2024年5月31日发(作者:笃石)
2012年第4l卷第1期
VO1.41 NO.1 2O1 2
童加熟
INDUSTRIAL HEATING
21
DOI:10.3969 ̄.issn.1002—1639.2012.01.007
3 200 m3高炉热风炉系统设计中采用的新技术
程 琳,刘新斌
(中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆401122)
摘要:介绍了3 200m 高炉的高风温长寿命内燃式热风炉设计所采用的新技术,如各部位耐材的选择、薄弱易损部位、高效燃烧器、
管道系统等。生产实践表明,该热风炉达到了设计的预期目标,生产稳定正常,热风温度基本稳定在1 220℃。
关键词:3 200m 高炉;热风炉;高风温;长炉龄技术
中图分类号:TF544 文献标志码:A 文章编号:1002—1639(2011)06-0021-03
New Technologies for Hot Stove of 3 200 m Blast Furnace
CHENG Lin,LIU Xin-bin
(MCC—CISDI Engineering Co.Ltd.,Chongqing 401122,China)
Abstract:Elaborated the new technologies ofinternal combustion hot stove(for 3 200 m BF)on its high blast temperature and long campaign
life.Illustration was focused on he tselection ofrefi'actory on various parts,vulnerable and wearing part design,high eficiency fburner design
as well as piping system engineering.Practice proved hits hot stove achieved target with its stable operation under I 22O℃hot blast temperature.
Keywords:3200m3blastfurnace;hot stove;highhotblasttemperature;long campaigntechnology
热风炉是炼铁厂高炉的主要配套设备之一,一般1座
高炉配置3~4座热风炉,其作用是为高炉冶炼持续不
断地提供高温热风。根据综合经验数据,每提高风温100℃,
相当于提高风口前理论燃烧温度80℃,由此可以提高每吨
喷煤量20~30 l(g,降低焦比约2.5%,提高产量约2.5%…。
因此,热风炉持续稳定地提供1 200℃以上的高风温,是
现代大型高炉的重要技术特征。目前国内外热风炉的先
进水平指标是:风温达到1 250℃,寿命达到25~3O年,
这是我国高风温长寿命热风炉力争实现的目标。
为响应国家节能减排的号召,某公司新建了8号高
炉(以下简称:3 200m 高炉),设计始于2007年,其高
收稿日期:2011-09-28;修回日期:2011-10—26
作者简介:程琳(1974一),女,高级工程师,主要从事高炉热风
炉相关的设计和管理工作.
炉炉容为3 200 m ,并设置了4座高风温长寿型的内燃式
热风炉,年产生铁275万t,设计利用系数2.22 t/(m ・
d),工艺技术装备水平达到国内同类型高炉的先进水平。
2008年2月开始施工,2009年7月热风炉烘炉,2009年
l0月高炉投产,投产后很快达产并通过验收,投产以来,
高炉各系统运行稳定正常,热风炉送风温度可达到年均1
220℃。本文着重对热风炉设计特点及所采用的新技术进
行介绍。
l热风炉设计特点
3 200 m 高炉设计配置了4座高温长炉龄内燃式热风
炉。其设计最高风温为1250℃,最高拱顶温度为1400℃,
高温区采用硅砖。采用定风量交错并联的送风制度,设
置烟气余热回收装置预热助燃空气及煤气。热风炉系统
(2)变压器联结组别为Ydll时,未开路两相间变压
负序电压:
U|-÷(‰+a2 + )=
(31)
则电压不 寸称度EU为
器线圈的电流是另外两相的两倍,原、副边线电流不对应。
(3)变压器连接组别为Ddo时,原、副边电流成正比
关系,但电流不平衡度比Ydl1时大一倍。
(4)有多位同事在电炉调试工作中遇到这种问题,笔
£U
UI_
£U=
=一
一
gm (32)
(32 J
者就此问题做出如上计算进行了回答,且该结果在多台电
弧炉和钢包精炼炉的运行及单相电极断弧路试验中得到了
=
I_ Zm I (33)
验证。
[1】花
变压器一次侧电流与短网回路电流成正比,但三项
电流不平衡度是150%。
参考文献:
皑,梁正敏.炼钢电弧炉的电气设备[M].北京:机械
工业出版社,1987:78-96.
3结论
(1)随着变压器接法的不同,电流不平衡度也不同
22 案加
2012年第41卷第1期
Vo1.4l NO.1 2O12
lNDUSTRIAL HEATING
自动控制包括其燃烧控制、送风温度控制和换炉控制等。
1.1热风炉主要设计参数
热风炉主要设计参数见表1。
表1热风炉设计参数
参数名称/单位
送风量(包括富氧)/m ・min
送风压力/kPa
拱顶温度/℃
参数
送风温度(围管处)/℃
废气温度/℃
助燃空气预热温度/℃
0 1O 20 30
位置/m
高炉煤气预热温度/℃
送风周期时间/arin
燃烧周期时间/arin
燃料组成
燃烧末期格砖温度
送风初期各层鼓风温
~一一~~一一印如m m栅 枷 m 印乳,
高炉煤气十焦炉煤气
4们 效 ..
燃烧初期格砖温度
送风末期各层鼓风温度
琴
热风炉座数/座
蓄热室断面积/m
燃烧室断面积,m
格子砖型式
格子砖加热面积,m ・m
\越赠
4 3 21 O 9 8 7 6 5 4 3 21
芎 g导 荨g!。o。 寸
叠舀
格砖高度/m
器暑罟
图1 热风炉蓄热室温度分布曲线
一盘 一一一一一一一一一一一u0 .是 c£
2.1.1热风炉本体耐材
热风炉本体高温区域的耐材,一般采用高铝砖或者
硅砖。硅砖与高铝砖相比,其主要优点是:高温性能优
于高铝砖,特别是其800℃以上的“零”膨胀特性,对
热风炉砌体稳定性的影响降到了最低,抗化学侵蚀性好,
热导率大,而且硅砖比高铝砖便宜,能够降低热风炉的整
体投资。硅砖的主要缺点是:热震稳定性差,要求烘炉和
凉炉的时间相对较长,生产维护要求较高。近年来,国内
越来越多的生产厂掌握了使用硅砖的方法,因此,大多数
的热风炉都在墙体高温部位采用了硅砖,而拱顶部位由于
对稳定性要求较高,大直径拱顶采用硅砖的热风炉较少。
单位炉容加热面积/m -m
单位风量加热面积,m ・(m3・min )
单位风量格砖质量,t・(m3-min )一
2热风炉设计中采用的新技术
内燃式热风炉设计中采用的新技术主要是围绕其高
温和长炉龄方面,根据其燃烧特点重点关注:炉内各部
位耐材的合理选择,薄弱易损部位的结构设计,高效陶
瓷燃烧器的设计,管系的设计,热风炉炉壳的设计。
3 200 m’高炉热风炉采用偏心圆弧形拱顶结构,“馒
头形”燃烧室,复合式墙体结构,栅格式陶瓷燃烧器,薄
弱易损的孔口部位采用组合砖,热风管系设置合理的波
纹膨胀节并配置与之相适应的管道砌砖,热风炉内衬选
用合理的耐材,炉壳采用合理的板材。
根据硅砖的高温特性和抗渣化性,设计不仅在墙体
和格砖的高温部位广泛采用硅砖,而且在拱顶部位也全
部采用了硅砖。拱顶硅砖砖衬设计成偏心圆弧形,其结
构稳定,并与大墙砖完全脱开,荷重由炉壳承受,成为
独立的稳定结构。为进一步加强硅砖砌体的稳定性,并
2.1热风炉各部位耐材的选择
为满足热风炉高风温长炉龄的要求,防止热风炉在
炉役期间长期高温或高荷载工作条件下,砌体出现变形、
下陷、扭曲等不良现象,设计采用热风炉仿真模型进行
详细、全面的比较计算,并根据计算的热风炉各部位温
度条件和受力状况,结合实践经验,选用不同性能的耐
火材料并设计相应的砌体结构。
采用热风炉仿真模型计算得出的热风炉蓄热室温度
分布曲线见图1。该温度分布曲线反映的是在气流分布均
匀的情况下,格子砖高度方向的温度变化,是砌体结构
设计和选用耐材的重要依据之一。
有效吸收硅砖的热膨胀,拱顶硅砖设计子母扣,并在环
向和砖层之间设计合理的膨胀缝。热风炉大墙与拱顶硅
砖砌体之间采用退台式迷宫密封结构,受热时砌体之间
可以自由膨胀和滑动,并且保证拱脚部位不会窜风。
在隔墙砌体中设置高性能的聚轻莫来石隔热砖及隔
热毯,以降低隔墙两侧的温度梯度,并在隔墙冷面设置
特殊结构的耐热不锈钢板,提高隔墙结构的稳定性及气
密性,防止气流穿透隔墙。
热风炉本体其他部位采用高挡、中挡低蠕变高铝砖
(这两种砖对碱金属氧化物含量有严格的要求),高挡、中
挡低蠕变黏土砖,陶瓷燃烧器上部采用热膨胀系数小,热
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案 熟 23
INDUSTRIAL HEATING
震稳定性好的堇青石砖,下部采用防水性好的致密黏土砖。
热风炉炉壳与各部位耐火材料之间的隔热层,根据
使用条件的不同,选用了与其相适应的聚轻莫来石隔热
在下部的空煤气通道中,设计迷宫形式砖型来增加燃
烧器隔墙的气密性,并适当增加隔墙的厚度,以加强整个
燃烧器的稳定性。上部空煤气栅格部分,设计特殊型式的
砖、高铝质隔热砖、黏土质隔热砖以及陶瓷纤维等隔热
材料,加强了砌体隔热性能。
2.1.2热风炉管道耐材
砖型来进一步加强燃烧器的稳定陛,并增强气流分配的均
匀性。帽口部位的特殊砖型,使空煤气以细流交叉提前充
分混合,因此,火焰短,燃烧稳定,空气消耗过剩量小,
燃烧能力大。
燃烧器采用异型耐火砖砌筑,在制造厂进行预砌加工并
编号,包装时按照编号分类进行,现场砌筑时仅需‘对号入
座”即可,大大的方便了现场施工,并保证了砌筑质量。
红柱石砖具有抗蠕变能力强、高温强度较高且随温
度升高而下降较小的特点,还具有高温体积稳定性和热
震稳定性好、抗化学侵蚀能力强的特点,因此,热风支
管采用红柱石砖砌筑。相邻2环砖错缝砌筑,每环砖内
设置子母扣。设计特殊形式的封顶砖,以提高砌体的耐
压性和密封性。在热风阀和热风支管波纹膨胀节处,设
计特殊形式的挡砖板,相应配合设计特殊形式的迷宫砖,
以实现更换热风阀时,内衬跟随波纹膨胀节位移动,热
风阀更换后,支管砌体复位,仍然保持原有的气密性。红
柱石砖衬外配合砌筑高铝质隔热砖和黏土质隔热砖。
热风主管和围管采用复合莫来石砖、高铝质隔热砖
和黏土质隔热砖砌筑,管壳内表面喷涂一层黏土质喷涂
料,砖衬与喷涂料之间充填纤维毯或纤维板。
烟道主支管内不砌砖,管壳内表面喷涂一层不定型
耐材。
2.2薄弱易损部位的结构设计
由于热风炉砌体随燃烧期和送风期交替涨落,再加
上温度和质量载荷的长期作用,各孔口的工作条件十分
恶劣。实践表明,热风炉各孔口砌体的稳定性也是制约
热风炉整体寿命的重要环节。因此,孔口部位设计组合
砖,并对组合砖的分块、单砖尺寸、质量、子母扣的形
式等进行了严格控制。关键孔口的封顶砖形式也进行了
专门的砖型设计,以提高孔口砌体的耐压性和密封性。
2.3高效陶瓷燃烧器的设计
燃烧器的燃烧质量,直接影响热风炉的风温和墙体
寿命。由于能够提供充足的焦炉煤气供热风炉燃烧,并
且设置了焦炉煤气加压机,保证混合煤气的压力稳定在
1 1 kPa左右,因此,设计采用栅格式陶瓷燃烧器为热风
炉的供热设备。栅格式陶瓷燃烧器简图见图2。
\
煤气通道 空气通道
空气煤气入
排水槽
图2栅格式陶瓷燃烧器简图
在燃烧器混合煤气通道的底部设置排水槽和排水管,
有效地保护了燃烧器底部的砌体。
2.4热风炉管道系统
通过对整个管道系统完整的受力分析计算,经济、合
理地配置了波纹膨胀节和管系中的固定支架、滑动支架,
既吸收了管道热膨胀,又便于阀门的安装、检修,使热
风炉管路系统设计合理,安全可靠,满足热风炉高风温
长寿命的要求。设计在4个热风支管上各设置1个复式
波纹管和2个滑动支座;热风主管段采用全程拉杆形式,
其间共设置4个固定支座、16个滑动支座,1个复式波
纹管和5个单式波纹管,完全吸收了拉杆伸长对热风支
管和主管的影响。
热风主管直接接人热风围管,中间没有转折和高度
差,整个热风管系的设计既简洁又经济,并方便施工管
理,施工质量易于得到保证。
2.5热风炉炉壳设计
热风炉炉壳全部采用圆弧过渡,没有折点,拱顶与
直段相切,有效改善了炉壳受力情况。拱顶采用了耐腐
蚀、抗脆断性能的WSM41C钢板,炉身部分采用了综合
力学性能好,塑性和焊接性能良好的Q345C钢板,孑L口
部位钢板适当加厚。
2.6热均压工作制
热均压工作制是利用送风结束热风炉内的余压热风,
向燃烧转送风的热风炉进行充压的工作方式。该方式只
能在交错并联送风的方式下采用,有热均压交错并联送
风时,先行炉与后行炉同时进行工作状态的转换操作。采
用热均压工作制,可以减少换炉时因充压对冷风和热风
压力带来的影响,但是换炉时间相对增长。热风炉进行
热均压工作时的流程图见图3。
冷风
烟道
充压
排压
图3热均压工作时的流程图
24
童扣熟
2012年第41卷第1期
VO1.4l NO.1 20l2
INDUSTRIAL HEATING
DOI"10.3969/j.issn.1002—1639.2012.O1。008
电磁感应加热电源的研制
刘彦忠,张奕黄,韩广朋,李泽源
(北京交通大学 电气工程学院,北京 1 00044)
摘要:提出了一种新颖的具有负载谐振频率跟踪的感应加热电源的结构;针对加热铁心的温度升高对谐振参数造成的影响,引入了
谐振频率跟踪控制,使变换器工作于谐振频率处,减小了开关损耗,并且保证了最大的功率的输出,频率跟踪电路具有简单、可靠、
成本低、工程应用价值高的优点。
关键词:感应加热;串联谐振;频率跟踪
中图分类号:TF806.5 文献标志码:A 文章编号:1002—1639(2012)01-0024—04
Study of Electromagnetic Induction Heating Power Supp ̄
LIU Yah-zhong,ZHANG Yi-huang,HAN Guang—peng,LI Ze・yuan
(School ofElectrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
Abstract:Proposed a new structure ofthe induction heating power supply having the load resonant frequency-tracking.Aiming at he great t
vadation ofresonant parameters wih tthe elements at high temperature,the resonant frequency・tracking control was introduced,making the
convener work on the point of resonant frequency,reduce the losses of switches,and also ensure the maximum power output.Frequency—
tracing circuit have he advanttages of simple to realize,excellent reliability,low cost and good engineering application value.
Key words:induction heating;series resonance;frequency—rackitng
电磁感应加热技术是一种新型的加热技术,它根据
电磁感应原理,是利用工件中涡流产生的热量来进行加
随谐振频率的变化而变化,保证了感应加热电源的最大
功率输出,并且减少了开关管的损耗…。
热的,和传统的加热方式相比,它加热效率高、速度快、
可靠性高,易于实现高温和局部的加热,并且在工业加
热领域已经得到了广泛的应用。但感应加热电源在运行
过程中,由于负载温度的变化和炉料熔化等因素的影响,
会造成负载的等效参数发生变化,从而引起负载固有谐
1主电路介绍
1.1 串联谐振半桥变换器
电磁感应加热主电路结构如图l所示为串联谐振式
半波逆变电路。主电路中采用不可控三相整流桥进行整
流,其整流输出的直流电压中含有较大的脉动成分,不
能直接将其应用于电子电路中,而要经过滤波电路滤除
振频率发生变化,使加热电源功率因数降低,有功功率
输出减少,开关损耗增大。为了使逆变器始终工作在功
率因数接近于1的准谐振状态。设计一种电路简单、经
纹波,主电路中采用电感器滤波和电解电容滤波相结合
的方式,电感器滤波保证了电流连续,电解电容滤波可
使电压恒定l2J。
电源的逆变部分采用电压型单相半桥逆变电路。功
济适用的负载谐振频率跟踪电路,使IGBT的开关频率跟
收稿日期:2011-09—02;修回日期:2011-09—22
作者简介:刘彦忠(1987一),男,在读硕士研究生,研究方向为电
力电子与电力传动.
率开关期间通常在高频加热电源中使用的是场效应晶体
管MOSFET及绝缘栅双极性晶体管IGBT,其工作状态
设计、耐火材料选择等方面保证了提供高风温的能力。在 由于本次设计采用4座热风炉,因此,送风工作制中
设计了热均压工作制的程序联动,并在PLC中设置有“热
均压怃热均压'’选择,可供操作者根据隋况进行操作选择。
2.7逆送风系统
设置逆送风管道系统,从助燃空气主管接出1根
DN400的管道至混风管,以便实现高炉检修、对热风炉
本体耐材进行保温时冷却炉箅子的操作方式。
生产中,有效强化其燃烧能力、提高热流强度、缩短送风
时间、发挥助燃空气和煤气预热器的作用、回收废气余
热、提高总热效率、加强操作技术管理等,这些都是确保
热风炉高风温长炉龄的有效手段。因此,生产实践表明,
韶钢3 200 m 高炉热风炉生产达到了设计的预期目标,运
行稳定正常,热风温度基本稳定在1 220℃。
参考文献:
…I周传典.高炉炼铁生产技术手册[M】.北京:冶金工业出版
社,2005:817・821.
3结语
3 200 m0高炉热风炉,通过新技术的运用,耐材和设
备制造、施工质量的保证,从热风炉型式的选择、结构
2024年5月31日发(作者:笃石)
2012年第4l卷第1期
VO1.41 NO.1 2O1 2
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21
DOI:10.3969 ̄.issn.1002—1639.2012.01.007
3 200 m3高炉热风炉系统设计中采用的新技术
程 琳,刘新斌
(中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆401122)
摘要:介绍了3 200m 高炉的高风温长寿命内燃式热风炉设计所采用的新技术,如各部位耐材的选择、薄弱易损部位、高效燃烧器、
管道系统等。生产实践表明,该热风炉达到了设计的预期目标,生产稳定正常,热风温度基本稳定在1 220℃。
关键词:3 200m 高炉;热风炉;高风温;长炉龄技术
中图分类号:TF544 文献标志码:A 文章编号:1002—1639(2011)06-0021-03
New Technologies for Hot Stove of 3 200 m Blast Furnace
CHENG Lin,LIU Xin-bin
(MCC—CISDI Engineering Co.Ltd.,Chongqing 401122,China)
Abstract:Elaborated the new technologies ofinternal combustion hot stove(for 3 200 m BF)on its high blast temperature and long campaign
life.Illustration was focused on he tselection ofrefi'actory on various parts,vulnerable and wearing part design,high eficiency fburner design
as well as piping system engineering.Practice proved hits hot stove achieved target with its stable operation under I 22O℃hot blast temperature.
Keywords:3200m3blastfurnace;hot stove;highhotblasttemperature;long campaigntechnology
热风炉是炼铁厂高炉的主要配套设备之一,一般1座
高炉配置3~4座热风炉,其作用是为高炉冶炼持续不
断地提供高温热风。根据综合经验数据,每提高风温100℃,
相当于提高风口前理论燃烧温度80℃,由此可以提高每吨
喷煤量20~30 l(g,降低焦比约2.5%,提高产量约2.5%…。
因此,热风炉持续稳定地提供1 200℃以上的高风温,是
现代大型高炉的重要技术特征。目前国内外热风炉的先
进水平指标是:风温达到1 250℃,寿命达到25~3O年,
这是我国高风温长寿命热风炉力争实现的目标。
为响应国家节能减排的号召,某公司新建了8号高
炉(以下简称:3 200m 高炉),设计始于2007年,其高
收稿日期:2011-09-28;修回日期:2011-10—26
作者简介:程琳(1974一),女,高级工程师,主要从事高炉热风
炉相关的设计和管理工作.
炉炉容为3 200 m ,并设置了4座高风温长寿型的内燃式
热风炉,年产生铁275万t,设计利用系数2.22 t/(m ・
d),工艺技术装备水平达到国内同类型高炉的先进水平。
2008年2月开始施工,2009年7月热风炉烘炉,2009年
l0月高炉投产,投产后很快达产并通过验收,投产以来,
高炉各系统运行稳定正常,热风炉送风温度可达到年均1
220℃。本文着重对热风炉设计特点及所采用的新技术进
行介绍。
l热风炉设计特点
3 200 m 高炉设计配置了4座高温长炉龄内燃式热风
炉。其设计最高风温为1250℃,最高拱顶温度为1400℃,
高温区采用硅砖。采用定风量交错并联的送风制度,设
置烟气余热回收装置预热助燃空气及煤气。热风炉系统
(2)变压器联结组别为Ydll时,未开路两相间变压
负序电压:
U|-÷(‰+a2 + )=
(31)
则电压不 寸称度EU为
器线圈的电流是另外两相的两倍,原、副边线电流不对应。
(3)变压器连接组别为Ddo时,原、副边电流成正比
关系,但电流不平衡度比Ydl1时大一倍。
(4)有多位同事在电炉调试工作中遇到这种问题,笔
£U
UI_
£U=
=一
一
gm (32)
(32 J
者就此问题做出如上计算进行了回答,且该结果在多台电
弧炉和钢包精炼炉的运行及单相电极断弧路试验中得到了
=
I_ Zm I (33)
验证。
[1】花
变压器一次侧电流与短网回路电流成正比,但三项
电流不平衡度是150%。
参考文献:
皑,梁正敏.炼钢电弧炉的电气设备[M].北京:机械
工业出版社,1987:78-96.
3结论
(1)随着变压器接法的不同,电流不平衡度也不同
22 案加
2012年第41卷第1期
Vo1.4l NO.1 2O12
lNDUSTRIAL HEATING
自动控制包括其燃烧控制、送风温度控制和换炉控制等。
1.1热风炉主要设计参数
热风炉主要设计参数见表1。
表1热风炉设计参数
参数名称/单位
送风量(包括富氧)/m ・min
送风压力/kPa
拱顶温度/℃
参数
送风温度(围管处)/℃
废气温度/℃
助燃空气预热温度/℃
0 1O 20 30
位置/m
高炉煤气预热温度/℃
送风周期时间/arin
燃烧周期时间/arin
燃料组成
燃烧末期格砖温度
送风初期各层鼓风温
~一一~~一一印如m m栅 枷 m 印乳,
高炉煤气十焦炉煤气
4们 效 ..
燃烧初期格砖温度
送风末期各层鼓风温度
琴
热风炉座数/座
蓄热室断面积/m
燃烧室断面积,m
格子砖型式
格子砖加热面积,m ・m
\越赠
4 3 21 O 9 8 7 6 5 4 3 21
芎 g导 荨g!。o。 寸
叠舀
格砖高度/m
器暑罟
图1 热风炉蓄热室温度分布曲线
一盘 一一一一一一一一一一一u0 .是 c£
2.1.1热风炉本体耐材
热风炉本体高温区域的耐材,一般采用高铝砖或者
硅砖。硅砖与高铝砖相比,其主要优点是:高温性能优
于高铝砖,特别是其800℃以上的“零”膨胀特性,对
热风炉砌体稳定性的影响降到了最低,抗化学侵蚀性好,
热导率大,而且硅砖比高铝砖便宜,能够降低热风炉的整
体投资。硅砖的主要缺点是:热震稳定性差,要求烘炉和
凉炉的时间相对较长,生产维护要求较高。近年来,国内
越来越多的生产厂掌握了使用硅砖的方法,因此,大多数
的热风炉都在墙体高温部位采用了硅砖,而拱顶部位由于
对稳定性要求较高,大直径拱顶采用硅砖的热风炉较少。
单位炉容加热面积/m -m
单位风量加热面积,m ・(m3・min )
单位风量格砖质量,t・(m3-min )一
2热风炉设计中采用的新技术
内燃式热风炉设计中采用的新技术主要是围绕其高
温和长炉龄方面,根据其燃烧特点重点关注:炉内各部
位耐材的合理选择,薄弱易损部位的结构设计,高效陶
瓷燃烧器的设计,管系的设计,热风炉炉壳的设计。
3 200 m’高炉热风炉采用偏心圆弧形拱顶结构,“馒
头形”燃烧室,复合式墙体结构,栅格式陶瓷燃烧器,薄
弱易损的孔口部位采用组合砖,热风管系设置合理的波
纹膨胀节并配置与之相适应的管道砌砖,热风炉内衬选
用合理的耐材,炉壳采用合理的板材。
根据硅砖的高温特性和抗渣化性,设计不仅在墙体
和格砖的高温部位广泛采用硅砖,而且在拱顶部位也全
部采用了硅砖。拱顶硅砖砖衬设计成偏心圆弧形,其结
构稳定,并与大墙砖完全脱开,荷重由炉壳承受,成为
独立的稳定结构。为进一步加强硅砖砌体的稳定性,并
2.1热风炉各部位耐材的选择
为满足热风炉高风温长炉龄的要求,防止热风炉在
炉役期间长期高温或高荷载工作条件下,砌体出现变形、
下陷、扭曲等不良现象,设计采用热风炉仿真模型进行
详细、全面的比较计算,并根据计算的热风炉各部位温
度条件和受力状况,结合实践经验,选用不同性能的耐
火材料并设计相应的砌体结构。
采用热风炉仿真模型计算得出的热风炉蓄热室温度
分布曲线见图1。该温度分布曲线反映的是在气流分布均
匀的情况下,格子砖高度方向的温度变化,是砌体结构
设计和选用耐材的重要依据之一。
有效吸收硅砖的热膨胀,拱顶硅砖设计子母扣,并在环
向和砖层之间设计合理的膨胀缝。热风炉大墙与拱顶硅
砖砌体之间采用退台式迷宫密封结构,受热时砌体之间
可以自由膨胀和滑动,并且保证拱脚部位不会窜风。
在隔墙砌体中设置高性能的聚轻莫来石隔热砖及隔
热毯,以降低隔墙两侧的温度梯度,并在隔墙冷面设置
特殊结构的耐热不锈钢板,提高隔墙结构的稳定性及气
密性,防止气流穿透隔墙。
热风炉本体其他部位采用高挡、中挡低蠕变高铝砖
(这两种砖对碱金属氧化物含量有严格的要求),高挡、中
挡低蠕变黏土砖,陶瓷燃烧器上部采用热膨胀系数小,热
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Vo1.41 NO.1 2O12
案 熟 23
INDUSTRIAL HEATING
震稳定性好的堇青石砖,下部采用防水性好的致密黏土砖。
热风炉炉壳与各部位耐火材料之间的隔热层,根据
使用条件的不同,选用了与其相适应的聚轻莫来石隔热
在下部的空煤气通道中,设计迷宫形式砖型来增加燃
烧器隔墙的气密性,并适当增加隔墙的厚度,以加强整个
燃烧器的稳定性。上部空煤气栅格部分,设计特殊型式的
砖、高铝质隔热砖、黏土质隔热砖以及陶瓷纤维等隔热
材料,加强了砌体隔热性能。
2.1.2热风炉管道耐材
砖型来进一步加强燃烧器的稳定陛,并增强气流分配的均
匀性。帽口部位的特殊砖型,使空煤气以细流交叉提前充
分混合,因此,火焰短,燃烧稳定,空气消耗过剩量小,
燃烧能力大。
燃烧器采用异型耐火砖砌筑,在制造厂进行预砌加工并
编号,包装时按照编号分类进行,现场砌筑时仅需‘对号入
座”即可,大大的方便了现场施工,并保证了砌筑质量。
红柱石砖具有抗蠕变能力强、高温强度较高且随温
度升高而下降较小的特点,还具有高温体积稳定性和热
震稳定性好、抗化学侵蚀能力强的特点,因此,热风支
管采用红柱石砖砌筑。相邻2环砖错缝砌筑,每环砖内
设置子母扣。设计特殊形式的封顶砖,以提高砌体的耐
压性和密封性。在热风阀和热风支管波纹膨胀节处,设
计特殊形式的挡砖板,相应配合设计特殊形式的迷宫砖,
以实现更换热风阀时,内衬跟随波纹膨胀节位移动,热
风阀更换后,支管砌体复位,仍然保持原有的气密性。红
柱石砖衬外配合砌筑高铝质隔热砖和黏土质隔热砖。
热风主管和围管采用复合莫来石砖、高铝质隔热砖
和黏土质隔热砖砌筑,管壳内表面喷涂一层黏土质喷涂
料,砖衬与喷涂料之间充填纤维毯或纤维板。
烟道主支管内不砌砖,管壳内表面喷涂一层不定型
耐材。
2.2薄弱易损部位的结构设计
由于热风炉砌体随燃烧期和送风期交替涨落,再加
上温度和质量载荷的长期作用,各孔口的工作条件十分
恶劣。实践表明,热风炉各孔口砌体的稳定性也是制约
热风炉整体寿命的重要环节。因此,孔口部位设计组合
砖,并对组合砖的分块、单砖尺寸、质量、子母扣的形
式等进行了严格控制。关键孔口的封顶砖形式也进行了
专门的砖型设计,以提高孔口砌体的耐压性和密封性。
2.3高效陶瓷燃烧器的设计
燃烧器的燃烧质量,直接影响热风炉的风温和墙体
寿命。由于能够提供充足的焦炉煤气供热风炉燃烧,并
且设置了焦炉煤气加压机,保证混合煤气的压力稳定在
1 1 kPa左右,因此,设计采用栅格式陶瓷燃烧器为热风
炉的供热设备。栅格式陶瓷燃烧器简图见图2。
\
煤气通道 空气通道
空气煤气入
排水槽
图2栅格式陶瓷燃烧器简图
在燃烧器混合煤气通道的底部设置排水槽和排水管,
有效地保护了燃烧器底部的砌体。
2.4热风炉管道系统
通过对整个管道系统完整的受力分析计算,经济、合
理地配置了波纹膨胀节和管系中的固定支架、滑动支架,
既吸收了管道热膨胀,又便于阀门的安装、检修,使热
风炉管路系统设计合理,安全可靠,满足热风炉高风温
长寿命的要求。设计在4个热风支管上各设置1个复式
波纹管和2个滑动支座;热风主管段采用全程拉杆形式,
其间共设置4个固定支座、16个滑动支座,1个复式波
纹管和5个单式波纹管,完全吸收了拉杆伸长对热风支
管和主管的影响。
热风主管直接接人热风围管,中间没有转折和高度
差,整个热风管系的设计既简洁又经济,并方便施工管
理,施工质量易于得到保证。
2.5热风炉炉壳设计
热风炉炉壳全部采用圆弧过渡,没有折点,拱顶与
直段相切,有效改善了炉壳受力情况。拱顶采用了耐腐
蚀、抗脆断性能的WSM41C钢板,炉身部分采用了综合
力学性能好,塑性和焊接性能良好的Q345C钢板,孑L口
部位钢板适当加厚。
2.6热均压工作制
热均压工作制是利用送风结束热风炉内的余压热风,
向燃烧转送风的热风炉进行充压的工作方式。该方式只
能在交错并联送风的方式下采用,有热均压交错并联送
风时,先行炉与后行炉同时进行工作状态的转换操作。采
用热均压工作制,可以减少换炉时因充压对冷风和热风
压力带来的影响,但是换炉时间相对增长。热风炉进行
热均压工作时的流程图见图3。
冷风
烟道
充压
排压
图3热均压工作时的流程图
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童扣熟
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INDUSTRIAL HEATING
DOI"10.3969/j.issn.1002—1639.2012.O1。008
电磁感应加热电源的研制
刘彦忠,张奕黄,韩广朋,李泽源
(北京交通大学 电气工程学院,北京 1 00044)
摘要:提出了一种新颖的具有负载谐振频率跟踪的感应加热电源的结构;针对加热铁心的温度升高对谐振参数造成的影响,引入了
谐振频率跟踪控制,使变换器工作于谐振频率处,减小了开关损耗,并且保证了最大的功率的输出,频率跟踪电路具有简单、可靠、
成本低、工程应用价值高的优点。
关键词:感应加热;串联谐振;频率跟踪
中图分类号:TF806.5 文献标志码:A 文章编号:1002—1639(2012)01-0024—04
Study of Electromagnetic Induction Heating Power Supp ̄
LIU Yah-zhong,ZHANG Yi-huang,HAN Guang—peng,LI Ze・yuan
(School ofElectrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
Abstract:Proposed a new structure ofthe induction heating power supply having the load resonant frequency-tracking.Aiming at he great t
vadation ofresonant parameters wih tthe elements at high temperature,the resonant frequency・tracking control was introduced,making the
convener work on the point of resonant frequency,reduce the losses of switches,and also ensure the maximum power output.Frequency—
tracing circuit have he advanttages of simple to realize,excellent reliability,low cost and good engineering application value.
Key words:induction heating;series resonance;frequency—rackitng
电磁感应加热技术是一种新型的加热技术,它根据
电磁感应原理,是利用工件中涡流产生的热量来进行加
随谐振频率的变化而变化,保证了感应加热电源的最大
功率输出,并且减少了开关管的损耗…。
热的,和传统的加热方式相比,它加热效率高、速度快、
可靠性高,易于实现高温和局部的加热,并且在工业加
热领域已经得到了广泛的应用。但感应加热电源在运行
过程中,由于负载温度的变化和炉料熔化等因素的影响,
会造成负载的等效参数发生变化,从而引起负载固有谐
1主电路介绍
1.1 串联谐振半桥变换器
电磁感应加热主电路结构如图l所示为串联谐振式
半波逆变电路。主电路中采用不可控三相整流桥进行整
流,其整流输出的直流电压中含有较大的脉动成分,不
能直接将其应用于电子电路中,而要经过滤波电路滤除
振频率发生变化,使加热电源功率因数降低,有功功率
输出减少,开关损耗增大。为了使逆变器始终工作在功
率因数接近于1的准谐振状态。设计一种电路简单、经
纹波,主电路中采用电感器滤波和电解电容滤波相结合
的方式,电感器滤波保证了电流连续,电解电容滤波可
使电压恒定l2J。
电源的逆变部分采用电压型单相半桥逆变电路。功
济适用的负载谐振频率跟踪电路,使IGBT的开关频率跟
收稿日期:2011-09—02;修回日期:2011-09—22
作者简介:刘彦忠(1987一),男,在读硕士研究生,研究方向为电
力电子与电力传动.
率开关期间通常在高频加热电源中使用的是场效应晶体
管MOSFET及绝缘栅双极性晶体管IGBT,其工作状态
设计、耐火材料选择等方面保证了提供高风温的能力。在 由于本次设计采用4座热风炉,因此,送风工作制中
设计了热均压工作制的程序联动,并在PLC中设置有“热
均压怃热均压'’选择,可供操作者根据隋况进行操作选择。
2.7逆送风系统
设置逆送风管道系统,从助燃空气主管接出1根
DN400的管道至混风管,以便实现高炉检修、对热风炉
本体耐材进行保温时冷却炉箅子的操作方式。
生产中,有效强化其燃烧能力、提高热流强度、缩短送风
时间、发挥助燃空气和煤气预热器的作用、回收废气余
热、提高总热效率、加强操作技术管理等,这些都是确保
热风炉高风温长炉龄的有效手段。因此,生产实践表明,
韶钢3 200 m 高炉热风炉生产达到了设计的预期目标,运
行稳定正常,热风温度基本稳定在1 220℃。
参考文献:
…I周传典.高炉炼铁生产技术手册[M】.北京:冶金工业出版
社,2005:817・821.
3结语
3 200 m0高炉热风炉,通过新技术的运用,耐材和设
备制造、施工质量的保证,从热风炉型式的选择、结构