热风炉管系结构及内衬结构优化

摘要

热风炉是高炉炼铁所需的重要设备,它是提供高温高压的空气流经管道供高炉使用。然而高温高压的空气在通过管道时,热风管道多处内衬大量脱落,并相继出现烧红和漏风现象,严重影响了送风温度的提高,降低了高炉的生产效率。经研究表明,出现管道烧红和漏风的原因有两点:首先是管道内高压气流对管道壁薄弱部位冲刷,使得管道壁内衬脱落;其次就是管道受力不合理,导致管道薄弱部位受力偏大。总而言之,热风管道损坏的关键是其横向变形过大和管道的结构不合理所导致。
　　 针对管道出现的一系列问题,本文首先利用FLUENT软件对管道以及气体进行流场分析,找出高温高压的空气对管道的影响,尤其是应力的影响,从而确定管道薄弱部位,为以后的结构优化和内衬改进提供依据;其次进行管道的结构优化,主要是根据管道支座和波纹管的设计要求来对管道的整体结构进行设计,包括管道支座的布置,波纹管的选择以及内衬的改造;最后利用ANSYS软件对管道进行热应力分析,验证研究的可行性并确定技术改造方案。改进方案如下:
　　 首先是管道支座的改进,将原来支管处的拉杆去掉,改为三角架,在热风炉倒流休风管下游和斜管段下游靠转弯处分别增设2个固定支座。其实是管道补偿设计,通过不同管段选择不同补偿方式的波纹管来限制管道的走向。然后是管道拉杆的改进,将原来管道的分段拉杆改为整体拉杆,消除补偿死区,解决拉杆伸长的补偿问题。最后是管道内衬更新改造,通过热风炉管系的FLUENT仿真,结合管道内部情况,在热风主管与支管三岔口组合砖处,提出将工作层加厚、减薄非工作层、整体的厚度的不改动。
　　 通过以上改进方案,热风炉提供的风温能够高达1200℃,热风管道的变形量也能够保持在允许范围内,尤其是管道的应力集中部位,如三岔口处的变形减少95％左右,波纹管的受力降低为原来的80%左右。也就是说,管道整体的布置走向基本保持不变,管道应力集中的部位也不会有过大的变形,这样就能保证应力集中的部位不会有内衬脱落的现象发生,从而解决了管道的发红、鼓包的问题,从而保证了送风温度的要求。