熱風爐管道常見的三種破損現象分析

熱風爐是鍊鐵中的重要熱轉換裝置，隨著鍊鐵技術的不斷升高，在實際的生產中，熱風爐風溫的也隨之提高，不少熱風爐熱風管道出現了管殼溫度超高、發紅、變形掉磚、甚至開裂漏風等問題。

熱風管道破損主要集中在熱風出口、管道三岔口和管道波紋補償器區域，這些區域受力情況相對複雜，管道發紅易損，是管道的薄弱環節。造成這些事故的主要原因是熱風管道的特殊工況、設計不合理、耐材問題和施工不到位等。

熱風管道是一組高溫、高壓管道，其承受的風溫為1100~1350℃，風壓為0。3~0。6MPa（表壓）。其工作層耐火磚的平均溫度可達1000~1300℃，管殼正常溫度在80~150℃之間。根據材料的線膨脹係數和使用溫度可估算出每米工作層耐火磚的膨脹量約為6mm，每米管殼的膨脹量約為1。2mm。熱風管道承受如此高的內壓，在管道封頭、不對稱開孔處、管道彎頭處等凡是有阻擋氣流趨勢的地方均會產生盲板力。以2650m3高爐熱風管道為例，熱風壓力為~0。37MPa，熱風支管直徑為1500mm，管殼內徑為2440mm；熱風總管直徑為1800mm，管殼內徑為2740mm；則熱風支管盲板力可達1730kN，熱風總管盲板力可達2180kN。

1、熱風出口區域破損分析

對熱風管道進行熱膨脹分析時，可將熱風爐底部和熱風豎管視為固定點，熱風爐爐體受熱軸向和徑向膨脹，熱風支管與熱風爐處於垂直相連的狀態，則熱風支管上所設波紋補償器需同時吸收支管的軸向膨脹和由於熱風爐爐體受熱對其產生的橫向位移。頂燃式熱風爐熱風出口設定部位有大拱頂下部和燃燒器下部兩種。

（1）如熱風出口設定在大拱頂下部時，由於此部位爐體直徑較大，則徑向膨脹量較大，在支管拉桿受熱膨脹共同作用下，使得熱風爐在送風週期時間內，在熱風壓力的作用下產生一個很大的盲板力矩，該力矩使熱風總管向遠離熱風爐方向移動，造成在爐殼與支管上部交界處出現較大的變形量。外部鋼殼的變形必將擠壓內部的磚襯，由於一般隔熱耐火磚的常溫抗壓強度~3MPa，極易被擠碎，造成串風引起管殼溫度的升高。進而出現變形加劇、管殼溫度不斷升高的惡性迴圈，最終出現熱風出口處管殼發紅、開裂，內襯變形掉磚等問題。

（2）如熱風出口設定在燃燒器下部時，由於此部位爐體直徑較小，徑向膨脹量較小，使得熱風爐在送風週期時間內在熱風壓力的作用下產生的形變數較小，在熱風出口區域所造成的破損要小些。

2、管道三岔口區域破損分析

現熱風管系設計中熱風豎管作為固定點，在熱風總管上設定有跨越所有熱風支管的全長大拉桿，其餘各支架均為滑動支架。理論上假設各支管三岔口處工況是一樣的，則這種設定是可行的。但實際使用過程中，熱風爐的燃燒、送風的相互交替，各支管三岔口處工況、應力變化不盡相同，這將會導致熱風總管上各波紋補償器工作的無序和混亂。熱風總管與支管垂直相連，熱風總管的熱膨脹無序和混亂必將造成個別熱風支管橫向變形過大，磚襯將受擠壓而損壞。

3、管道波紋補償器區域破損分析為吸收管道的熱膨脹量和方便熱風閥的更換，通常都會採用設定波紋補償器來解決。波紋補償器是柔性件，不能承受盲板力，故需設定拉桿來抵禦盲板力。拉桿在巨大盲板力作用下會產生彈性伸長，並在熱輻射作用下會產生熱膨脹。若設計不合理，或未考慮拉桿伸長量的補償，管道襯體留設的膨脹縫將會被拉開串風；同時，如果膨脹縫留設不合理，在實際使用過程中，膨脹縫內填料極易被高速熱風沖刷掉，引起串風，最終導致管殼發紅、開裂，磚襯坍塌。