小高炉对高风温的需求

　　在满足小高炉对高风温的需要方面，球式热风炉表现出许多考贝式热风炉所不可比拟的优越性。如传热面积大，热交换好，热效率高，易获得以上的高风温，体积小，投资与材料消耗少等。另一方面蓄热式加热炉将低热值高炉煤气用于轧钢加热炉燃烧，成功代替重油，已取得环保节能双重效果。从全国十几家球式热风炉和蓄热式加热炉运行效果看，球式热风炉在中小高炉及蓄热式加热炉上的使用是成功的。生产中球式热风炉也暴露出诸如球床寿命短，工作周期不配套，球床阻力大等弱点。也正是这些不足使得球式热风炉的推广受到了限制。

　　为克服其弊端，发挥球式热风炉的优势，本文对球式热风炉球床结构热工性能进行了讨论。球床中耐火球的理想直径由于球床吸热放热过程的温度变化情况很复杂，进行精确的分析计算比较困难，为了分析简便，以平均温度为基础，将两个不同阶段的传热过程综合起来，当作稳定热态下热气体间接向冷气体传热过程看待。

　　在球床条件下，一般毕欧准数故可视耐火球为传热的薄壁介质，其吸放热可作为中间过程，整个过程见图要球一砖图稳定热态下和的变化从图可看出，在材质和烟气热势不变的条件下，传热壁即导热体的当量厚度减少相应热风温度升高球式热风炉耐火球当量厚度比考贝式热风炉的格子砖厚度小得多，笔者认为，这是球式冶金丛刊总第期热风炉能够比考贝式热风炉提供更高风温的主要原因之一。耐火球的当量厚度与其直径成正比，在相同的条件下，为了获得更高的风温，根据上述观点，应选用直径较小的耐火球。从增加热风炉周期传热量的观点分析，每立方米耐火球的传热面积与耐火球直径成反比成正比。所以必须讨论耐火球直径变化对产生的影响。

　　耐火球的黑度仅第期王成立等球式热风炉球床结构的热工讨论与材质有关，而球床中烟气的黑度则与耐火球的直径有关，以的黑度为例，由下式来讨论。该单元具有表面积代人条件下进行。根据传热原理，耐火球进而球床的热阻就大，且随着耐火球径的减小而显著增加。

　　当其它条件不变时，耐火球直径由降到热阻增加近若忽视球径变化对综合给热系数的影响，将使平均传热系数降低而的降低将使周期传热量减少。综合球径变化对球床热工性能的影响，可以得出球径在有限的范围内减小，*终是有所增加，但幅度不大。从气体力学观点分析增大球床孔隙度和气流通道的当量直径，均可使压头损失减小，球床孔隙度与耐火球直径无关，而气流通道的当量，直径dn却与耐火球直径成正比。由此可得，烟气的黑度，进而球床的辐射给热系数随耐火球的直径增加而增加，但幅度不大，而且在球床的综合给热系数中，辐射给热的比例又很小（一般在10左右）。故球径增大使辐射给热系数变大，进而使综合给热系数上升的幅度就更小。

　　球径变化对热阻的影响从热力学的观点出发，高温物体与低温物体的温差越大，越有利于高温物体向低温物体传热。随着温差减小，传热困难。球床的对流传热系数特别大（与格子砖相比），而耐火球的当量厚度又特别小，故在整个传热过程中任取一时间单元，耐火球的表面与中心温差都比较小，亦即传热是在温差较小的图散料层透气性变化和料块直径关系。另外，从每球床的表面积与球径的关系曲线图可以看出，当球径大于后，明显变小。这对改善球床的热工性能不利。

　　若保持蓄热面积不变，冶金丛刊总第期图阻力随耐火球直径及球床高度的变化表在球床截面固定的条件下，改用大球以后势必导致球床高度增加，结果又造成球床阻力变大。

　　综上所述，合适的耐火球直径，既必须使球床具有良好的热工特性，又不致使其阻力增加过大，两相兼顾，为此球式热风炉耐火球的理想球径应当是耐火球材质和多段球床结构从国内球式热风炉使用情况来看早期高铝质耐火球寿命大多数都在一6个月。在一代球床寿命的后期，热风炉压差明显升高，从卸下的球来看，渣化和粘结大部分发生在球床上部，说明上部耐火球的理化性能与其所处的高温环境不相适应。

　　为解决这一问题，应做以下三方面的工作，改善耐火球的材质结构床采用两段式结构，改善煤气质量，将煤气含尘量降至以下。在材质上，近几年高铁砖质耐火球在球式热风炉上的使用被认为在某些技术指标上是较合适的。球床使用高铁硅质材料，主要是利用其热稳定性好，荷重软化温度高等热力学特性，需要指出，这种材料比重小，热容小又是其不足的一面，若整个球床全部使用这种材质的耐火球，要么在球体积一定时，使装球量过小，储热能力不够，风温波动过大，要么在装球量一定时使球床体积过大，同时也导致某些派生的难题。两段式结构为解决这二个问题提供了一条新的技术途径。即上段使用荷重软化温度高的高铁硅质耐火球，下段采用比重和热容都较大的高铅质耐火球。这就需要沿球床高度按材质分为两段。

　　前已述及，采用直径均一的耐火球对改善球床的各种性能都是较为理想的。但是两种材质不同而球径相同的耐火球在旧球复用过程中是不好区分的。所以在材质上采用两段式结构的同时，相应地球径也按材质分为两种。

　　据计算，对于上下段高度相等的球床，上段采用直径为或的大球，下段采用直径为或的小球，同直径为的均一球床相比，其热工特性基本相当。而对于用在轧钢加热炉上的蓄热式球床则因其球床一般较矮无需分段，采用统一的高铝质耐火球则较为方便。球床断面面积与球床高度的关系由周期传热量确定球床蓄热面积之后，不同的球床断面积，则相应有不同的高度，这是一对相互制约的参变因素。

　　增大亦即降低对发展对流给热有利，另外偏大时，势必导致气流分布不匀，同时也会因球床高度不够使气流没有充分的时间在球床内停留而造成风温不高和波动太大。综合利弊，选取二时，既可获得较小的值和较大的对流给热系数，同时又不致于因过小造成球床阻力增加。根据目前高炉使用单一低热值燃气的情况来看，通过预热助燃空气，以进一步提高煤气的理论燃烧温度是势在必行的一项技术措施。鉴于此，建议球式热风炉座数采用四座为好。热工制度则是二烧二送而对轧钢蓄热式加热炉则可以根据需要采用多个蓄热室，耐火球直径选下限，采取缩短燃烧和送风时间实现用高炉煤气加热之目的。若同时预热煤气和空气，理论燃烧温度高达以上，这一方面广钢高线厂步进梁蓄热式加热炉做了有益的成功的尝试。

　　结语和是球式热风炉用耐火球的理想球径。在耐火球材质应选用高荷重软化温度，较大密度和比热大的镁铝铬球及低蠕变球。