宝钢5050立方高炉热风炉耐火材料配置案例分析
湛江钢铁5050m3高炉配置4座卡卢金顶燃式热风炉，与高炉呈一列式布置，采用两烧两送交错并联的送风制度，以全烧高炉煤气为设计工况，设计风温1300℃。采用烟气余热回收装置预热煤气和助燃空气，配置2座小型顶燃式热风炉单独预热助燃空气，可以使助燃空气温度达到520℃。
（图片来源：湛江钢铁基地）
结合宝钢热风炉使用经验，根据目前顶燃式热风炉在生产中出现的问题，为保证耐火材料砌体的结构强度和高温稳定性，在设计中对卡卢金顶燃式热风炉系统进行了以下几方面的优化:
(1)在4个热风炉的热风出口均配置1个混风室，设置热风炉出口联络管，在4个混风室热风出口后的热风管道均采用与围管相同标高的管系设计;
(2)为降低炉底的热冲击，采用锅底形炉底过渡;
(3)在蓄热室中温区设置了高铝砖过渡段;
(4)为保证砌体结构的稳定性，所有孔口全部采用组合砖设计。
（宝钢湛江项目热轧厂设备 来源：中国网）
1、热风炉本体耐火材料配置
耐火材料选择依据热风炉不稳态传热模拟计算确定。根据热风炉各部位的工作温度，分别选择不同的耐火材料配置，具体如下:
(1)顶燃式热风炉燃烧室设置在顶部，环形陶瓷燃烧器与拱顶砌体采用相互独立的砌筑结构，具有独立的拱顶砌体结构，陶瓷燃烧器设置在热风炉拱顶预燃室部位，拱顶直径小，温度低，结构热稳定性好。采用独特的烧嘴布置型式。在采用单一高炉煤气作为燃料的条件下，可以使风温达到1300℃。在热风炉工作过程中温度变化频繁、剧烈，该部位采用有良好的抗热震性、体积稳定性和抗高温蠕变性的红柱石砖HRK。
(2)顶燃式热风炉燃烧室设置在顶部，提高了蓄热室有效面积利用率，蓄热室采用19孔高效格子砖。蓄热室格子砖的格孔直径为30mm，加热面积为48m2·m-3，有效地实现了蓄热室断面的气流均匀分布，缩小了热风炉直径和外形尺寸，炉体结构简化，避免了大直径拱顶结构，提高了拱顶的结构稳定性和寿命;同时也有效地提高了格子砖蓄热、加热能力，促进风温的稳定、持续提高。依据热风炉炉体传热计算结果，对格子砖配置进行了设计优化。不同高度部位因所处的温度区间不同，所采用的格子砖材质也不同:高温区采用高温体积稳定性、抗蠕变性和抗侵蚀性优异的优质硅砖YHRS;中温区温度变化比较敏感，中上段为低蠕变高铝砖DRL-60，中下段为低蠕变黏土砖HRN-48;低温区采用高强度优质黏土砖配置低蠕变黏土砖RN-42。格子砖为凹凸形状，以保证蓄热室内格子砖的位置相对稳定。
(3)热风炉炉衬在高温区采用硅砖YHRS，中温及低温区采用低蠕变高铝砖DRL-60及黏土砖(HRN-42和RN-42)。
(4)为保护热风炉炉壳和加强隔热，减少热损失，在炉壳内表面依次设置喷涂料、硅酸铝纤维板和轻质隔热砖，设计炉壳温度≤100℃;为了降低炉壳的热应力损毁，还在热风炉本体高温区喷涂耐酸喷涂料MIX-687G，低温区喷涂CN-130G喷涂料。
(5)前置预热炉蓄热室采用37孔Φ20mm的格子砖，其耐火材料配置与本体热风炉类似。
湛江钢铁5050m3高炉热风炉本体耐火材料的主要性能指标见表1。（点击可放大查看）
表1 湛江钢铁5050m3高炉热风炉本体耐火材料主要指标
2、热风管道及其他管道的耐火材料设计
湛江钢铁顶燃式热风炉的送风温度达到1300℃。为保证高温热风的稳定输送，根据热风管系的布置，采用热风管系分析软件，优化波纹管、拉杆配置、并配置与管系相适应的耐火材料砌体结构，改善耐火材料砌体结构的工作环境，形成完善、配套的长寿型热风管道系统。在设计中热风管道工作砖衬耐火材料上部采用锁砌结构，热风管道各孔口全部采用组合砖结构等。
热风管道的工作衬选用低蠕变高铝砖。为保障砌体的高温稳定性，对低蠕变高铝砖的TiO2含量做了严格的限定。对热风管道的耐火材料提出了如下配置:
(1)热风炉出口联络管流体温度设计为1400℃，其工作砖衬采用低蠕变高铝砖H21;混风室内流体温度设计为1400℃，工作砖衬采用低蠕变高铝砖H22和H23;混风室后热风支管流体温度设计为1350℃，采用低蠕变高铝砖H231;热风主、围管流体温度设计≥1300℃，采用低蠕变高铝砖H23。
(2)热风管道的隔热砖衬分别为轻质高铝砖、轻质黏土砖，管壳内喷涂耐火喷涂料，管壳设计温度低于100℃。
(3)热风炉助燃空气管道内砌筑黏土耐火砖RN-42及轻质黏土砖NG0.8，管壳内壁上喷涂耐火喷涂料。
(4)冷风管道、煤气管道、一级预热后助燃空气管道采用岩棉毡进行外保温，岩棉毡外包敷镀锌铁皮。
热风炉投产后运行稳定，各主要部位的铁皮温度均在正常范围内(见表2)，2016年热风炉的平均送风温度为1262℃(最高达到1276℃，最低为1250℃)。热风炉的各项操作和监测参数显示，卡卢金顶燃式热风炉在实现高风温的前提下内部工作状态良好，说明所配置耐火材料起到了关键的作用。
表2 湛江钢铁1#高炉热风炉各主要部位的铁皮温度
宝钢湛江钢铁有限公司 炼铁厂
由此我们就可以看出，科学合理的炉体结构，再加上优质的耐火材料配置，是长寿窑炉所必不可少的先决条件。