现代大型高炉热风阀高温长寿节能技术

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由济南乾扬智能科技有限公司发布发布时间：2022-11-07

一、前言
随着世界能源的日益短缺，高炉炼铁设备的节能问题受到了全世界的高度重视。热风阀作为热风管切割设备的节能问题提上议事日程。
秦冶公司自2001年开发高温、长寿、节能热风阀以来，阀门特点鲜明，节能效果显著。
二、热风阀特点
1)高温:使用温度1450℃。
2)长寿:使用寿命15~20年。
3)节能:传统结构热风温度下降4℃降低到1.8℃。传统结构使用的电能不到四分之一。
4)节水:用水量为传统结构的1/3。
基于几十年的热风阀开发经验，通过大型计算机软件分析了阀门的温度场、热应力场和流场，并结合现代高炉技术的发展进行了研究。并将研究结果应用于阀门的设计和制造，产品获得了优异的技术性能。
3.阀门研究分析
1.阀门损坏的原因
阀门开启初期，热风循环面积小，热风流速增加，阀板热负荷增加。当阀板完全打开时，阀板下部的长期热风涡流被吹出细微的沟痕，逐渐产生微裂纹，直到漏水。如图1所示1所示。图2所示。由于阀板泄漏，阀体内的耐火涂层脱落，损坏。

图1 阀板下部吹出的裂纹

图2 阀体裂纹

2.材料破坏机制
秦冶公司开发了材料热疲劳试验机，研究了不同材料和保护方法的耐热疲劳性，并对材料损坏过程进行了大量的测试和研究。分析结果表明：
1)材料在送风和燃烧期间转换引起的低周波热应力循环导致疲劳。
2)钢材在高温空气中氧化失效。材料本身的抗氧化性和热强度也有重要影响。
3.阀门温度场、应力场
采用三维软件模拟仿真设计，施加等同工况的边界条件，对其温度场、应力场作有限元法应力分析，如图3、图4所示。

图3

图4

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分析结果：外水环两侧出现阀板钢板的最高温度，阀板外水环两侧出现最大应力，如图5所示。

图5 阀板外水环表面沿轴向热应力分布

4.锚固钉受热
用三维软件给阀板施加1450℃对锚固钉的加热进行加载分析，如图6所示。经分析，锚固钉的最高温度为857℃，如图7所示。

图6 阀板整体温度场(部分)

图7 锚固钉温度场

5.阀门热风通道结构
采用流场分析（如图8、图9所示），使热风通道更加合理，气流最小化阀体内部。管道直径的存在有利于降低阀板下缘的气体涡流强度，从而降低热风对阀板和内板的侵蚀，延长阀门的使用寿命。

图8

图9

6.耐火衬里设计
分析阀内侧板故障机理：阀风管上方的大侧板长时间被热风产生的涡流吹走，产生径向裂纹。阀内腔（密封面除外）捣固耐热性高的耐火材料，不仅保护阀内腔钢，而且防止热量传递给钢板，减少热损失。
7.热风阀节能节水
热风阀的冷却水是在水道中循环的水，它是循环的，而不是丢失的。减少热风阀的冷却水量只节省了泵的电能和冷却水加热带走的热能，如图10所示。

图10 水量比较

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将阀门冷却水量降低到原来的1/2，水速减少到原来的1/2，根据能量公式E=0.5mv2.热风阀供水系统每小时消耗的电能将减少到原来的1/8。
适当的耐火涂层设置使传统结构的热风温度从4降低℃降到1.8℃。
4.结构设计
1)大刚度、小水腔设计。保证冷却强度，减少冷却水带走的热量。
2)用保温材料捣固高强度、轻质耐火衬里，降低热负荷，达到节能效果。
3)变径结构设计合理。减少热风对阀板下缘的冲刷。
4)关键部位耐热钢整体压延成型，接触热风部位无焊缝裸露。提高阀门的耐热疲劳性和耐高温氧化性。
五、材料保障
1.钢材
钢材的选择从以下三个方面考虑：钢材的耐热疲劳性；钢的抗氧化性；钢的焊接性：碳当量≤0.35。
低合金耐热钢锻件用于关键部位。
2.焊接材料
选用与母材相匹配的焊材焊接，等强度设计。
3.锚固钉材料
锚固钉选用耐高温合金材料。
4.耐火衬里
耐火衬里采用高性能耐材组合使用：低水泥莫来石浇筑料＋轻质莫来石浇筑料＋绝热材料。
耐火性：1750℃。
耐久性材料的使用寿命:>15年(使用温度为1450℃）。
保温材料使用温度：12000℃。
与国外先进产品相比
1.结构、应力比较
(1)国外阀板为钻孔结构，冷却水道为方形，阀板水圈分布在板芯两侧，两个焊缝暴露在热风中，如图11所示。该结构阀板应力集中，阀板冷却不均匀。