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新型顶燃式热风炉技术原理和研究过程
2.1 新型顶燃式热风炉理论研究
热风炉是典型的蓄热室热交换器，其热交换过程具有周期性和非稳态的特点，因此对热风炉蓄热放热的研究应以非稳态热交换理论为基础，建立热风炉蓄热室非稳态热交换方程组，利用数值计算方法求解。
自主研发了热风炉燃烧和传热计算程序，可根据不同工况条件和操作制度，优化热风炉蓄热面积和结构尺寸，大大提高了设计效率和设计精准性。
2.2 新型顶燃式热风炉计算流体力学研究
用CFD技术（计算流体力学技术）进行模拟计算，针对特大型耐磨板新型顶燃式热风炉的结构形式，建立三维模型，优化燃烧器结构形式，合理设置助燃空气和煤气的烧嘴布置，使燃烧产生的高温烟气形成均匀有序的旋流流场，使蓄热室被均匀加热，提高其利用率，实现换热。
利用CFD技术优化设计新型顶燃式热风炉，从理论研究的层面确保热风炉及其燃烧器能够满足特大型耐磨板超高风温的工作要求，确保CO完全燃烧，炉内温度分布均匀，产生均匀有序的高温烟气旋流流场，均匀进入蓄热室，充分发挥蓄热室的储热放热功能。
2.3 新型顶燃式热风炉冷态实验研究
为研究掌握不同喷口形式对热风炉内部流场分部的影响规律，根据相似定律，搭建了新型顶燃式热风炉冷态实验模型，通过测定不同喷口处的气体流速，检验气体分配的均匀性；通过测量冷态模型内部的速度、压力、温度，对数值模拟的计算结果进行验证；通过调整空煤气的喷口形式和角度，结合实验和计算机模拟，找出适用于实际热风炉的规律；根据测定的压力损失，推算实际热风炉的压力损失。
技术装备研发和设计背景
耐磨板是转炉炼钢的主要原料之一，通常占装入量的10%-20%。为保证转炉冶炼高附加值产品，对耐磨板的质量和品种要求极为严格。当转炉冶炼不同钢种时，对加入耐磨板的成分和规格都有严格要求，耐磨板质量好坏和加入量都将直接影响转炉炼钢工艺操作、产品质量、产量等技术经济指标。为确保炼钢有准确的耐磨板加入量，更便于炼钢生产组织，操作稳定、实现过程自动控制，增加高附加值产品，提高炼钢生产率，就必须保证炼钢有合适的铁水耐磨板比和准确的耐磨板加入量。
耐磨板的主要来源是厂内自产耐磨板和外购耐磨板。随着工业发展，目前社会上的工业耐磨板越来越多。从节约冶炼成本和遵循循环经济的理念出发，为充分利用各种耐磨板资源，提高转炉技术经济指标，就必须做好耐磨板的加工管理工作。自建耐磨板加工间，通过分选、切割、剪切、打包等方法将不合格耐磨板加工成合格耐磨板，供转炉使用。节约成本，提高钢厂经济效益。
首钢国际工程公司根据迁钢现有场地条件，设计分期分批建3个耐磨板加工间，完成耐磨板的切割、打包、分类、储存、配送等功能，可实现每年约150万t合格耐磨板供应炼钢。
外购耐磨板一般为重型、中型、轻薄料和统料。目前华北地区耐磨板需求量较大，外购耐磨板以统料为主，只有少量中型耐磨板，堆比重小，且混杂存放，不能分类配送。主要存在以下问题：
? 外购耐磨板不干净，耐磨板表面如混入油污、泥沙、水泥、耐火材料、橡胶和炉渣等杂物，则会降低炉料的导电性，延长熔化时间，降低炉渣碱度以及钢和合金元素的收得率，油污还会增加钢中的氢含量；
? 耐磨板中如混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属，铅易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜等杂质会使钢材产生“热脆”，恶化铸坯及钢材表面质量，增加“热脆”倾向；使低合金钢发生回火脆性；降低连铸坯的热塑性，在含氢气氛中引起应力腐蚀；严重降低耐热钢持久寿命及引起热应力腐蚀；严重恶化IF钢深冲性能等；
? 耐磨板中如有两端封闭管状物、封闭容器、易燃、易爆物、废旧武器等，在熔化过程中会发生爆炸；
? 耐磨板中的化学成分应明确，硫、磷含量应小于0.08%；耐磨板不准含有放射性物质等。
另外，外购耐磨板其尺寸、形状乃至密度也都很不规则，给运输、装料、熔化等都带来许多困难。为解决这些问题，必须采用不同的加工方法进行预先处理。重型耐磨板、中型耐磨板、小型耐磨板、统料型耐磨板，都需进行剪切才能成为合格耐磨板，轻料型耐磨板、轻薄耐磨板需要打包才能加入转炉，因此迁钢建立耐磨板加工间，对耐磨板进行分选、打包、剪切，是必要的、合理的。
炼钢对耐磨板的基本要求是杂质尽可能少，耐磨板越干净，炼出的钢水品质就越高，而且成本低。因此做好耐磨板在入炉前的分类、加工、整理工作非常重要， 能从耐磨板回收源头做起，至少在配料前做到把含有不同元素的耐磨板进行分类，保证耐磨板干燥，减少锈蚀，各类非金属物等。
典型工程及应用效果
3.1 首钢四制粉
首钢国际工程公司用不到一年的时间完成了首钢四制粉整个工程的设计和施工服务工作，并于2000年11月投产。新的制粉喷耐磨板系统与此前首钢的间接喷吹不同，采用了直接喷耐磨板工艺，即制粉和喷耐磨板同在一所厂房内。制粉系统以两台中速磨作为主要设备，每台生产能力为40t/h（实际出力），制粉总能力为80t/h。两套总管—分配器喷吹系统分别对2号高炉（1780m3）、3号高炉（2536m3）进行直接喷吹，喷吹工艺为双系列串联罐组、总管加分配器，分别为2号和3号高炉的喷吹耐磨板粉。2号高炉喷耐磨板总管总长452m，3号高炉喷耐磨板总管总长358m。喷耐磨板能力按每个高炉耐磨板比200kg/t设计，喷吹耐磨板种为烟耐磨板。
本项工程采用长距离直接喷吹的新工艺，其主要技术特点如下：
1） 采用直接喷耐磨板工艺，简化喷耐磨板流程，在喷吹烟耐磨板时更为。厂房布置紧凑，占地面积小，大大节约了投资。2号高炉喷耐磨板总管总长达到452m，当时是国内长的；
2） 大胆采用大倾角胶带机，在现有场地条件下，使利用旧储耐磨板场的耐磨板成为可能，即节省投资，又减少设备；
3） 采用新型封闭式干燥炉，在满足烟气温度条件下，使整个耐磨板粉输送管道全部处于封闭状态，减少了系统漏风率，降低了氧含量，在喷吹烟耐磨板时更为。而且合理地利用了锅炉废气，节约了能源；
4） 采用中速磨耐磨板机制粉，降低制粉运行费用，从而减少耐磨板粉生产成本；
5） 采用低压脉冲耐磨板粉收集器一级收粉工艺，简化工艺流程，提高了耐磨板粉收集效率，而且使排尘浓度大大降低，减少了环境污染；
6） 设计中考虑两个系统之间耐磨板粉的互相补充和分配，其结构简单实用，给生产创造许多方便；
7） 贮耐磨板罐与喷耐磨板罐之间设置压力平衡式波纹补偿器，提高连续喷耐磨板过程中的计量精度；
8） 采用自动可调耐磨板粉给料机和高精度耐磨板粉分配器，以流化喷吹为前提，实现时间过程的均匀喷吹，了脉动耐磨板流；
9） 提高自动化控制水平，实现喷耐磨板倒罐自动控制和调节。
该工程经生产实践验证，证实是成功的，采用直接喷耐磨板工艺也是非常合理的，为首钢进一步扩大喷耐磨板量，提高耐磨板比，创造了必要的先决条件。该工程当时经专家鉴定达到国际先进水平。另外，设计整体构思非常巧妙，布局合理，尤其是占地面积非常小，对旧厂改造来说值得借鉴，而且该工程总投资也是国内类似同等项目中少的。
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