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热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构
申请号	CN201310357445.0	申请日	2013-08-16	公开(公告)号	CN103409573B	公开(公告)日	2014-10-29
申请人	北京首钢国际工程技术有限公司;			发明人	张福明; 毛庆武; 李欣; 梅丛华; 银光宇; 许云; 曹朝真; 胡祖瑞; 孟玉杰; 杨森;
摘要	一种热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构，属于冶金行业热风炉技术领域。包括：管道钢壳，环板，波纹管，伸缩缝，隔热层，耐火喷涂料，第一层隔热砖，第二层隔热砖，第一层耐火砖，第一层隔热砖的膨胀缝，第二层隔热砖的膨胀缝，第一层耐火砖的膨胀缝，异形耐火砖，导流砖。优点在于，导流砖有效保护膨胀缝内填充的耐火纤维毯，避免其在热风管道工作期间被高温高压气流卷走；在导流砖和受热压紧的双重作用下，耐火纤维毯可实现长期稳定工作，吸收热膨胀，保护波纹管；逆向迷宫膨胀缝布置与气体流向相反，增大其漏入波纹管的难度，对波纹管形成多重保护；耐火砖、异形耐火砖及导流砖的锁扣增加砌体的整体稳定性，实现热风管道长期稳定工作。
权利要求	1.一种热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构，其特征在于，包括管道钢壳，环板，波纹管，伸缩缝，隔热层，耐火喷涂料，第一层隔热砖，第二层隔热砖，第一层耐火砖，第一层隔热砖的膨胀缝，第二层隔热砖的膨胀缝，第一层耐火砖的膨胀缝，异形耐火砖，导流砖；管道钢壳(1)与环板(2)焊接，环板(2)与波纹管(3)焊接，管道钢壳(1)在波纹管(3)内部断开，形成伸缩缝(4)，波纹管(3)和管道钢壳(1)之间填充隔热材料，形成隔热层(5)；管道钢壳(1)内部喷涂耐火喷涂料(6)，耐火喷涂料(6)在伸缩缝(4)处断开，伸缩缝(4)内填充耐火纤维毯；耐火喷涂料(6)内部砌筑第一层隔热砖(7)，耐火喷涂料(6)与第一层隔热砖(7)之间用泥浆或油纸砌筑，在伸缩缝(4)的气流下游设置第一层隔热砖的膨胀缝(10)；第一层隔热砖(7)内部砌筑第二层隔热砖(8)，在第一层隔热砖的膨胀缝(10)的气流下游设置第二层隔热砖的膨胀缝(11)；第二层隔热砖(8)内部砌筑第一层耐火砖(9)，在第二层隔热砖的膨胀缝(11)的气流下游设置第一层耐火砖的膨胀缝(12)；在第一层耐火砖的膨胀缝(12)的气流上游侧砌筑异形耐火砖(14)，异形耐火砖(14)内部砌筑导流砖(15)，第一层耐火砖(9)、异形耐火砖(14)及导流砖(15)在管道圆周方向设置有锁扣，锁扣形式是半圆形或方形或梯形，实现相邻耐火砖的互锁，增加整体的砌体稳定性。 2.根据权利要求1所述的砌筑结构，其特征在于，所述的第一层隔热砖的膨胀缝(10)里填充耐火纤维毯，第一层隔热砖(7)与第二层隔热砖(8)之间用泥浆或油纸砌筑，第二层隔热砖的膨胀缝(11)里填充耐火纤维毯，第二层隔热砖(8)与第一层耐火砖(9)之间用泥浆或油纸砌筑，第一层耐火砖的膨胀缝(12)里填充耐火纤维毯。 3.根据权利要求1所述的砌筑结构，其特征在于，所述的异形耐火砖(14)带有第一凹槽(16)，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 4.根据权利要求1所述的砌筑结构，其特征在于，所述的导流砖(15)长度盖住第一层耐火砖的膨胀缝(12)，导流砖(15)带有第二凸台(19)，凸台形式是半圆形或方形或梯形，导流砖(15)有效防止膨胀缝内的耐火纤维毯被气流冲刷卷走，实现长期稳定工作。 5.根据权利要求1所述的砌筑结构，其特征在于，第一层耐火砖(9)、异形耐火砖(14)及导流砖(15)都带有第一凸台(17)和第二凹槽(18)，凸台和凹槽的形式是半圆形或方形或梯形，砌筑时，第一层耐火砖(9)或异形耐火砖(14)或导流砖(15)利用第一凸台(17)和第二凹槽(18)相互锁住，增加砌体的整体稳定性。 6.根据权利要求1所述的砌筑结构，其特征在于，只用一层隔热砖，包括：管道钢壳、环板、波纹管、伸缩缝、隔热层、耐火喷涂料、第一层隔热砖、第一层耐火砖、第一层隔热砖的膨胀缝、第一层耐火砖的膨胀缝，异形耐火砖，导流砖。
说明书全文	热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构技术领域 [0001] 本发明属于冶金行业热风炉技术领域，特别是提供了一种热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构，适用于炼铁工艺中高炉炼铁和熔融还原炼铁用到的热风炉。还可用于其它需要将气态介质加热到1000℃以上的工业技术领域中。背景技术 [0002] 在高炉炼铁中用热风炉加热鼓风已有近二百年历史，加热后风温最初只有149℃。随着技术的不断进步，目前风温最高已达1350℃。风温提高，可大幅降低焦比，节约焦炭，提高高炉产量，还可充分利用低热值的高炉煤气，提高热效率，减少煤气放散，节约能源，保护环境。 [0003] 热风炉管道系统的设计目标是“低应力、无过热”，而随着热风温度的不断提高，一些问题也逐渐暴露出来，较为典型的就是热风管道钢壳过热、发红甚至烧穿。 [0004] 热风管道内部一般会砌筑多层耐火材料，包括不定型耐火材料、隔热砖、耐火砖等，确保钢壳的工作温度在150℃以下。钢壳在此工作温度下会产生热膨胀，如果热膨胀不能合理有效的释放，巨大的热应力足以对管系造成破坏，影响高炉的正常生产。为此，波纹补偿器在热风炉的管道系统（不只是热风管道）得以广泛应用，大大降低了管系应力，实现了低应力的目标。但实现低应力目标的同时，热风管道过热现象成为困扰生产和设计人员的新难题，尤其是波纹补偿器区域，过热现象时有发生，已成为热风管道的薄弱环节。 [0005] 热风管道波纹补偿器区域过热发红的主要原因，是耐火材料结构设计不合理。以往的补偿器区域耐火材料结构见图1。包括管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第二层隔热砖8，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝 10，第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12，第二层耐火砖13。第一层隔热砖和第二层隔热砖根据不同的工作温度，可以是粘土质隔热砖或高铝质隔热砖。热风炉工作时，热风管道钢壳温度在80℃～150℃之间，由此产生的管道热膨胀量被波纹管3和伸缩缝 4吸收。隔热砖和耐火砖在钢壳的带动及自身热膨胀的双重作用下，也会产生热位移，第一层隔热砖的膨胀缝10、第二层隔热砖的膨胀缝11及第一层耐火砖的膨胀缝12用来吸收耐火材料的热位移量，里面填充耐火纤维毯。在图1所示的补偿器砌筑结构中，伸缩缝4与第一层隔热砖的膨胀缝10对齐，用第二层耐火砖13挡住第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层耐火砖13的旁边是第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12位于正对耐火砖13的管道内部。这种结构虽然利用膨胀缝10、11及12形成了折返迷宫，但在实际使用中，热风管道工作初期，由于管道钢壳和耐火砖尚未膨胀到位，膨胀缝内的耐火纤维毯没有被压实，在高温（≥1200℃）高压（≥0.3MPa）气流的冲刷下，膨胀缝12里面填充的耐火纤维毯极易被气流卷走，此时气流直接冲击第二层耐火砖13，严重影响砌筑结构的稳定性。在长时间高温高压气流的冲刷下，一旦第二层耐火砖13出现裂缝，就在管道内部和波纹管之间形成了通道，高温气体很容易就进入隔热层5，引起波纹管及附近区域的钢壳过热、发红甚至烧穿。 [0006] 长期以来，热风管道补偿器发红成为困扰生产设计人员的难题，影响高炉正常生产，增加企业成本。发明内容 [0007] 本发明的目的在于提供一种热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构。通过设计一种新型耐火砖，使耐火砖膨胀缝内的耐火纤维毯能够稳定工作，不被气流卷走，结合逆向迷宫膨胀缝设计，保证管道钢壳、隔热砖及耐火砖自由膨胀的同时，高温高压气体不会进入波纹管内，有效避免补偿器及附近钢壳过热发红。另外耐火砖带锁扣，保证相邻耐火砖之间实现互锁，增加整体砌筑结构的稳定性。 [0008] 本发明包括管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第二层隔热砖8，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12，异形耐火砖14，导流砖15。管道钢壳1与环板2焊接，环板2与波纹管3焊接，管道钢壳1在波纹管3内部断开，形成伸缩缝4，波纹管3和管道钢壳1之间填充隔热材料，形成隔热层5。管道钢壳1内部喷涂耐火喷涂料6，耐火喷涂料6在伸缩缝4处断开，伸缩缝4内填充耐火纤维毯。耐火喷涂料6内部砌筑第一层隔热砖7，耐火喷涂料6与第一层隔热砖7之间用泥浆或油纸砌筑，在伸缩缝4的气流下游设置第一层隔热砖的膨胀缝10，第一层隔热砖的膨胀缝10里填充耐火纤维毯。第一层隔热砖7内部砌筑第二层隔热砖8，第一层隔热砖7与第二层隔热砖8之间用泥浆或油纸砌筑，在第一层隔热砖的膨胀缝10的气流下游设置第二层隔热砖的膨胀缝11，第二层隔热砖的膨胀缝11里填充耐火纤维毯。第二层隔热砖8内部砌筑第一层耐火砖9，第二层隔热砖8与第一层耐火砖9之间用泥浆或油纸砌筑，在第二层隔热砖的膨胀缝11的气流下游设置第一层耐火砖的膨胀缝12，第一层耐火砖的膨胀缝12里填充耐火纤维毯。这样三个膨胀缝和伸缩缝形成阶梯状迷宫，迷宫从内向外的布置方向与气体流动方向相反，阻挡气体进入波纹管内。在第一层耐火砖的膨胀缝12的气流上游侧砌筑异形耐火砖14，异形耐火砖14带有第一凹槽16，凹槽形式是半圆形或方形或梯形，异形耐火砖14内部砌筑导流砖15，导流砖15长度盖住第一层耐火砖的膨胀缝12，导流砖15带有第二凸台19，凸台形式是半圆形或方形或梯形，导流砖15的第二凸台19砌入异形耐火砖14的第一凹槽16。导流砖15可以有效防止膨胀缝内的耐火纤维毯被气流冲刷卷走，实现长期稳定工作。第一层耐火砖9、异形耐火砖14及导流砖15在管道圆周方向设置有锁扣装置，锁扣形式是半圆形或方形或梯形，实现相邻耐火砖的互锁，增加整体的砌体稳定性。 [0009] 本发明也可以只用一层隔热砖，包括：管道钢壳、环板、波纹管、伸缩缝、隔热层、耐火喷涂料、第一层隔热砖、第一层耐火砖、第一层隔热砖的膨胀缝、第一层耐火砖的膨胀缝，异形耐火砖，导流砖。 [0010] 通过在第一层耐火砖的膨胀缝上游侧砌筑异形耐火砖和导流砖，引导气体流向，保护膨胀缝内的耐火纤维毯，避免其被高温高压气流卷走，从根本上解决了传统补偿器砌筑结构存在的结构缺陷。在热风管道工作初期，虽然管道钢壳和耐火砖尚未膨胀到位，耐火砖膨胀缝内的耐火纤维毯没有被压实，但有导流砖的保护，耐火纤维毯不会被高温高压气流卷走。随着管道钢壳和耐火砖的不断受热膨胀，膨胀缝不断被压紧，最终会达到稳定状态，此时在导流砖和受热压紧的双重作用下，膨胀缝内的耐火纤维毯可以实现长期稳定工作，避免补偿器及附近的钢壳过热发红。 [0011] 伸缩缝、第一层隔热砖的膨胀缝、第二层隔热砖的膨胀缝及第一层耐火砖的膨胀缝从管道内部向外的布置方向与气体流动方向相反，即第一层隔热砖的膨胀缝在伸缩缝的气流下游，第二层隔热砖的膨胀缝在第一层隔热砖的膨胀缝的气流下游，第一层耐火砖的膨胀缝在第二层隔热砖的膨胀缝的气流下游，4条缝形成逆向迷宫布置，有效保护波纹管。 [0012] 耐火砖、异性耐火砖及导流砖在管道圆周方向都有锁扣，锁扣形式是半圆形或方形或梯形，每块砖都在一侧有凸台，另一侧有凹槽，相邻两块砖的凹槽和凸台相互锁住，实现整环砖的互锁，大大提高砌体的整体稳定性，即便有个别砖由于质量原因或砌筑原因开裂或掉落，也不会影响砌体的整体稳定性。热风管道工作一段时间以后，在重力作用下，上部砖会向下稍稍沉降，管道截面变成椭圆形，由于耐火砖通过互锁形成了整体，不会出现塌陷或大面积掉砖现象，确保热风管道长期稳定工作。 [0013] 综上，本发明提供了一种新型热风管道补偿器区域的砌筑结构，该结构利用导流砖、逆向迷宫膨胀缝布置及耐火砖互锁结构，实现如下功能： [0014] 1）导流砖有效保护膨胀缝内填充的耐火纤维毯，避免其在热风管道工作期间，尤其是工作初期被高温高压气流卷走； [0015] 2）在导流砖和受热压紧的双重作用下，耐火纤维毯可实现长期稳定工作，吸收热膨胀，保护波纹管； [0016] 3）逆向迷宫膨胀缝布置与气体流向相反，增大其漏入波纹管的难度，对波纹管形成多重保护； [0017] 4）耐火砖、异形耐火砖及导流砖的锁扣增加了砌体的整体稳定性，实现了热风管道的长期稳定工作。附图说明 [0018] 图1是传统的热风管道补偿器区域的砌筑结构图。其中，管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第二层隔热砖8，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12，第二层耐火砖13。 [0019] 图2是本发明的热风炉热风管道波纹补偿器内部耐火材料的砌筑结构示意图。 [0020] 其中，管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第二层隔热砖8，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12，异形耐火砖14，导流砖15。 [0021] 图3是异形耐火砖14的砖型图。其中，异形耐火砖14，第一凹槽16。 [0022] 图4是异形耐火砖14的A向视图。其中，第一凸台17，第二凹槽18。 [0023] 图5是导流砖15的砖型图。其中，导流砖15，第二凸台19。 [0024] 图6是导流砖15的B向视图。其中，第一凸台17，第二凹槽18。具体实施方式 [0025] 实施例1 [0026] 图2～图6是本发明的具体实现方式。 [0027] 由图2可知，本发明的热风管道补偿器区域的砌筑结构包括：管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第二层隔热砖8，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层隔热砖的膨胀缝11，第一层耐火砖的膨胀缝12，异形耐火砖14，导流砖15。 [0028] 由图3、图4可知，异形耐火砖14带有第一凹槽16，凹槽形式是半圆形或方形或梯形，第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0029] 由图5、图6可知，导流砖15带有第二凸台19，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0030] 第一层耐火砖9带有第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0031] 管道钢壳1与环板2焊接，环板2与波纹管3焊接，管道钢壳1在波纹管3内部断开，形成伸缩缝4，波纹管3和管道钢壳1之间填充隔热材料，形成隔热层5。管道钢壳内部喷涂耐火喷涂料6，耐火喷涂料6在伸缩缝4处断开，伸缩缝4内填充耐火纤维毯。耐火喷涂料6内部砌筑第一层隔热砖7，耐火喷涂料6与第一层隔热砖7之间用泥浆或油纸砌筑，在伸缩缝4的气流下游设置第一层隔热砖的膨胀缝10，第一层隔热砖的膨胀缝10里填充耐火纤维毯。第一层隔热砖7内部砌筑第二层隔热砖8，第一层隔热砖7与第二层隔热砖8之间用泥浆或油纸砌筑，在第一层隔热砖的膨胀缝10的气流下游设置第二层隔热砖的膨胀缝11，第二层隔热砖的膨胀缝11里填充耐火纤维毯。第二层隔热砖8内部砌筑第一层耐火砖9，第二层隔热砖8与第一层耐火砖9之间用泥浆或油纸砌筑，在第二层隔热砖的膨胀缝11的气流下游设置第一层耐火砖的膨胀缝12，第一层耐火砖的膨胀缝12里填充耐火纤维毯。这样，伸缩缝4，第一层隔热砖的膨胀缝10，第二层隔热砖的膨胀缝11及第一层耐火砖的膨胀缝12从管道内部向外的布置方向与气体流动方向相反，形成逆向迷宫布置，阻挡气体漏入波纹管。 [0032] 第一层耐火砖的膨胀缝12的气流上游侧砌筑异形耐火砖14，异形耐火砖14带有第一凹槽16，凹槽形式是半圆形或方形或梯形，异形耐火砖14内部砌筑导流砖15，导流砖15长度盖住第一层耐火砖的膨胀缝12，导流砖15带有第二凸台19，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凸台19砌入第一凹槽16，使导流砖15与异形耐火砖14砌成一体。利用导流砖对气体流动方向进行引导，有效防止膨胀缝内的耐火纤维毯被气流冲刷卷走，实现长期稳定工作。 [0033] 第一层耐火砖9、异形耐火砖14及导流砖15都带有第一凸台17和第二凹槽18，凸台和凹槽的形式是半圆形或方形或梯形，砌筑时，相邻的耐火砖9或异形耐火砖14或导流砖15利用第一凸台17和第二凹槽18相互锁住，增加砌体的整体稳定性，实现热风管道的长期稳定工作。 [0034] 实施例2。 [0035] 在该实施中，热风管道补偿器区域的砌筑结构与图2类似。当热风管道内的气体介质温度较低，只砌筑1层隔热砖即可时，可采用此实施例。 [0036] 此时本发明的热风管道补偿器区域的砌筑结构包括：管道钢壳1，环板2，波纹管3，伸缩缝4，隔热层5，耐火喷涂料6，第一层隔热砖7，第一层耐火砖9，第一层隔热砖的膨胀缝10，第一层耐火砖的膨胀缝12，异形耐火砖14，导流砖15。 [0037] 异形耐火砖14带有第一凹槽16，凹槽形式是半圆形或方形或梯形，第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0038] 导流砖15带有第二凸台19，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0039] 第一层耐火砖9带有第一凸台17，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凹槽18，凹槽形式是半圆形或方形或梯形。 [0040] 管道钢壳1与环板2焊接，环板2与波纹管3焊接，管道钢壳1在波纹管3内部断开，形成伸缩缝4，波纹管3和管道钢壳1之间填充隔热材料，形成隔热层5。管道钢壳内部喷涂耐火喷涂料6，耐火喷涂料6在伸缩缝4处断开，伸缩缝4内填充耐火纤维毯。耐火喷涂料6内部砌筑第一层隔热砖7，耐火喷涂料6与第一层隔热砖7之间用泥浆或油纸砌筑，在伸缩缝4的气流下游设置第一层隔热砖的膨胀缝10，第一层隔热砖的膨胀缝10里填充耐火纤维毯。第一层隔热砖7内部砌筑第一层耐火砖9，第一层隔热砖7与第一层耐火砖9之间用泥浆或油纸砌筑，在第一层隔热砖的膨胀缝10的气流下游设置第一层耐火砖的膨胀缝12。第一层耐火砖的膨胀缝12里填充耐火纤维毯。这样，伸缩缝4，第一层隔热砖的膨胀缝10及第一层耐火砖的膨胀缝12从管道内部向外的布置方向与气体流动方向相反，形成逆向迷宫布置，阻挡气体漏入波纹管。 [0041] 第一层耐火砖的膨胀缝12的气流上游侧砌筑异形耐火砖14，异形耐火砖14带有第一凹槽16，凹槽形式是半圆形或方形或梯形，异形耐火砖14内部砌筑导流砖15，导流砖15长度盖住第一层耐火砖的膨胀缝12，导流砖15带有第二凸台19，凸台形式是半圆形或方形或梯形，第二凸台19砌入第一凹槽16，使导流砖15与异形耐火砖14砌成一体。利用导流砖对气体流动方向进行引导，有效防止膨胀缝内的耐火纤维毯被气流冲刷卷走，实现长期稳定工作。 [0042] 第一层耐火砖9、异形耐火砖14及导流砖15都带有第一凸台17和第二凹槽18，凸台和凹槽的形式是半圆形或方形或梯形，砌筑时，相邻的第一层耐火砖9或异形耐火砖14或导流砖15利用第一凸台17和第二凹槽18相互锁住，增加砌体的整体稳定性，实现热风管道的长期稳定工作。 [0043] 本发明的热风管道补偿器区域的砌筑结构有多种实施方案，附图只作解释说明用，并非对本发明的限制。任何未脱离本发明设计思路，对本发明作非实质性改动的，均仍属于本发明的范围。