硅磚有良好的高溫性能，是大型高溫?zé)犸L(fēng)爐普遍采用的一種優(yōu)質(zhì)耐火材料。但硅磚的熱穩(wěn)定性差，給熱風(fēng)爐的操作和維護(hù)帶來很大困難。硅磚的低溫特性對(duì)熱風(fēng)爐的烘爐提出了特殊要求，硅磚熱風(fēng)爐烘爐技術(shù)由此而變得復(fù)雜化。為了滿足硅磚爐頂熱風(fēng)爐的烘爐要求，必須設(shè)置一種特殊功能的烘爐裝置(加熱爐)。
硅磚熱風(fēng)爐的烘爐
硅磚物體的特性
硅磚的主要成分是Si02，具有優(yōu)良的高溫性能。同時(shí)，Si02也具有多晶轉(zhuǎn)化的特性，在600℃以下發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹。特別是200〜400°C的范圍內(nèi)，硅磚膨脹系數(shù)最大，結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)。硅磚膨脹率見表1。
表1 不同溫度下硅磚的膨脹率，%
因此，烘爐前要根據(jù)硅磚的這一特性精確繪制熱風(fēng)爐拱頂升溫曲線，嚴(yán)格控制低溫區(qū)升溫速度，保證足夠的烘爐時(shí)間。烘爐初期的升溫速度為8〜10C/d，逐步增大到10〜15 C/d，升溫速度偏差控制在±1C/d。典型的硅磚熱風(fēng)爐烘爐曲線如圖1所示，按這條曲線進(jìn)行烘爐，可以防止硅磚的晶型劇變，避免熱應(yīng)力破壞。烘爐過程中要求嚴(yán)格控制升溫速度、溫度波動(dòng)范圍等。要實(shí)現(xiàn)這些要求，用熱風(fēng)爐本身的燃燒器進(jìn)行烘爐不能達(dá)到，必須設(shè)置專門的燃燒裝置即爐外加熱爐(前爐)。
圖1 典型的硅磚熱風(fēng)爐烘爐曲線
對(duì)加熱爐性能的要求
加熱爐的性能應(yīng)能實(shí)現(xiàn)大范圍溫度調(diào)節(jié)和精確的升溫速度控制。由于烘爐溫度變化范圍大(拱頂溫度從20〜1000℃)，加之熱風(fēng)爐內(nèi)襯體積大，熱容量變化大，因此加熱爐必須設(shè)計(jì)有一定數(shù)量的特殊燒嘴。燒嘴的煤氣量以及產(chǎn)生的廢氣量可以靈活調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)燃燒煙氣溫度的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以滿足烘爐工藝要求。對(duì)熱風(fēng)爐下部，爐篦子的溫度應(yīng)加以可靠控制。熱風(fēng)爐烘爐時(shí)間長，烘爐以后要進(jìn)行試壓和保溫，為防止?fàn)t篦子溫度超過允許范圍，對(duì)爐篦子和支柱必須采取冷卻保護(hù)措施，我廠一般采用反吹風(fēng)的方法進(jìn)行下部冷卻，來保持廢氣溫度不超過規(guī)定值。加熱爐是一個(gè)臨時(shí)的非生產(chǎn)性設(shè)施，設(shè)計(jì)建造時(shí)應(yīng)考慮便于熱態(tài)拆除。
烘爐特點(diǎn)
(1)加熱爐高溫?zé)煔馐菑母郀t煤氣入口進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒室的，為防止煙氣溫度過高， 燒壞煤氣燃燒閥，在煤氣燃燒閥后，在煙氣入口處砌擋墻隔熱。
(2)加熱爐的結(jié)構(gòu)、安裝和制作簡(jiǎn)單，操作方便，費(fèi)用低，且便于熱態(tài)拆除。
(3)利用反吹風(fēng)的方法保證爐頂溫度，控制廢氣溫度，使?fàn)t篦子和支柱冷卻。
(4)熱風(fēng)爐砌體不與火焰直接接觸，防止局部過熱，破壞燃燒室。
烘爐實(shí)踐
自1985年1號(hào)高爐采用硅磚爐頂熱風(fēng)爐以后，包鋼煉鐵廠相繼在3、4號(hào)高爐和1996年1號(hào)高爐中修后使用的新熱風(fēng)爐也采用桂磚，所以在硅磚熱風(fēng)爐供爐方面有一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。1號(hào)高爐熱風(fēng)爐自1985年3月26日投產(chǎn)至1996年10月停爐檢修，熱風(fēng)爐拱頂基本完好，局部雖有裂紋，但沒有出現(xiàn)塌落現(xiàn)象。這說明硅磚熱風(fēng)爐烘爐是成功的。
硅磚熱風(fēng)爐烘爐情況如下：1號(hào)高爐熱風(fēng)爐烘爐計(jì)劃時(shí)間56天，實(shí)際63天，因當(dāng)時(shí)高爐本體未交工，故采用上燒下吹的方法來保證爐頂溫度、控制廢氣溫度，這樣維持了5個(gè)多月直到高爐投產(chǎn)。3號(hào)高爐熱風(fēng)爐烘爐時(shí)間計(jì)劃50天，實(shí)際51天，是全廠烘爐最理想的一次，實(shí)際烘爐曲線與計(jì)劃曲線基本吻合，正負(fù)溫差小于1.5℃。4號(hào)高爐熱風(fēng)爐烘爐時(shí)間為50天。1號(hào)高爐新熱風(fēng)爐計(jì)劃烘爐時(shí)間為45天，因工期緊，只用37天就與高爐同期投產(chǎn)。下面是包鋼3號(hào)高爐熱風(fēng)爐烘爐的情況。烘爐分為以下三個(gè)階段：
(1)第一階段，就是控制焦?fàn)t煤氣燃燒量，使升溫速度緩慢上升。即20〜120℃升溫8天，恒溫1天；120〜216℃升溫8天(每天升溫12 ℃)，恒溫1天；216〜411℃升溫13天(每天升溫15℃)，恒溫1天；350℃時(shí)，啟動(dòng)臨時(shí)助燃風(fēng)機(jī)，加二次風(fēng)，加快升溫速度；411〜801℃，每天升溫30℃，恒溫1天。這一階段是硅磚熱風(fēng)爐烘爐的關(guān)鍵：初期要固定一次空氣量，通過調(diào)節(jié)煤氣量來控制加熱爐煙氣溫度，煤氣量的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)整加熱爐燒嘴數(shù)目與調(diào)節(jié)每個(gè)燒嘴的空氣和煤氣比例來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)拱頂溫度升到400℃以上時(shí)，用二次空氣調(diào)節(jié)拱頂溫度和廢氣溫度，并增加燒嘴數(shù)目，使加熱爐爐膛溫度達(dá)到1300〜1400℃，熱風(fēng)爐拱頂溫度升至700℃。為控制爐頂溫度的上升速度，可調(diào)節(jié)煙道閥開啟程度，這樣可保證升溫偏差合理。當(dāng)拱頂溫度上升到800℃以上時(shí)，進(jìn)入第二階段。
(2)第二階段，也就是拆除加熱爐的過程。此階段要速度快，防止高溫氣體外溢而導(dǎo)致拱頂溫度和各部溫度下降。3號(hào)高爐每座加熱爐拆除時(shí)間在2〜3h，表2是加熱爐拆除后各熱風(fēng)爐的拱頂溫度和廢氣溫度。
(3)第三階段，即送入高爐煤氣燒爐，準(zhǔn)備給高爐送風(fēng)。
烘爐期間，如果在熱風(fēng)爐爐頂安裝兩個(gè)氣體導(dǎo)出管(燃燒室、蓄熱室各1個(gè))將熱風(fēng)爐蒸汽排出，會(huì)取得更好的烘爐效果。
表2加熱爐拆除后各熱風(fēng)爐拱頂、廢氣溫度，℃
硅磚熱風(fēng)爐的維護(hù)
硅磚在600℃以下，體積穩(wěn)定性不好。為了維護(hù)好硅磚熱風(fēng)爐，要求硅磚砌體溫度不低于600℃。因此，硅磚熱風(fēng)爐的維護(hù)問題，主要是硅磚砌體的保溫問題。
硅磚砌筑高度對(duì)維護(hù)的影響
硅磚的砌筑高度選擇較為重要，太矮不能充分發(fā)揮硅磚熱風(fēng)爐的效果，太高則不利于硅磚熱風(fēng)爐的維護(hù)。測(cè)溫結(jié)果表明，硅磚的砌筑高度應(yīng)主要考慮硅磚熱風(fēng)爐的保溫，爐頂溫度應(yīng)保持在750℃左右，最低也應(yīng)大于600℃(硅磚界面溫度)。合理硅磚局度為5m左右(指大墻)。
蛙磚熱風(fēng)爐的保溫
硅磚熱風(fēng)爐的保溫主要是指在高爐停爐或熱風(fēng)爐需要檢修時(shí)保持硅磚砌體溫度不低于600℃、廢氣溫度不大于400℃。1993年12月3號(hào)高爐熱風(fēng)爐投產(chǎn)，送風(fēng)4個(gè)月后，高爐擴(kuò)容大修2個(gè)月。1994年4月1日〜6月1日，為了使熱風(fēng)爐保溫工作能順利進(jìn)行，停爐前設(shè)法將爐頂溫度提高，并將廢氣溫度降低到100℃左右。當(dāng)爐頂溫度降到700℃時(shí)，開始燒爐，當(dāng)爐頂溫度上升到1000〜1100℃時(shí)，停止燒爐，始終保持爐頂溫度不低于750℃，廢氣溫度在400℃以下。當(dāng)高爐休風(fēng)時(shí)間較長時(shí)，控制廢氣溫度的難度會(huì)增大。為了控制廢氣溫度，可采用助燃風(fēng)機(jī)反吹風(fēng)法來保持爐頂溫度不低于750℃、廢氣溫度不大于380℃。其方法如圖2所示。由圖可見，助燃空氣由蓄熱室底部的爐篦子支柱經(jīng)蓄熱室、聯(lián)絡(luò)管、燃燒室、熱風(fēng)閥、熱風(fēng)主管排入大氣。熱風(fēng)主管砌擋墻與高爐本體分開，不影響高爐施工。當(dāng)拱頂溫度降到750℃時(shí)，就可采用強(qiáng)制燒爐，頂溫升到1000〜1100℃時(shí)，換爐送風(fēng)冷卻，冷風(fēng)量大約為200m3/min，風(fēng)壓5kPa。4座熱風(fēng)爐輪流燃燒送風(fēng)，這樣既可保持拱頂溫度，同時(shí)也控制了廢氣溫度。
硅磚熱風(fēng)爐的日常維護(hù)
(1)休風(fēng)檢修時(shí)，應(yīng)盡量縮短各人孔的敞開時(shí)間，防止硅磚砌體溫度大幅度下降。
(2)日常生產(chǎn)中，要經(jīng)常注意熱風(fēng)爐的燃燒情況，嚴(yán)禁出現(xiàn)助燃風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
(3)換爐、燒爐操作時(shí)，要嚴(yán)防大量冷空氣抽入爐內(nèi)，使拱頂溫度下降。
(4)配置硅磚熱風(fēng)爐的高爐，應(yīng)有特設(shè)的休風(fēng)倒流裝置，高爐休風(fēng)時(shí)禁止用硅磚熱風(fēng)爐倒流。
圖2 爐底吹風(fēng)和反送風(fēng)示意
結(jié)語
(1)由于硅磚砌體具有低溫體積膨脹的特殊性，硅磚熱風(fēng)爐烘爐時(shí)必須設(shè)置加熱爐。
(2) 加熱爐燒嘴的設(shè)計(jì)要滿足煤氣量調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)靈活的要求，同時(shí)要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、便于熱態(tài)拆除。
(3) 利用反吹風(fēng)法可控制廢氣溫度。
(4) 在日常維護(hù)中，應(yīng)保持硅磚砌體溫度不低于600℃。
(5) 配置硅磚熱風(fēng)爐的高爐應(yīng)有特設(shè)的休風(fēng)倒流裝置，嚴(yán)禁用熱風(fēng)爐倒流。