目 录
1热风炉本体结构设计 ……………………………………………2 1.1炉基的设计……………………………………………………3 1.2炉壳的设计……………………………………………………3 1.3炉墙的设计……………………………………………………4 1.4拱顶的设计……………………………………………………5 1.5蓄热室的设计…………………………………………………6 1.6燃烧室的设计…………………………………………………6 1.7炉箅子与支柱的设计 ……………………………………7 2燃烧器设计…………………………………………………8 2.1金属燃烧器……………………………………………………8 2.2陶瓷燃烧器……………………………………………………8 3格子砖………………………………………………………11 4管道与阀门的设计 …………………………………………16 4.1管道………………………………………………………………16 4.2阀门………………………………………………………………17 5热风炉用耐火材料 ………………………………………………19 5.1硅砖……………………………………………………………19 5.2高铝砖………………………………………………………… 19 5.3粘土砖………………………………………………………… 19 5.4隔热砖………………………………………………………… 19 5.5不定形材料…………………………………………………… 19 6热风炉的热工计算………………………………………………… 23 6.1燃料燃烧计算……………………………………………………23 6.2结构简易计算……………………………………………………28 6.3大墙砖量计算……………………………………………………29 7参考文献………………………………………………………………31
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1 热风炉本体结构设计
热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备。通过提高高炉鼓风温度，
可以增加喷煤量，降低燃料比。热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。冷风被加热并通过热风管道送往高炉。目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。如下使用的是双球形内燃式热风炉。
传统内燃式热风炉及主要组织部分（如图1-1所示[4]）包括燃烧室和蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、炉箅子、支柱等构成。热风炉主要尺寸决定于高炉有效容积、冶炼强度要求的风温。我国设计的热风炉尺寸表1-1[1]。
图1-1 内燃式热风
拱顶构造
主体结构 燃烧室构造图
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表1-1我国设计的热风炉尺寸表
v有效 H 100 250 620 1036 1200 1513 1800 2050 2516 4063 21068 28840 33500 37000 42000 44450 44470 54000 49660 54050 上 D 下 4346 5400 5200 7300 8000 6780 8500 9000 9330 9000 99600 9000 9500 10100 H/D 4.80 5.57 4.80 4.70 4.95 4.93 4.93 5.70 5.57 5.35 1.1炉基的设计
由于整个热风炉重量很大又经常震动，且荷重将随高炉炉容的扩大和风温的提高而增加，故对炉基要求严格。地基的耐压力不小于2.0～2.5kg/cm2，为防止热风炉产生不均匀下沉而是管道变形或撕裂，将三座热风炉基础做成一个整体，高出地面200～400mm，以防水浸基础由A3F或16Mn钢筋和325号水泥浇灌成钢筋混泥土结构。土壤承载力不足时，需打桩加固。
生产实践表明，不均匀下沉未超过允许值时，可将热风炉基础又做成单体分离形式，如武钢、鞍钢两座大型高炉，克节省大量钢材。
1.2炉壳的设计
热风炉的炉壳由8～20mm厚的钢板焊成。对一般部位可取：δ=1.4D（mm）。开孔多的部位可取：δ=1.7D（mm）, δ为钢板厚度（mm），D为炉壳内径（m），钢板厚度主要根据炉壳直径、内压、外壳温度、外部负荷而定。炉壳下部是圆柱体，顶部为半球体。为确保密封炉壳连同封板焊成一个不漏气的整体。由于炉内风压较高，加上炉壳耐火砖的膨胀，使热风炉底部承受到很大的压力，为防止底板向上抬起，热风炉炉壳用地脚螺栓固定在基础上，同时炉底封板与基础之间进行压力灌浆，保证板下密实，也可以把地脚螺栓改成锚固板，并在底封板上灌上混泥土。将炉壳固定使其不变形，或把平底封板加工成蝶形底，使热风炉成为一个手内压的气罐，减弱操作应力的影响。在施工过程中对焊接必须进行X光探伤检验，要求炉壳椭圆度不大于直径的千分之二，整个中心线的倾斜（炉顶中心与炉底中心差）不大于30mm。为了保证炉壳和炉内砌砖的密封性，在砌砖前后要试漏、试压，检查砌砖前试验压力为0.3~1.5kg/cm2,砌砖后工作压力的1.5倍试压，每小时压力降<=1.5%.蓄热室、燃烧室的拱顶和连接管处采用（韧性耐龟裂钢板）含锰、铝的镇静钢。高温区炉壳外侧用0.5mm铝板包覆，铝板与炉壳
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间填充后3mm保温毡，使炉壳温度控制在150~250℃，防止内表面结露，也防止突然降温（暴雨）使炉壳急冷而产生应力。炉壳内表面涂硅氨基甲酸乙醋树脂保护层，防止NOX与炉壳接触。
1.3炉墙的设计
炉墙一般由耐火层、绝热层和隔热层组成。作用是保护炉壳和减少热损失。各层厚度应根据炉壳温度和所用耐火材料的界面温度确定。如图1-2所示。
因炉墙温度自上而下逐渐升高、所以不同高度耐火层和绝热层厚度不同。一般下部区域温度低、荷重大，宜选用较厚耐火砖，减薄的绝热层，所留膨胀缝可小。上部高温区，荷重小，但为了减少热损失，应增加绝热层的厚度，耐火层可较薄。
炉墙通常由345mm耐火砖砌筑，一般风温水平的热风炉和炉壳接触的是65mm后的硅藻土砖绝热层，绝热层和耐火砖之间是60~145mm后的干水渣填料层，用以缓冲膨胀。两层绝热砖之间填以50~90mm后的干水渣或硅藻土或石粉。隔墙上部由于燃烧室位置在热风炉内的一侧，靠格子砖的隔墙为两面加热，而靠热风炉大墙一侧的隔墙为一面加热。因此，前者的温度比后者高，产生的高温蠕变大，而耐火材料不适应高温时，就使燃烧室向格子砖方向倾斜，并进而使上部格砖严重错孔。图1-2[1]。
b -多用于蓄热室侧 a -多用与燃烧室侧
图1-2 炉墙的组成
1.4拱顶的设计
拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构,它长期处于高温状态工作，应选用
优质的内火材料，并保证砌体结构的稳定性，燃烧时高温烟气流均匀地进入蓄热室。内燃式热风炉拱顶有半球形，锥型，抛物线形和悬链形，目前国内传统内燃式热风炉一般多采用半球形。它可使炉壳免受侧向推力，拱顶荷重通过拱脚正压在墙上，以保持结构稳定性。应加强热风炉上部与拱顶的绝热保护，鉴于拱顶支在大墙上，大墙受热膨胀，受压易于破坏，故将拱顶与大墙分开，支在环形梁上，
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使拱顶砌成独立的支撑结构。采用抛物线形拱顶和悬链形拱顶稳定性较好，悬链形拱顶的气流也较均匀，但结构较复杂。下为拱顶结构图图1-3[2]。
1-3拱顶结构
在拱顶内衬的内火砖材质，决定拱顶温度水平，为了减少结构质量和提高
拱顶的稳定性，应尽量缩小拱顶的直径，并适当减薄砌体的厚度。拱顶砌体厚度减薄后，其内外温度差降低，热应力减少，可相当延长拱顶寿命。中型热风炉砖厚以300~500mm为宜，大型高炉热风炉砖厚以350~400mm为宜。但是砖型过多制造麻烦，过少则施工困难。国内部颁标准以有了3组9种拱顶定型砖适用于砌筑内部半径为2100~3900mm的半球形拱顶。拱顶的下部第一层砖为拱脚砖。常用钢圈加固，使炉壳少受水平力作用。在拱顶的正中为特制的炉顶盖砖，上有安装测拱顶温度的电热偶孔。为了提高热效率，减少热损失好保护炉壳，拱顶的隔热是十分重要的。高风温热风炉拱顶隔热砖的厚度为400~500mm,一般由2~3层隔热砖组成。拱顶耐火衬材质与炉顶温度的关系由表1-2[1]。
表1-2 热风炉拱顶耐火衬材质与炉顶温度的关系
材质 粘土砖 高铝砖 硅砖 标号 RN-38 RL-48 L2-65 DG-95 炉顶温度 1250 1350 1450 1550
1.5蓄热室的设计
蓄热室是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。砖的表面就是
蓄热室的加热面，格子砖块作为贮热介质，所以蓄热室的工作既要传热快又要贮
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