热风炉专用耐火球的选择方法

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  一、按球径选择
    理论认为采用直径均一的耐火球对改善球床的各种性能都是较为理想的。试验研究和生产实践证明,增大球径可以减少球床压头损失,这已被测验研究和生产实践所证实。对流给热系数随耐火球直径变化,当球径由40mm降到25mm时,对流给热系数相对增加15%,在其它条件不变时,耐火球的直径愈小,传热面积,即周期传热量就愈大。采用直径小的耐火球对传热有利,直径大的耐火球对辐射给热有利,所以使综合给热系数上升的幅度变小。若保持蓄热面积不变,球床截面固定,改用大球会导致球床高度增加,结果造成球床阻力变大。热风炉上部球床如采用80mm这种球径的球床结构,上部球床单位体积球床的加热面积相应减少25%[2],同时因球径增加,对流传热系数减小,对提高风温有一定的影响。
    合适的耐火球直径,既能使球床具有良好的热工特性,又不致使其阻力增加过大,两相兼顾,目前φ40mm/φ60mm是球式热风炉用耐火球的理想球径。
    在实际应用中按耐火球直径和材质品质分段的多段式球床结构已基本确立。两段式球床多采用φ40mm/φ60mm耐火球组合形式,三段式球床采用φ40mm/φ60mm/φ80mm耐火球组合形式。
    球床上部高温区采用大球径耐火球,有利于发展辐射传热、降低气体阻损,以及稳定热风出口温度;下部中、低温区采用较小球径,有利于改善对流传热和降低废气出口温度,达到提高热效率的目的。
    二、按材质选择
    1、普通材质耐火球的比较
    一般的高铝质耐火球,其耐火度不低于1750~1790℃;荷重软化开始温度不低于1420~1500℃;由于Al2O3属两性氧化物,故抗酸性渣侵蚀的能力较好,但弱于硅质耐火球,抗碱性渣侵蚀的性能也较好,但弱于镁铝质耐火球;当制品中Al2O3含量愈高,其热稳定性会显著降低。高铝质耐火球用于球床上段高温区,其耐火度和荷重软化温度已够用,而热稳定性和抗渣性显得不足。实际应用后,经常出现表面裂纹和渣化粘结现象,导致床层透气性变差,清球周期缩短。
    硅质耐火球是以氧化硅为主要成分的酸性材料,其荷重软化温度高和抗酸性渣侵蚀能力强,但其密度小,仅为1.9t/m3,贮热能力较低,硅质耐火球热稳定性和体积稳定性较差。实际应用后,球体表面开裂严重,抗碱性煤气灰尘侵蚀的能力较差,渣化粘结多,清球困难。
    普通镁铝球是以氧化镁为主要成分并含有氧化铝的碱性材料,镁铝球密度高,热容量大,贮热能力强,导热能力很强,抗渣性能优,但镁铝球亦存在着碱性耐火材料通病,即抗水化问题。实际应用后,镁质材料本身易发生水化反应,球体在水化作用下加之炉内温度作用,其强度变差,球体有疏松、粉化现象,致使镁铝球结构强度降低,重新装球时易破碎,且存放时间短。另外其热震稳定性、体积稳定性也较高铝球差。
    表1普通材质耐火球理化特性比较
    2、优质耐火球的比较
    随着煤气干法布袋除尘技术的发展,球式热风炉的换球周期得以延长,球式热风炉得到推广应用,荷重软化温度高,热容量高,各种性能优质的耐火球材质已经研制成功,镁铝铬球和刚玉球等材质已经成功应用到柳钢750m3和1080m3高炉的球式热风炉上,优质耐火球理化特性见表2。
    表2优质耐火球理化特性比较
    对于蓄热量需求一定的热风炉,优质耐火球的装入可使热风炉外形体积缩小,减少投资总成本。对于铬刚玉球的性能研究表明,铬刚玉球的密度大,比普通耐火球高23%。若1m3内装同样直径(60mm)的球,可装3278个,低蠕变球重量为1t,铬刚玉球重量为1.185t。但由于刚玉球的一次投资成本较高,应用尚不广泛。目前应用较多的是价格较低的优质低蠕变高铝质耐火球。
    3、耐火球的组合应用
    优质耐火球为一机多球制及隧道窑生产,球体状态无明显环痕,呈标准球形,无纵横误差,球体断匀。理论和实践研究表明,球床中下部应用普通高铝质耐火球已能满足工况要求。优质耐火球在球床上部应用,不易出现变形、渣化、粘结。若粉尘超标,球床堵塞,可卸球净化后再装入继续使用。
    1)做好长时间休风的保温工作
    保温的温度管理标准≮900℃,通常在休风后送风炉需进行一次强化烧炉作业,确保拱顶温度≮1350℃,确保高炉休风时热风炉储备足够的热量。在高炉长期休风恢复时,要求热风炉尽可能快地提高送风温度,要求在保证热风温度前提下将热风炉拱顶温度分段地逐步提高,不可一次提高到1350≮,减少对拱顶部位耐材和耐火球的损害。
    2)对热风炉关键部位定期进行热态调査
    在热风炉日常管理中,对热风炉关键部位定期进行红外线测温跟踪记录,及时发现异高温度。对温度超过管理温度部位进行灌浆处理,对开裂的炉皮焊缝及时补焊,对损坏的电偶进行恢复。通过日常对热风炉的关键部位定期进行热态调查,及时发现并解决了影响长寿的问题。
    3)增加换炉次数,缩短送风周期
    热风炉一个工作周期包括燃烧、送风风、换炉三个过程自始至终所需的时间,热风炉内的温度随着三个工作过程发生周期性的变化。若热风炉换炉次数少,送风时间长,增大了温度降落的数值,则加大了对耐火球的热冲击,也不利于提高和稳定热风温度。1号、2号炉热风炉实行二烧一送制度,以控制时间的方式对高炉进行送风控制,原送风周期为95分钟。1号、2号炉配置的新型短焰陶瓷燃烧器,设计最大燃烧量为15000m3/h,具有较强的燃烧能力,使强化燃烧成为可能。因此,通过改进热风炉操作,增加换炉次数,缩短燃烧和送风周期,减少送风周期风温的降低。每天换炉由15炉次增至18炉次,送风周期由原来的95分钟缩短到80分钟,平均风温提高10~20℃,取得了明显的成效。

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