本實用新型涉及一種適于黑色金屬、有色金屬冶煉高爐熱風(fēng)爐用熱風(fēng)管道，特別涉及一種大直徑的輸送高溫、高壓熱氣體的管道內(nèi)襯。

背景技術(shù)：

高爐冶煉需要一種熱風(fēng)爐設(shè)備，用于加熱具有一定壓力的高爐鼓風(fēng)，這種被加熱的高爐鼓風(fēng)需要通過管道輸送到高爐，即所謂的熱風(fēng)管道。這種熱風(fēng)管道通過熱風(fēng)支管與熱風(fēng)爐組中的每座熱風(fēng)爐相連，熱風(fēng)管道的一端為盲端，另一端接入高爐的圍管。熱風(fēng)管道外部由鋼殼制造，鋼殼用于承受鼓風(fēng)壓力，鋼殼內(nèi)部砌筑有耐火材料，起到保溫作用。耐火材料通常有多環(huán)耐火磚或者保溫材料組成，其中內(nèi)環(huán)磚由重質(zhì)磚砌筑而成，內(nèi)環(huán)重質(zhì)磚支撐外部各環(huán)的保溫耐火材料并承受熱風(fēng)沖刷。常規(guī)的熱風(fēng)管道由圓形鋼殼、圓形砌筑的耐火材料組成，送風(fēng)截面也是圓形的。

熱風(fēng)管道通常設(shè)計為圓形，這是因為圓形熱風(fēng)管道受力最好且占地最小。熱風(fēng)管道外部由鋼殼制造，圓形鋼殼用于承受鼓風(fēng)壓力，鋼殼內(nèi)部沿鋼殼內(nèi)壁砌筑有耐火材料，耐火材料起保溫作用，保溫材料沿鋼殼也以圓形方式砌筑。熱風(fēng)溫度為1100℃~1450℃，耐火材料通常由多環(huán)耐火磚和其它保溫材料組成，其中內(nèi)環(huán)磚由多塊楔形的重質(zhì)磚砌筑而成，楔形磚以管道圓心為中心砌筑，起到對外層保溫材料的支撐作用，外層耐火材料通常由輕質(zhì)保溫磚、保溫棉和噴涂料組成，各層耐火材料具有不同的保溫效果，最外層的耐火材料與鋼殼接觸面的溫度為100℃~150℃，熱風(fēng)管道鋼殼外部的溫度也為100℃~150℃。

提高熱風(fēng)爐的送風(fēng)風(fēng)溫有利于降低高爐冶煉成本，提高鼓風(fēng)壓力有利于提高高爐產(chǎn)量，因此，隨著高爐冶煉技術(shù)提高，熱風(fēng)管道所輸送的熱風(fēng)具有高溫、高壓特性，這就增加了常規(guī)的熱風(fēng)管道內(nèi)襯的不穩(wěn)定性。對于圓形的內(nèi)襯來說，內(nèi)環(huán)重質(zhì)磚一般采用楔形磚砌筑而成。熱風(fēng)管道頂部耐火磚所受溫度最高（熱風(fēng)管道內(nèi)部的上部與下部溫差達數(shù)十度），同時受到熱風(fēng)的高流速沖刷和數(shù)百度溫差的沖擊，并在外層耐火材料和自身的重力影響下，長期運行情況下很容易脫落，這就是常見的所謂熱風(fēng)管道頂部耐火磚掉磚的現(xiàn)象。

隨著高爐爐容增大，高爐鼓風(fēng)風(fēng)量也隨之增加，因此，熱風(fēng)管道直徑也越來越大，熱風(fēng)管道內(nèi)環(huán)耐火磚頂部脫落的隱患也會加重。這是因為，耐火磚的尺寸并不能隨著熱風(fēng)管道管徑的增加而無限制增加，因為過大、過重的耐火磚不利于人工搬運和砌筑，制造難度也增大。當(dāng)管徑增大且采用圓形砌筑方式時，楔形耐火磚的大小頭尺寸差也減小，因此，耐火磚的穩(wěn)定性也隨之降低。作為對上述公知內(nèi)容的驗證，根據(jù)實用新型人的計算，隨著管徑增加，耐火磚頂部所受應(yīng)力也增大，也就是說，對于圓形耐火磚內(nèi)襯來說，管徑越大，頂部受力情況也越差。

相比熱風(fēng)管道內(nèi)襯頂部，熱風(fēng)管道內(nèi)襯底部的溫度低數(shù)十度，且底部座于熱風(fēng)管道鋼殼之上，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此事故率較低。

為了提高熱風(fēng)管道內(nèi)襯頂部的穩(wěn)定性，有一種嘗試是將熱風(fēng)管道頂部由砌磚方式改造澆注料，但這種方式顯然無法在整個數(shù)十米長的管道上實施，通常只能應(yīng)用在熱風(fēng)管道與熱風(fēng)爐連接的T形部位，由于兩種施工方式不同，局部澆注料與耐火磚的結(jié)合部存在較大的脫落事故隱患。因此，局部采用澆注料的方式通常只在應(yīng)急維修時應(yīng)用。

在俄羅斯，公開的研究資料顯示，早期技術(shù)人員曾經(jīng)做過一些涉及到本實用新型的技術(shù)嘗試，在砌筑熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口和熱風(fēng)短管（即熱風(fēng)支管從熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口到熱風(fēng)閥之間段）時采用的加強措施，包括在圓形的熱風(fēng)出口上部增加特殊的拱形裝置—拱形澆注料、特殊的拱形磚等，通過這些拱形裝置承擔(dān)熱風(fēng)出口上部耐火磚的重力載荷，從而降低熱風(fēng)出口頂部耐火磚的承載，降低頂部耐火磚脫落的隱患。但上述技術(shù)方案因為施工復(fù)雜、與普通墻磚銜接部位容易受損，并沒有全面推廣。

高風(fēng)溫、高風(fēng)壓、大風(fēng)量是當(dāng)今和未來的高爐冶煉技術(shù)趨勢，目前的熱風(fēng)管道圓形砌筑設(shè)計（即所謂的圓形送風(fēng)截面）無法滿足高穩(wěn)定性和長壽命的要求，熱風(fēng)管道經(jīng)常需要維護，增加了熱風(fēng)系統(tǒng)的運行成本。過去以及現(xiàn)有的一些技術(shù)嘗試并沒有從根本上解決現(xiàn)存問題，反而可能會帶來更嚴(yán)重的脫落事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型需要解決的問題是：研究一種可以從根本上提高熱風(fēng)管道、尤其是大直徑熱風(fēng)管道內(nèi)襯穩(wěn)定性的設(shè)計和砌筑方式，解決高溫、高壓、大管徑的熱風(fēng)管道內(nèi)襯穩(wěn)定性問題，提高熱風(fēng)管道的使用壽命（無維護）。基于此，在采用圓形熱風(fēng)管道鋼殼的基礎(chǔ)上，以標(biāo)準(zhǔn)的圓形內(nèi)襯設(shè)計為對比對象，提出了三種解決方案，所述各種解決方案的關(guān)鍵技術(shù)是：采用一種非圓形送風(fēng)截面的設(shè)計，通過減小管道內(nèi)襯頂部的拱形直徑的方式提高其穩(wěn)定性；通過增大管道內(nèi)襯底部直徑、減薄內(nèi)環(huán)耐火磚厚度的方式保證通風(fēng)能力（即送風(fēng)截面積不變）。

在圓形、拱形、錐形結(jié)構(gòu)的砌筑方式中，公知的各種技術(shù)方案對比結(jié)果表明，采用楔形耐火磚的砌筑穩(wěn)定性最高，這是因為楔形耐火磚在砌筑組合中以中心線對中的方式排列，在重力作用下，楔形耐火磚從大頭向小頭方向滑動時彼此受到擠壓而不會脫落。在本實用新型中也采用這種穩(wěn)定性高的楔形耐火磚，其中，頂部的耐火磚增加子母鎖扣（通常的方式為位于楔形耐火磚中部的凸起條和凹槽形式），以增強楔形耐火磚的穩(wěn)定性，同時也起到降低熱風(fēng)對灰縫的沖刷作用；其中，內(nèi)環(huán)重質(zhì)磚的外部輪廓為圓形，并且與圓形熱風(fēng)管道鋼殼同心。

第一種解決技術(shù)方案：一種熱風(fēng)管道內(nèi)襯，其內(nèi)環(huán)由重質(zhì)的楔形耐火磚砌筑而成，形成一種非圓形的送風(fēng)截面，它上部具有半圓形的拱頂，兩側(cè)則為垂直的直壁，底部為平底，兩側(cè)的直壁與圓形拱頂以平滑過渡。其中所述頂部圓形拱頂?shù)闹睆揭话銥?000~1500mm，采用楔形重質(zhì)磚砌筑；其中：所述兩側(cè)直壁采用長方形（或正方形）耐火磚砌筑，所述底部采用長方形（或正方形）砌筑。

第二種解決技術(shù)方案：一種熱風(fēng)管道內(nèi)襯，其內(nèi)環(huán)由重質(zhì)的楔形耐火磚砌筑而成，形成一種非圓形的送風(fēng)截面，它上部具有較小直徑的圓弧形拱頂，所述直徑一般為1000~1500mm；在拱頂弧段兩側(cè)、按照與拱頂弧相切的方向、以直線延伸，直至與下部一個底部圓弧相交（相交部位采用圓弧過渡），形成一個梨形的送風(fēng)截面；內(nèi)環(huán)磚外緣為圓形，與管道鋼殼同心，內(nèi)環(huán)磚外部的保溫輕質(zhì)磚則與圓形內(nèi)襯設(shè)計相符。其中：所述拱頂弧段與底部圓弧的兩側(cè)連接段形成的角度為60°~120°，以60°~90°為最佳；所述弧形拱頂，其耐火磚厚度應(yīng)等于或大于圓形內(nèi)襯的厚度；所述下部圓弧內(nèi)襯，即比圓形內(nèi)襯直徑更大的圓弧內(nèi)襯，其耐火磚厚度小于圓形內(nèi)襯耐火磚厚度；所述拱頂圓弧與底部圓弧內(nèi)襯相交的兩側(cè)直線連接段，其下部以過渡圓弧方式與下部圓弧內(nèi)襯相交；所述熱風(fēng)管道內(nèi)襯的截面積與圓形管道內(nèi)襯截面積相同，相差不應(yīng)超過3%。

第三種解決技術(shù)方案：一種熱風(fēng)管道內(nèi)襯，其內(nèi)環(huán)由重質(zhì)的楔形耐火磚砌筑而成，形成一種非圓形的送風(fēng)截面，其特征在于：在第二種解決技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在拱頂弧段兩側(cè)以一個或多個直線段或圓弧的組合形式與下部的圓弧內(nèi)襯以過渡圓弧方式相交。其中：所述拱頂弧段與底部圓弧的兩側(cè)連接段形成的角度為30°~90°，以30°~60°為最佳；所述拱頂，其耐火磚厚度應(yīng)等于或大于圓形內(nèi)襯的厚度；所述下部圓弧內(nèi)襯，是指比圓形內(nèi)襯（即常規(guī)設(shè)計的圓形內(nèi)襯）直徑更大的圓弧內(nèi)襯，其耐火磚厚度小于圓形內(nèi)襯耐火磚厚度；所述熱風(fēng)管道內(nèi)襯的截面積與圓形管道內(nèi)襯截面積相同，相差不應(yīng)超過3%。

上述解決技術(shù)方案中，第二、三種技術(shù)方案比較優(yōu)選，其中第三種技術(shù)方案最佳。

在第一種技術(shù)方案中，熱風(fēng)管道內(nèi)襯送風(fēng)截面形狀如橋拱，即“上部拱形、下部直方”，相比圓形管道內(nèi)襯技術(shù)方案，上部圓形拱頂直徑較?。ㄒ话闳?000~1500mm）。在這種情況下，楔形耐火磚的大小頭尺寸相差大，砌筑穩(wěn)定性高。但是，如果要保證管道內(nèi)襯截面積與圓形管道一致，則熱風(fēng)管道的鋼殼也只能隨之做成“上部拱形、下部直方”的形狀，這種限制影響了該技術(shù)方案的推廣應(yīng)用。

在第二種技術(shù)方案中，為了保證送風(fēng)截面的面積與圓形管道一致，熱風(fēng)管道內(nèi)環(huán)耐火磚砌筑成梨形送風(fēng)截面，即上部拱形的直徑較?。ㄐ∮跇?biāo)準(zhǔn)的圓形管道內(nèi)環(huán)耐火磚的直徑，一般取1000~1500mm），下部則為較大直徑的圓弧。由于熱風(fēng)管道內(nèi)襯頂部受高溫影響最大，且承受管道上部內(nèi)襯重力載荷，因此，這種梨形送風(fēng)截面的管道（即所謂梨形管道）內(nèi)襯頂部重質(zhì)磚的厚度設(shè)計成與圓形管道內(nèi)環(huán)磚一樣（或者更大），這樣就可以保證熱風(fēng)管道鋼殼上部溫度符合設(shè)計要求。相比之下，所謂梨形管道的下部耐火磚厚度可以適當(dāng)減薄。該技術(shù)方案顯示出這種所述梨形管道的優(yōu)勢，即通過減小熱風(fēng)管道內(nèi)襯頂部直徑，有利于提高楔形耐火磚砌筑的穩(wěn)定性。但是，這種梨形管道技術(shù)方案的局限在于頂部圓弧與下部圓弧兩側(cè)連接段的夾角比較大，這就降低了兩側(cè)連接段的耐火磚砌筑穩(wěn)定性。

第三種技術(shù)方案也屬于所述梨形管道，但是改進了第二種技術(shù)方案的缺陷，該技術(shù)方案減小了頂部圓弧與下部圓弧兩側(cè)連接段的夾角，并根據(jù)經(jīng)驗提出了所述梨形送風(fēng)截面的兩個側(cè)壁夾角的最佳值，其目的是提高兩側(cè)連接段（即側(cè)壁）耐火磚砌筑的穩(wěn)定性。

第三種技術(shù)方案的創(chuàng)新內(nèi)容是常規(guī)的、圓形熱風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯設(shè)計所不具備的，它基本上解決了大管徑圓形熱風(fēng)管道長期存在的砌筑穩(wěn)定性差的問題。

因此本實用新型采用如下的技術(shù)方案：

一種非圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯，該內(nèi)襯包括內(nèi)環(huán)磚,內(nèi)環(huán)磚外緣為圓形并且與圓形的熱風(fēng)管道殼體同心，所述內(nèi)環(huán)磚內(nèi)襯的內(nèi)緣形成非圓形送風(fēng)截面，非圓形送風(fēng)截面包括上弧段、下弧段及連接上下弧段的兩個側(cè)邊，其特征在于：

與具有標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯相比，非圓形送風(fēng)截面的上弧段的直徑較小，下弧段直徑較大；

非圓形送風(fēng)截面的截面積與標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的截面積相差不大于3%。

上弧段直徑小于具有標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯直徑，下弧段直徑等于或大于具有標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯直徑。

連接上弧段與下弧段的兩個側(cè)邊向頂部圓弧方向收縮并形成夾角，該夾角的范圍是30°－90°，優(yōu)選為30°－60°。

所述非圓形送風(fēng)截面為梨形。

非圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯頂部內(nèi)襯的厚度等于或大于標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯的厚度，非圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯底部內(nèi)襯的厚度小于標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯的厚度，。非圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯底部的內(nèi)襯厚度與圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯厚度比值為0.5~0.9，優(yōu)選為0.7－0.8。

上弧段的直徑范圍為1000-1500mm。

所述內(nèi)襯包括由內(nèi)環(huán)磚砌筑而成內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)磚是普通的楔形耐火磚，優(yōu)選是帶子母鎖扣的楔形耐火磚。

所述內(nèi)環(huán)磚外層布置輕質(zhì)保溫耐火磚、保溫棉和噴涂料，或者布置輕質(zhì)保溫耐火磚、保溫棉和輕質(zhì)耐火磚，所述輕質(zhì)磚依熱風(fēng)管道圓形鋼殼砌筑。

這里的標(biāo)準(zhǔn)圓形送風(fēng)截面是指按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方法設(shè)計出來的具有標(biāo)準(zhǔn)直徑的熱風(fēng)管道內(nèi)襯的截面。

本實用新型具有的技術(shù)效果：

（1）首先，本實用新型在保證不減小熱風(fēng)管道內(nèi)襯截面積的前提下，通過縮小熱風(fēng)管道內(nèi)環(huán)頂部直徑的技術(shù)措施，即明顯地提高了熱風(fēng)管道耐火磚砌筑穩(wěn)定性，同時不影響熱風(fēng)管道通風(fēng)能力和送風(fēng)效果。

（2）本實用新型適用、但不限于較大直徑的圓形鋼殼熱風(fēng)管道內(nèi)襯。不僅適用于熱風(fēng)主管，同樣適用于熱風(fēng)支管、熱風(fēng)爐拱頂位置的熱風(fēng)出口以及高爐圍管的內(nèi)襯，可以全面提高熱風(fēng)輸送系統(tǒng)保溫內(nèi)襯的穩(wěn)定性。

（3）本實用新型重點解決了熱風(fēng)管道內(nèi)襯重質(zhì)磚頂部的不穩(wěn)定性問題，本實用新型涉及的內(nèi)環(huán)重質(zhì)磚的外緣為圓形，與圓形熱風(fēng)管道鋼殼同心，因此并不影響外層輕質(zhì)保溫耐火磚的砌筑，因此降低了非圓形熱風(fēng)管道梨形內(nèi)襯的砌筑難度，有利于本實用新型的推廣應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明：

圖1為本實用新型實施例1所述的橋拱形熱風(fēng)管道耐火磚砌筑示意圖；

圖2為本實用新型實施例2所述的上小下大的梨形送風(fēng)截面的內(nèi)襯砌筑示意圖；

圖3為本實用新型實施例3所述的上小下大、且兩側(cè)連接段夾角較小的梨形送風(fēng)截面的內(nèi)襯砌筑示意圖；

圖4為梨形送風(fēng)截面與圓形送風(fēng)截面風(fēng)速分布計算比較圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明和具體實施方式對本實用新型作進一步描述：

實施例1

圖1為橋拱形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯，其內(nèi)環(huán)由重質(zhì)的楔形耐火磚砌筑而成，形成一種非圓形的送風(fēng)截面，它上部具有半圓形的拱頂，兩側(cè)則為垂直的直壁，底部為平底，兩側(cè)的直壁與圓形拱頂以平滑過渡。其中所述頂部圓形拱頂?shù)闹睆揭话銥?000~1500mm，采用楔形重質(zhì)磚砌筑；其中：所述兩側(cè)直壁采用長方形（或正方形）耐火磚砌筑，所述底部采用長方形（或正方形）砌筑。與圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯相比，因為所述熱風(fēng)管道內(nèi)襯截面頂部的直徑比較小，楔形耐火磚砌筑穩(wěn)定性提高。但為了保證管道內(nèi)襯截面積與圓形管道內(nèi)襯截面積一樣，送風(fēng)截面的橋拱下部的直方段的高度增加，無法布置在與常規(guī)的圓形熱風(fēng)管道內(nèi)襯同樣管徑的圓形鋼殼內(nèi)。

實施例2

圖2為一種梨形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道內(nèi)襯技術(shù)方案，其中實線為梨形送風(fēng)截面的管道內(nèi)環(huán)磚內(nèi)襯02，虛線為圓形送風(fēng)截面的管道內(nèi)環(huán)磚內(nèi)襯00（直徑d00，且耐火磚厚度為a03），上部拱形21的直徑d21較小（即d21＜d00），上部耐火磚厚度為a21，下部為則為較大直徑的圓弧形23，其直徑為d23（d23＞d00），下部耐火磚厚度為a23，上下弧段的兩側(cè)連接段為22，其夾角為Δ2；下部弧段的水平中心線為24，圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道水平中心線為05，下部弧段的水平中心線24與圓形送風(fēng)截面的熱風(fēng)管道水平中心線05的距離為h2，h2通常根據(jù)截面積計算得出，h2＞0。

所述技術(shù)方案送風(fēng)截面的上部拱形直徑d21＜d00，下部直徑d23＞d00，d21通常為1000mm~1500mm；所述技術(shù)方案頂部耐火磚厚度a21≥a03，下部弧的耐火磚厚度a23＜a03，a23/a03的比值范圍0.5～0.9，以0.7～0.8為佳。

為了驗證本實用新型的送風(fēng)效能，實用新型人將梨形送風(fēng)截面與圓形送風(fēng)截面進行了風(fēng)速分布計算，如圖4所示，計算結(jié)果表明，梨形送風(fēng)截面與圓形送風(fēng)截面在風(fēng)速分布方面沒有實質(zhì)性的差異，不存在特殊的湍流。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，在不偏離本實用新型的保護范圍的前提下，可以對上述實施方式進行各種修改、變化和組合，并且認為這種修改、變化和組合是在獨創(chuàng)性思想的范圍之內(nèi)的。