炉，尽管在一些高炉中有四个热风炉。炉子是高大的圆柱形钢结构，内衬隔热层，几乎完全用格子砖填满，在那里储存热量，然后转移到空气鼓风中。每个炉子的直径大约和高炉一样大，格子柱的高度大约是高炉工作高度的1.5倍。在现代高炉中，炉膛尺寸与炉膛尺寸的关系更大。热风炉已在文章 http://www.ispatguru.com/generation-of-hot-air-blast-and-hot-blast-stoves/ 中单独描述。

热风通过称为热风总管的大型耐火衬里管道从热风炉输送到高炉。热风的持续高温对于高炉的有效运行至关重要。热风总管和导流管的设计旨在解决系统运动和残余膨胀问题，以实现无故障运行。高炉热风主管的设计者面临着几个独特的挑战。热风总管通常是一个大直径的管道，带有许多热膨胀部件。膨胀节系统的设计必须能够适应炉子分支连接、主管和衬管在 X、Y 和 Z 方向上的热运动。热运动是由于介质引起的皮肤温度变化以及由于环境条件变化引起的拉杆和结构的温度变化。还必须考虑施加在炉子连接和结构上的力和运动以及热风管道系统中的应力。最后，膨胀节必须在长时间的高炉作业中运行，并且维护要求最低。

鼓风系统需要大量的阀门和配件。下面给出了一些主要的阀门。

• 冷风阀 - 用于将高炉炉灶与冷风总管完全分离。它安装在靠近炉子的水平冷风总管上。
• 喷鼻阀 – 安装在冷风管道总管中。该阀门有一个放气装置。这用于调节提供给炉子的冷风量，而不会在鼓风机上产生背压，因为多余的空气通过与主阀机械互连的吹气装置吹走，以按比例打开/关闭.
• 热风阀 - 当以“加热”模式运行热风炉或与高炉完全分离时，用于将高炉的热风炉与热风总管分开。该阀门安装在靠近火炉的水平热风总管中。
• 大气阀 - 用于将高炉的炉灶从烟囱中释放出来。
• 燃气节流阀 - 它设计用于在正常运行和电源故障的情况下控制供应给热风炉燃气燃烧器的燃气以及管道燃气燃烧器的完全释放。它安装在气体导管的垂直部分。
• 混合节流阀- 用于调节冷风率。它安装在靠近炉子的冷风总管的垂直部分。
• 烟囱阀 - 用于将高炉炉灶与烟囱隔开。
• 分离阀 – 设计用于在停止向炉内供应鼓风的情况下快速重叠混合空气管路部分。安装在冷风混合风管的水平段上。

在地幔以上环绕高炉的大口径圆管称为衬管。它用于通过多个称为风口的喷嘴将热风总管中的热风空气分配到炉中。导流管内衬耐火材料，以隔绝和保护外部钢壳免受内部高温空气的影响。

风口是允许热空气从鼓风管进入高炉的小管道。它们是特殊形状的喷嘴，通过这些喷嘴将热空气喷射到高炉中。它们由铜制成，通常是水冷的，因为它们直接暴露在炉温下。它们位于高炉周围，就像自行车轮毂上的辐条一样。风口架是鹅颈管、膨胀波纹管、连接管、弯头、窥视孔、吹管、固定装置和张紧装置的总成。风口架作为衬管与风口之间的连接件，适应热风输送系统与高炉之间的相对运动。

将热风系统连接到风口的吹管安装在风口底部的机加工球形座中。风口冷却器和风口采用水冷方式。在热风温度高于 1150 摄氏度的现代高炉上，风口体水道设计为保持水速高于 20 米/秒，风口鼻水道设计为保持水速高于 28 米/秒，以提高传热速率。在一些现代高炉中，吹管的前端也是水冷的，尽管在大多数较旧的高炉中都没有这样做。喷油枪通过吹管壁进入，通常将燃油稍微偏离中心线，距离吹管前端约 50 毫米。一些高炉配备双喷射系统，在吹管上有两个开口，以方便使用多个风口燃料。随着越来越多地使用粉煤作为风口燃料，喷枪的位置对于阻止对风口内部的冲击和煤的更好燃烧变得更加关键。吹管通过拉紧杆中的张力紧紧地紧靠在风口上，连接风口座和炉缸套。当吹管随着热风温度的变化而膨胀和收缩时，束带末端的束带弹簧允许有限的运动。吹管本身是合金钢管，内衬耐火材料，防止金属过热。

风口架的主要部件通过前一个部件的下一个部件的后续紧密排列，与抛光的锥形表面紧密连接。因此，封闭配合的锥形表面提供了接头的密封完整性。运行加热循环的干扰以及风口处的一个接头的任何泄漏都会导致建筑构件的燃烧和故障。

风口、风口冷却器和吹管在最高温条件下运行。风口冷却器放置在炉衬的胸部。喷嘴与风口相连，风口已经在高炉炉体内深250-350毫米。

吹管通常由带有特殊陶瓷耐火衬里涂层的钢制成。风口由铜制成。以前的艺术型风口由压制铜板制成，壁厚可达 8 毫米。如今，风口通常由离心铸造的铜制成，通过提供最高材料均匀性和不存在微孔的高可制造性来确保风口的最长使用寿命。然而，这种方法比通过真空铸造制造的风口要贵一些。后者有时也用于风口的生产，其转换成本较小，但存在材料轻微不均匀的可能性。无论如何，尽管生产成本较低，但与空心铜风口冷却器铸件相关的生产成本较低，风口生产的铸造方法几乎取代了焊接式风口的应用。风口冷却器也是通过铸造制造的，由铜制成（较少使用青铜）。它安装在炉衬的胸腔内，通过法兰固定在炉缸套上。

高炉风口由以 15 – 25 立方厘米/小时的速度直接供应到风口内表面的水冷却。排出的冷却水的加热温度不超过15℃。供应到风口和风口冷却器表面的冷却水的压力通常不超过5-10kg/sq cm。使用铜（含量至少为 99.5% 的铜）作为结构材料，可以有效地将在极热条件下运行的风口锥体的热量排出。

在吹管和风口中心线上的风口座后面有一个小开口，可以插入一根杆子，用于从吹管中清除材料。开口由一个盖子封闭，该盖子在必要时可以打开，但在关闭时是气密的。在这种称为风口盖或检票口的盖子中，有一个玻璃覆盖的窥视镜，允许操作员直接在风口前面检查炉子的内部。枪托的上部通过一个旋转接头连接到鹅颈管的耐火衬里喷嘴上，它被安装在吊杆座上的凸耳和键夹住。每个鹅颈管又通过法兰和螺栓连接到从衬管内径径向延伸的颈部。风口股票的设计使用寿命长且易于操作。典型风口布置示意图如图2所示。

图2典型风口布置示意图