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CN1198944C - 热风炉 - Google Patents

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Alexander Kalugin
Lyudmila Kalukina
Marina Kalukina
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Abstract

热风炉包括带内衬的外壳、砖格子、穹顶、穹顶上部与其同心的预燃室。预燃室有自己的外壳和内衬，单独的支承装置和穹顶。热风管接头位于砖格子上部，从砖格子至热风管中心线的距离不小于热风管通道截面直径的长度。煤气和空气通道布置在预燃室内衬的垂直侧墙中并与煤气和空气的内部集管和管接头相连接。来自下部集管的上部通道的中心线对准预燃室中心线，并向上斜与水平面的角度为约30度。而位于水平面上的所有其它通道的中心线与穿过各出口截面中心的预燃室半径之间的角度为15-30度。预燃室垂直侧墙的内衬用垂直缝分成相互独立的两部分。内侧部分是预燃室穹顶主要砌体的支承。煤气和空气集管之间的隔墙在一侧支承在靠近外壳一侧的煤气和空气集管的内衬墙上，而在另一侧则支承在预燃室垂直侧墙的外侧部分。

Description

热风炉
技术领域
本发明属于黑色冶金领域，更具体地涉及作为高炉鼓风加热装置的热风炉。
背景技术
众所周知，内燃式热风炉和外燃式热风炉都存在一系列重大的缺陷。而在热风炉穹顶上安装多个燃烧器或预燃室的无燃烧室(顶燃式)热风炉(俄罗斯专利No.2145637，a，c，No.602555，日本专利No.48-4284，美国专利No.3473794)是最有发展前途的热风炉。
在技术实质和总体特征方面，最接近本发明的是俄罗斯专利第2145637号(C21B，9/02)中所涉及的顶燃式热风炉(设计原型)。这种顶燃式热风炉包括一个带内衬的外壳、砖格子、穹顶、热风管接头及预燃室，热风管接头位于砖格子上部，从砖格子至热风管中心线的距离不小于热风管通道截面直径的长度，预燃室位于穹顶上部，并与穹顶同心，预燃室外壳带内衬，并独立于穹顶内衬，在预燃室外壳内有单独的支承装置和穹顶，在预燃室中安装有煤气环形集管和空气环形集管，煤气和空气环形集管一上一下布置在外壳下面的预燃室的内衬中，相互之间有隔墙，煤气集管和空气集管上都有穿过外壳和集管之间的内衬引入煤气和空气的管接头以及位于预燃室内衬垂直侧墙中的排出通道，煤气和空气直接排入预燃室，因此，来自下部集管的上排各通道的中心线都对准预燃室的中心线，并向上斜与水平面的角度为约30°，而位于水平面上的所有其他通道的中心线与穿过各出口截面中心的预燃室半径之间的角度为15～30°。这样煤气和空气在预燃室内形成旋流，这样就可以保证煤气在进入砖格子之前就被全部充分燃烧，并均匀分布到砖格子上。
高炉热风炉是大型高温装置，需要大量的建设投资。因此，对热风炉的主要要求是使用寿命长，从而降低修理费用。按这一要求，人们都熟悉的内燃式和外燃式热风炉就存在一系列缺陷。
热风炉是一种蓄热式装置。它的最主要特点是周期性工作。在热风炉的加热期要将煤气和空气送入预燃室，煤气在穹顶下部燃烧，用其燃烧物将砖格子加热。在热风炉鼓风期，停止供煤气和空气，而从热风炉下部向砖格子输送冷风，冷风在砖格子中被加热，进入穹顶下部，然后通过热风管输送到高炉中。在加热期，向煤气和空气集管中分别送入冷煤气和冷空气，这样集管区域中的砌体也被冷却。在鼓风期，煤气和空气被切断，预燃室和集管区域的砌体被加热。在随后的加热期，集管区域的砌体又重新被冷煤气和冷空气冷却。
在热风炉鼓风期和加热期之间，因靠预燃室内衬将温度最低的煤气和空气集管与温度较高的预燃室内腔隔离开，因此，沿预燃室内衬垂直侧墙的厚度将产生最大的温差。由于周期性的温度变化，预燃室垂直侧墙的砌体将产生周期性膨胀，从而引起较大的热应力。在经过较长时间的运行后，在垂直侧墙上就会产生裂缝，预燃室会被损坏，使热风炉停产修理。
预燃室的另一个重要部件是煤气集管和空气集管之间的隔墙。当进入预燃室内腔的侧墙处在最高温度时，和与外壳相接的煤气和空气集管的内衬相比较，隔墙将由于预燃室内墙温度大幅增加而经常处在弯曲应力的作用下。内墙在加热期和鼓风期之间产生的经常性周期性温度变化会导致集管之间的隔墙被损坏，从而引起煤气和空气在集管中混合和燃烧，将预燃室和热风炉损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种热风炉，可提高在高温状态下热风炉使用寿命，长期不用修理，从而减少热风炉的运行费用。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种热风炉，包括带内衬的外壳、格子砖、穹顶、热风管接头及预燃室，热风管接头位于砖格子上部，从砖格子至热风管中心线的距离不小于热风管通道截面的直径的长度。预燃室位于穹顶上部，并与穹顶同心，预燃室外壳带内衬，并独立于穹顶内衬，预燃室外壳内有独立的支撑装置和穹顶，在预燃室外壳下的内衬中一上一下地安装着煤气和空气集管，其相互之间有隔墙，煤气和空气的引入管从外壳和集管之间的内衬中穿过，煤气和空气通道位于预燃室内衬垂直侧墙中，来自下部集管的上排各通道的中心线都对准预燃室中心线，并向上斜与水平面的角度为约30度，而位于水平面上的所有其它通道的中心线与穿过各出口截面中心的预燃室半径之间的角度为15-30度，预燃室垂直侧墙的内衬用垂直缝分成相互独立的两部分，预燃室穹顶内衬的主层支撑在预燃室垂直侧墙的内侧部分，而煤气和空气集管之间的分隔墙在一侧支撑在预燃室垂直侧墙的外侧部分，在另一侧则支撑在外壳与煤气和空气集管之间的内衬上。
用垂直缝将预燃室内衬的垂直侧墙分成相互独立的两部分可以使平均温度各不相同的垂直侧墙的两部分，在温度变化时单独膨胀，互不影响；这样就可以减少预燃室垂直侧墙砌体中的热应力，从而增加预燃室的强度和使用寿命。
预燃室的穹顶由主、辅两层构成。主层具有承重功能，用密实的耐火砖砌筑成。辅助层具有绝热功能，用轻质耐火砖砌筑成。预燃室穹顶内衬的主层不是完全支承在预燃室侧墙上，而是只支承在其内侧部分，这样就不会引起穹顶支承耐火砖的弯曲和损坏，从而增加穹顶的寿命。
煤气和空气集管之间的隔墙支承在与煤气和空气集管相接的垂直侧墙内衬的外侧部分和与外壳一侧的集管相接的内衬上，这样就为隔墙提供了一个最佳工作条件。因为与集管相接的内衬的两层墙的平均温度将很接近，当温度变化时，两层墙的膨胀量也很接近，这样就可减少对隔墙的弯曲力，从而增加隔墙的使用寿命。
由于在热风炉的结构上采取了上述措施，从而可大大降低预燃室砌体中的热应力，进而减少砌体的破损，增加热风炉的使用寿命。
附图说明
下面通过附图及实施例详细说明本发明，附图中：
图1-按照本发明优选实施例的顶燃式热风炉的正视垂直剖面图。图中煤气和空气供应管接头和热风管接头假定布置在同一平面上；
图2-沿图1的I-I线剖切的剖面图。
具体实施方式
本发明的热风炉包括：带内衬2的外壳1、砖格子3、热风管接头4、穹顶5位于穹顶上部，并与其同心的预燃室6，预燃室的外壳7和内衬8，预燃室内衬独立于穹顶内衬，在外壳7内有单独的支承装置9。热风管接头4位于砖格子3上部，从砖格子到热风管中心线的距离不小于热风管通道截面的直径的长度。预燃室6的垂直侧墙10中布置有煤气通道11和空气通道12、13，分别与内部的煤气集管14和空气集管15以及煤气供应管16和空气供应管17相连接。煤气和空气通道11、12与穿过其排放口中心的半径呈β＝15-30°角度、布置在水平面上。来自下部集管15的上排的通道13的中心线对准热风炉的中心线18和布置成向上斜与水平面的角度为约30°。最好如图1中所示，上部为煤气集管，下部为空气集管。当然，也可以相反，上部是空气集管，下部为煤气集管。
预燃室6的垂直侧墙10由两层相互独立的部分组成：内侧部分20和外侧部分21。相互之间由垂直缝19分开。预燃室6内衬8穹顶的主层22支承在预燃室6垂直侧墙10的内侧部分20上。煤气集管14和空气集管15之间的隔墙23在一侧预燃室6垂直侧墙10的外侧部分21，另一侧则支承在煤气集管14和空气集管15与外壳7之间的内衬24上。
上述热风炉具有本质上的优点。其工作方式如下：
在热风炉加热期助燃空气沿管道17进入空气集管15。空气集管15布置在预燃室6，在煤气集管14下面的内衬8的墙体21和24之间。然后空气通过通道12、13进入预燃室6。煤气沿管道16进入煤气集管14，然后通过通道11进入预燃室6。煤气集管14布置在预燃室6中，在空气集管15上方的内衬的墙体21和24之间。煤气流在煤气通道11的出口处将处在预燃室6中的空气吸入，然后在预燃室6的上部被在鼓风期已被加热的砌体点燃。当上排空气流的方向沿半径方向向上斜约30°角时，为煤气和空气在预燃室6中的初步混合和点燃创造了良好的条件。煤气在预燃室6中形成热旋流。在火焰试验台上的试验结果表明预燃室上部的温度完全可以将煤气点燃。
随后，空气从通道13，然后从通道12进入该旋流。煤气在预燃室6中会产生强烈燃烧，在火焰试验台的试验结果表明，煤气在穹顶5锥体部分的中部就被完全烧尽。
在这一加热期，冷煤气和空气分别进入煤气集管14和空气集管15，墙体21和24的平均温度将是最低的。预燃室6中的温度以及墙体20的温度将非常高。因为煤气燃烧是在预燃室内进行。隔墙23也将处在良好的工作条件下，因为墙体21和24将处在大约同一平均温度下，它们之间的膨胀差将很小。
在鼓风期，停止向预燃室6中供煤气和空气。冷风从下部进入砖格子，并从砖格子通过，从而被砖格子加热。被加热后的热风进入穹顶5下部，通过热风管4送到用户，如高炉中。在鼓风期利用来自砖格子3和穹顶5的辐射和对流将预燃室加热。被加热的空气通过通道11、12、13进入煤气集管14和空气集管15。墙体21和24也将被加热，在鼓风期结束时它们的温度将达到最大值。但是，由于它们都进入煤气集管14和空气集管15，因此在被加热时，它们的平均温度和膨胀值将很接近，这样就不会对煤气集管14和空气集管15之间的隔墙23造成损坏。由于有垂直缝19，在加热期和鼓风期之间的平均温度发生变化时，墙体20的自由膨胀也不会对墙体20和21造成相互损坏。
预燃室6穹顶主承重层22只支承在内侧墙20上，而不支承在整个垂直侧墙10上，这样可以增加穹顶的寿命。因为墙体20和21的膨胀值不同时不会发生穹顶支承耐火砖被扭曲和损坏的现象。
因此，采用上述本发明的结构的热风炉在各个工作阶段预燃室6的内衬8各部分的温度变化都不会在预燃室内衬8中引起较大的热应力，也不会对内衬造成损坏。这样就可以提高这种结构的顶燃式热风炉的使用寿命，从而降低其维修费用。
本发明不仅可用于钢铁工业中的高炉鼓风加热，还可以用于动力技术，可将载热体(空气、煤气)加热到很高的温度。

Claims (1)

1.一种热风炉，包括带内衬(2)的外壳(1)、砖格子(3)、穹顶(5)、热风管接头(4)及预燃室(6)，热风管接头(4)位于砖格子(3)上部，从砖格子(3)至热风管中心线的距离不小于热风管通道截面的直径的长度，预燃室(6)位于穹顶(5)上部，并与穹顶(5)同心，预燃室(6)外壳(7)带内衬(8)，并独立于穹预(5)内衬，预燃室(6)外壳内有独立的支撑装置(9)和穹顶，在预燃室(6)外壳(7)下的内衬中一上一下地安装着煤气集管(14)和空气集管(15)，其相互之间有隔墙(23)，煤气和空气的引入管(16、17)从外壳(7)和集管(14、15)之间的内衬(24)中穿过，煤气通道(11)和空气通道(12、13)位于预燃室(6)内衬(8)垂直侧墙(10)中，来自下部集管(15)的上排各通道(13)的中心线都对准预燃室(6)的中心线，并向上斜与水平面的角度为30度，而位于水平面上的所有其它通道的中心线与穿过各出口截面中心的预燃室(6)半径之间的角度为15-30度，预燃室(6)垂直侧墙(10)的内衬用垂直缝(19)分成相互独立的两部分(20、21)，预燃室(6)穹顶内衬的主层支撑在预燃室(6)垂直侧墙的内侧部分(20)，而煤气集管(14)和空气集管(15)之间的分隔墙(23)在一侧支撑在预燃室(6)垂直侧墙(10)的外侧部分(21)，在另一侧则支撑在外壳(7)与煤气集管(14)和空气集管(15)之间的内衬(24)上。
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