根据热风炉的燃烧室和蓄热室的布置结构不同,热风炉一般可分为内燃式、外燃式和顶燃式三种。目前3种热风炉在我国并存。
一:热风炉用耐火砖的发展
热风炉是高炉配套的主要设备之一,在20世纪50年代高炉送风温度为900℃,热风炉蓄热体使用的是粘土砖。60年代随着风温的提高达到了1000~1100℃,粘土砖已不能作为热风里蓄热体材质了,因此改用了高铝砖,70年代,由于送风温度然进一步提高到1200℃,此时使用高铝砖也发生了问题例如:格子砖发生下沉、变形,炉墙不均匀和开裂等造成热风炉损坏。基于此,热风炉蓄热室炉顶用耐火材料提出了蠕变率的要求。80年代开始,热风炉送风温度持续升高,一般风温在1200~1250℃,而热风里和蓄热室上部比通常送风温度高出200~300℃,在加此高热负荷情况下,热风炉上部一般采用硅砖或1400~1500℃蠕变率低的低蠕变高铝砖。
2000年以后,随着高风温技术的发展,硅砖全部取代低蠕变高铝砖用于拱顶、上部高温区的蓄热室等高温部位,热风管道采用低蠕变高铝砖或红柱石砖。同时热风炉开始采用19孔或37孔格子砖取代传统的7孔和9孔砖。
二:热风炉耐火砖炉衬损毁机理
因热风炉的结构形式不同,炉衬的损毁情况也有差异。内燃式热风炉最易损毁的部位是隔墙,外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室的链接过桥等高温部位。综合损毁原因有以下三点:
①:热应力作用。热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下,受热应力的作用,极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松动等破坏因素,因此要求耐火砖有良好的抗热震性。
②化学侵蚀。由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性金属氧化物(氧化铁、氧化锌等),这些物质附着与砌体表面,并向内部渗透,逐渐与耐火砖发生化学反应,生成低熔物,降低了耐火砖的高温使用性能,因此要求耐火砖的纯度高,杂质含量少。
③机械载荷作用。热风炉是一种较好的建筑物,蓄热室下部格子砖承受的最大载荷高达0.8MPa,燃烧室下部衬体承受的载荷也达0.5MPa左右,在长期受热的状态下,砌体容易产生较大的收缩变形,严重影响热风炉的使用寿命。因此要求高温区的耐火砖抗蠕变性能好,中温区的耐火砖强度高。
三:热风炉用耐火砖的性能要求。
热风炉是一种周期性重复加热、放热的热工设备:根据目前热风炉的使用情况,热风炉对蓄热材料的要求主要有以下几点:
①具有很好的提及稳定性,即在高温使用中不至因为内部晶相结构变化造成永久性过大的膨胀与收缩,使蓄热转、砌筑体有很好的体积稳定性
②抗高温荷重蠕变性能好。热风炉的炉役时间长达20年以上,耐火材料自重产生的负荷很大,因此要求在高温下耐火材料具有良好的抗蠕变性能。而硅砖具有极为优良的高温蠕变性能,其次是组成接近莫来石的高铝制品。
③有高的蓄热性能,这要求材质有高密度、高比热容。硅砖的体积密度较小,蓄热能力较差,而且在600℃以下时,容易发生晶型转化,破坏材料的整体性,因此硅砖不适宜在600℃以下的区域使用,另外在热风炉烘炉和停炉时也要缓慢加热或或冷却,保证石英晶体的缓慢转化而不损坏材料。
④有较高的热导率。高的热导率可以使蓄热体在换热器周期中能以最高速度与效率进行吸热和放热。耐火材料的热导率是耐火材料非常重要的物理性能之一。材料的热导率与材料的化学组成、矿物相组成、致密度、微观组织结构和温度有关。在铝硅系耐火材料中,耐火材料的热导率随AL2O3含量的增加而增加:因此如果热风炉的格子砖采用蓄热能力高的高铝砖时,讲可以大幅度提高热风炉的风温。
⑤ 较低的线膨胀系数。线膨胀系数是指耐火材料随温度升高体积和长度增大的性能其中,硅砖在600℃以前线膨胀率很大:超过600℃后膨胀率几乎不变。因此,硅砖的使用温度用不低于600℃。