数十年来,我国热风炉格子砖经历着不断向加大单位加热面积的方向改进的历程.20世纪50--60年代使用片型砖或方型砖,单位加热面积只有20—25m/m；60--80年代使用小型六边型砖, 单位加热面积达到≈30m/m；80年代以后采用了六边型7孔砖, 单位加热面积达到≈38m/m.
格子砖的开发是高风温热风炉设计的重要课题之一。热风炉在一定的送风周期条件下，格子砖应有一个合适的加热面积/砖量（即给热速率/蓄热能力)值。这一值是格子砖极其重要的使用性能。传统的格子砖存在的问题在于加热面积/砖量值太小，与现代热风炉的操作制度不相适应。
当今由于热风炉自动控制水平的提高，相应地缩短了热风炉的操作周期。与此同时，煤气中含尘量也降低到了＜10mg／m的水平。这样，我们便具有了采用缩小格孔直径的手段来增加格子砖单位加热面积的条件，从而使热风炉能够达到以最少的投资得到最大的加热面积的目的。
近年来，为了强化热风炉的热交换能力，国外热风炉设计和耐火材料供应商对于通过缩小格孔直径来增加单位加热面积的趋势是很明显的。俄罗斯人、德国人、荷兰人都在走小孔化的路。他们使用的格子砖与我国传统格子砖的特性比较如表1。
格子砖主要特性对比 表1
项 目 格孔直径mm 单位加热面积m∕m 格子砖活面积 m∕m 单位蓄热体容积m∕m 3322233 2
3
2
3
2
3
我国传统格子砖 φ43 38.08 0.409 0.591 俄罗斯格子砖 φ30 48 0.36 0.64 德国格子砖 φ35 46.2 0.405 0.595 显然，我国传统格子砖的单位加热面积比国外格子砖小很多。近年来，我国一些热风炉在改变长期采用传统格子砖（φ43mm）的状况，但是，它是以克隆国外格子砖砖型为基础的。因此，自主开发我国高效格子砖系列产品, 迅速改变我国热风炉格子砖生产的落后状况，势在必行。
格子砖格孔缩小以后对于高温区的辐射传热是不利的。
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辐射传热系数— α
辐射
=（0.18CO2+ 0.32H2O）[(t/100)- 2]d0.5
采用慧敏公司的技术是在必行。 2）提高热风炉的废气温度
大量计算表明：提高废气温度可以减小拱顶温度与送风温度之间的差值而提高送风温度。图3数据表示了在固定拱顶温度为1350℃和热风炉不同加热面积条件下，提高废气温度对于拱顶温度与送风温度之间的差值的影响。图4所示为拱顶温度为1350℃时废气温度对于送风温度的影响（图中f为一座热风炉单位风量的加热面积[m2/(m3/min)]）。
图中数据表明，提高废气温度与提高拱顶温度相似，同样可以提高送风温度，但是它却减小了拱顶温度与送风温度之间的差值。可以认为：提高废气温度加大了下部气流与格子砖之间的温度差，强化了下部格子砖的传热过程，因而带来了提高风温的效果。但是，送风温度的提高，是由于减小拱顶温度与送风温度之间的差值而获得的。因此，为了强化热风炉的换热过程，提高拱顶温度固然是必要的，提高废气温度也是极其有效的。
传统热风炉设计的思路是采用低废气温度操作，显然，对于强化热风炉的换热过程是十分不利的，应该加于改进。
拱顶温度1350时废气温度对温差的影响拱顶温度与风温之差 200180f=11 160f=12图3 拱顶温度为1350℃时废气温度对拱顶温度与送风温度之间差值的影响 f=13140f=14 120100300 350400废气温度450500550图3 拱顶温度为1350℃时废气温度对拱顶温度与送风温度之间差值的影响
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上述热风炉的操作实践、热工计算及理论分析充分证明了，强化热风炉的换热过程，缩小拱顶温度与送风温度之间的差值是可能的。
为了缩小拱顶温度与送风温度之间的差值，应该推广应用以下技术： 1）推广使用小孔径格子砖
近年来，我国不少热风炉使用了小孔径格子砖和提高辐射换热的涂料，获得了良好的效果。它们将带来以下两个好处：第一个好处是具有较大的单位容积加热面积：
H=
4f m2/m3 ------（3） d式中：H——每1m3格子砖的加热面积，m2/m3 f——格子砖的活面积，m2/m2 d——格孔直径，m
这样便可以在同样容积的蓄热室内（或同样重量的格子砖）获得较大的加热面积
F。第二个好处是使用小孔径格子砖可以获得较大的周期换热系数k：
k理想?111??????????? kcal/m.周期.℃
2
在烟气水当量数一定的条件下，由于小孔径格子砖的采用，加大了
kF数，显然W?有利于减小t??t?值。现有许多采用小孔径格子砖的生产实践结果都证明了这一点。
2）提高热风炉燃烧末期的废气温度
通过提高燃烧率的办法来提高燃烧末期的废气温度将给热风炉操作带来好处是众多操作人员熟悉的事。但是，真正付诸实施尚须解决炉箅子的安全问题。
提高燃烧末期的废气温度将给热风炉操作带来以下两大好处：第一大好处是提高了烟气的水当量数，加大了
W?值，增加了热风炉下部的蓄热量，加大了下W?部气流与格子砖之间的温度差，强化了下部格子砖的传热过程，减缓了上部的温度降。在送风量和送风周期不变的条件下，便可以获得减小拱顶温度与送风温度
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之间的差值而提高送风温度的效果，从而减小了t??t?值；另一大好处是利用较高温度的废气去提高助燃空气和煤气的预热温度，从而达到提高拱顶温度的目的。应该特别说明的是这两大好处是可以兼得的，因而它的综合效果是极其显著的。
热风炉设置预热助燃空气和煤气设施的主要目的有二:一是提高助燃空气和煤气的温度，以提高物理热的办法将拱顶温度达到目标风温所要求的水平；二是充分回收废气余热，提高热风炉系统的热效率。当今，由于热风炉设计技术的提高，热风炉的温度效率明显提高，高温热量供给的矛盾得到了缓解，同时考虑到高炉区域总图位置紧张，为了获得1250℃以上的目标风温，作者建议采用如下综合措施：① 高炉采用富氧鼓风，掺烧少量的转炉煤气；② 以加大燃烧率的办法来提高热风炉燃烧末期的废气温度，改进预热系统的设计，采用板式换热器作为余热回收设备，进一步提高助燃空气和煤气的预热温度；③ 改进格子砖的设计，缩小格孔直径，加大格子砖单位容积的加热面积；④喷涂提高高温区辐射换热涂料。
3. 关于硅砖的一些问题
合理选用耐火材料是热风炉实现高温和长寿目标的重要环节之一。针对我国当前热风炉耐火材料的使用状况有两个问题是值得研究的：一是抗高温蠕变性能；另一是抗热震性能。
1）关于抗高温蠕变性能问题
抗高温蠕变性能一般以耐火材料在恒定荷重（0.2MPa）、恒定温度下变形率与时间的关系曲线来表示。目前，由于各国标准对于该关系曲线取值方法不同，对于耐火材料的抗高温蠕变性能的表述略有差异。我国标准以 0～50小时的试验变形量作为耐火材料抗高温蠕变性能的依据，而荷兰标准以 20～50小时的试验变形量作为依据。在荷重和气氛相同的条件下，耐火材料的高温蠕变性能取决于它的化学组成、矿物组成、显微结构、气孔率和烧成温度。
我国热风炉对于耐火材料的高温蠕变指标一般要求如表2。
对于耐火材料高温蠕变指标的原则要求 表2
耐火材料名称 硅砖 蠕变试验温度℃ 1550 蠕变率% 0～50小时1.0%或20～50小时0.2% 使用部位 高温区用砖 中温区用砖 高铝砖或红柱石砖 1400，1350 14
粘土砖Ⅰ 粘土砖Ⅱ 1250 1150 低温区用砖 低温区用砖 从总体上说，这些要求是合理的。但是，近年来，我国一些热风炉耐火材料出现了严重的高温蠕变。出现问题的不是在使用硅砖的高温区段，而是在使用高铝砖的中温区段。在问题严重的热风炉上，局部格子砖的蠕变量达到30%以上，蓄热室出现了严重的变形，热风炉不得不进行停炉大修。
面对这一状况，应该如何应对？硅砖与低蠕变高铝砖的使用范围是否可以作适当调整？按照我们的理解，解决方案有二：
方案一，维持现有硅砖与低蠕变高铝的使用范围不变，严格控制高铝砖的抗蠕变性能要求：
Δ蓄热室上部大墙砖和格子砖用硅砖砌体的高度是依硅砖的特性所决定的。硅砖由磷石英、方石英和很少量（＜1%﹚的残余石英等组成，这些矿物随温度变化（在某一温度范围内）伴随着体积变化，体积变化最大的是?_?v?16%-石英???????-870℃_磷石英以及?-石英
?v?0.82%β-石英。太大或太快的体积变化会引起硅砖的
573℃碎裂损坏。从硅砖的热膨胀率来看，在800-1400℃范围内几乎为零。因此，硅砖控制在这一温度范围内使用是最安全的。在这一温度区间内，硅砖的使用范围大约占蓄热室总高度的30%左右。在这种情况下，由于硅砖与高铝砖之间的界面温度较高，必须以质量良好的低蠕变高铝砖作为支撑。西欧和日本高风温热风炉长期以来走的就是这条路，它是一个非常稳妥牢靠的方案。为什么在我们的热风炉上就出了问题了呢？早在上一世纪九十年代，我国就已经解决了生产质量良好的硅砖和低蠕变高铝砖的技术问题，但是，近年来由于不正常的市场竞争，“低蠕变高铝砖”已经被扭曲，假货取代了真货，使上述本来是“极为可靠”的方案变成了给生产带来“灾难性困难”的方案；
方案二，调整硅砖和高铝砖的使用范围，扩大硅砖的使用范围，相应减小高铝砖的使用量。
硅砖在800-1400℃范围内虽然是最佳安全使用温度范围，但是，考察石英的相变规律和硅砖的热膨胀率状况可知，质量良好的硅砖在600～800℃范围内的热膨胀率仍然是较为稳定的，因此，便存在着降低硅砖界面温度以及扩大蓄热室和
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大墙高度区段上硅砖的使用范围的空间，这样便带来了减小高铝砖的蠕变压力和降低热风炉耐火材料投资的好处。该方案是俄罗斯人正在走的路。它也经历了一段较长时间的考验。其应用前提是硅砖的质量，特别是残余石英的含量必须得到严格的控制。
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