【技术前沿】质量成就口碑 责任打造精品——山东永锋豫兴热风炉设计施工案例
1 热风炉燃烧室的拱顶结构设计与选材
永锋公司使用的豫兴悬链线顶燃式热风炉拱顶所构成的空间就是其燃烧室，其形状上部是以悬链线为母线旋转而成的碗状壳体,拱顶结构的下部是一定高度的圆筒壳体。悬链线拱顶的主要设计理念就是把拱顶和具有热应力的大墙结构断开，并在拱顶内衬、拱顶轻质砖、拱顶炉壳之间采用全方位的应力消除设计理念，促使耐火材料在加热后不存在应力作用，从而使其具有良好的承压能力与稳定的结构。为了拱顶结构的精确度，热风炉采用多种不同尺寸的拱顶砖型砌筑。为了拱顶的稳固性，采用相互咬合且层层相扣的耐火砖砌筑。由于燃烧室拱顶支撑在燃烧器的砌筑墙体上，为了拱脚的稳定，专门设计特种拱脚砖型结构。燃烧室拱顶最后是支撑在炉壳上，并与蓄热室大墙间釆用应力分隔的滑动式迷宫连接，以保证整个燃烧室在运行状态下的稳定，这是热风炉长期安全稳定运行的基础。
热风炉悬链线拱顶燃烧室虽然在力学上是一种自稳定结构，但在高温环境下要保持稳定还需要选择合适的耐材。由于燃烧室中烟气温度的变化与不均都会导致炉墙结构的局部改变或产生较大内应力，这常常是燃烧室损坏的根本原因，因而对材料的高温热稳定性要求较高，它既要耐高温、又要抗热震性、还要有大的耐压强度。通常要釆用荷软温度在1450℃以上、热震在20次以上、耐压强度在45MPa的红柱石高铝砖砌筑。在拱顶温度比较高且均匀稳定的条件下，采用高温热稳定性好的防粘附砖也是一种使结构稳定的选择。而选取高铝聚轻球砖就是为了能在热风温度下起到承载与保温的作用，避免热风窜入保温层使普通轻质砖熔融收缩而出现保温层失效，导致炉壳在高温下软化而失去强度，发生炉壳破裂（爆裂）与热风溢出或出现拱顶垮塌等现象。而炉墙结构从内到外分别是：高温抗粘附砖或红柱石砖作为承重砖，其厚度均为450mm；轻质硅砖GGR -1.0厚度为230mm；轻质粘土砖LG -0.8厚度为230mm；耐火纤维棉厚度为50mm（或80mm）；钢壳内为隔热的部位喷涂料厚为50mm。
2 燃烧器的结构设计与选材
永锋公司豫兴悬链线顶燃式热风炉的燃烧器采用的是煤气与空气周向交错上喷的环形陶瓷燃烧器结构，其设置在蓄热体大墙与钢壳之间温度较低的区域（温度约在500-900℃），不会直接受燃烧室高温的影响。燃烧器内温度变化特征一般是在燃烧阶段温度较低而送风阶段温度较高，唯有喷嘴部位是暴露在温度较高的燃烧室区域。应该指出，燃烧器本身是多孔与多通道的结构，存在结构应力分布不均，会在温度变化导致的热变形作用下出现结构性损坏。此外，燃烧器作为燃烧室的支撑基础，其结构的稳定性就显得更加重要。因此,从燃烧器整体结构的稳定性上考虑，一定要使用热稳定性高的耐火材料制品。豫兴公司开发的高热稳定性的抗热震砖（HRK），使燃烧器在长期温差变化下保持结构稳定而不出现局部或整体的变形与损坏。燃烧器的内墙部位（也是蓄热室内墙）釆用红柱石高铝砖（上部）和硅砖（下部）砌筑，因其耐高温、抗热震、高承压的特性，使该部位能在高温下保持结构稳定，这对处于较低温度区域的燃烧器本体结构的稳定至关重要。
3 蓄热室大墙结构设计与选材
永锋公司豫兴悬链线顶燃式热风炉蓄热体大墙的设计，考虑到其墙体的温度变化范围从上到下比较大，对耐火材料材质要求各不相同。同时，炉壳的钢结构承载着燃烧室与燃烧器的重量，蓄热室大墙的荷重主要是自身重量及相关热应力。因此，在满足蓄热体自身承重要求和热应力承受能力的前提下，对蓄热体内层砖从上到下分别采用：高温抗粘附砖（GZF-95）、红柱石砖（HRL-65）、红柱石粘土砖（HRN -45），其厚度均为230mm；之外的各砌筑层从上到下均釆用轻质硅砖（GGR-1.0）厚度为230mm、轻质粘土砖（NG-0.8）厚度为230mm、耐火纤维棉厚度为50mm、隔热喷涂料厚度为50mm。经计算，炉身及托圈部位炉壳温度最大值约为80℃；炉身下部炉壳温度最大值为50℃以下。这样的安排与传统设计比较，其在承载能力和保温性能上均有突出的优势。
4 燃烧室与蓄热室间迷宫连接方式
永锋公司豫兴悬链线顶燃式热风炉的燃烧室虽然长期处于高温环境，但其温度变化较小，周期性体积变化比较小。但蓄热室却不同，虽然周期性温度变化不大，但长筒状结构使温差改变，引起高度方向的砖绝对热胀冷缩变化量比较大。为了保证整个炉体结构的稳定与安全，必须将燃烧室结构与蓄热室结构分开支撑。燃烧室支撑在热风炉外钢壳上，而蓄热室座落在热风炉基础上，相互之间采用迷宫滑移缝方式连接。这样燃烧室与蓄热室各自的膨胀与收缩均是自由的，相互间没有明显作用力。由于燃烧室不与蓄热室关联，在高度上的变化比较小，不会给连接的管道带来附加应力。
5 格子砖结构及其支撑结构
永锋公司豫兴悬链线顶燃式热风炉为了保证热风炉有足够的换热面积与蓄热能力，蓄热体采用格孔互通的锥孔格子砖，孔径为25mm、孔间距比为1.62、单块高度为100-120mm、完整孔数19个。格子砖从上到下按温度高低分为三段，其材质分别是：高温抗粘附质格子砖GZF-95、红柱石砖HRL-65和红柱石粘土砖HRN -45。
6 热风管内砌砖的结构设计
永锋公司豫兴悬链线顶燃式热风炉对三岔口结构进行了优化，整个管道釆用Z字型密封结构，使管道在自由膨胀时不漏风、不发红。热风管采用结构稳定且耐高温的红柱石刚玉砖（HRG-75），采用带径向子母扣和轴向“Z”字形的异型砖结构，保证在管路应力变形较大的条件下结构稳定。