隨著 能源越來越緊缺，高爐煉鐵設(shè)備的節(jié)能問題受到整個(gè)人類的高度重視。作為熱風(fēng)管線切斷設(shè)備的熱風(fēng)閥的節(jié)能問題提上議事日程。

　　1 熱風(fēng)閥特點(diǎn)

　　1.1 高溫：使用溫度1450℃

　　1.2 長(zhǎng)壽：使用壽命15～20年。

　　1.3 節(jié)能：熱風(fēng)溫度降由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的4℃降低到1.8℃。所用電能為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1/4以下。

　　1.4 少水：水量為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1/3。

　　那么，這些特點(diǎn)是靠什么來保證呢?

　　基于多年來對(duì)熱風(fēng)閥的研制經(jīng)驗(yàn)，通過大型計(jì)算機(jī)軟件對(duì)閥門的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、流場(chǎng)進(jìn)行模擬工況分析，結(jié)合現(xiàn)代高爐技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行各項(xiàng)研究。并將研究結(jié)果應(yīng)用到閥門的設(shè)計(jì)制造中去，產(chǎn)品即獲得了優(yōu)異的技術(shù)性能。

　　2 對(duì)閥門所作的各項(xiàng)研究分析

　　2.1 閥門破壞原因

　　2.1.1 閥門在開啟初期，熱風(fēng)流通面積狹小，熱風(fēng)流速增高，閥板熱負(fù)荷加大。

　　2.1.2閥板在全開狀態(tài)下，閥板下部長(zhǎng)期受熱風(fēng)渦流掃掠被吹掃出細(xì)微溝痕，逐漸產(chǎn)生微觀裂紋，裂紋遷延直至漏水。

　　2.1.3由于閥板漏水，閥體內(nèi)耐火涂料受潮大片脫落，閥體接著也發(fā)生破壞。

　　2.2 材料的破壞機(jī)理

　　為研究不同材料和防護(hù)方式的耐熱疲勞性，研制了材料熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，對(duì)材料破壞過程進(jìn)行了大量測(cè)試和研究。分析結(jié)果：

　　2.2.1材料在送風(fēng)期和燃燒期轉(zhuǎn)換時(shí)引起的低周波熱應(yīng)力循環(huán)導(dǎo)致疲勞。 圖3 疲勞試驗(yàn)檢測(cè)裝置

　　2.2.2 鋼材在高溫空氣中氧化失效。材料本身的抗氧化性、熱強(qiáng)性同樣起著重要的影響。

　　2.3 閥門溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)

　　采用三維軟件模擬仿真設(shè)計(jì)，施加等同工況的邊界條件，對(duì)其溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)作有限元法應(yīng)力分析。

　　分析結(jié)果：閥板鋼板的 溫度出現(xiàn)在外水環(huán)的兩側(cè)。 應(yīng)力同樣出現(xiàn)在閥板外水環(huán)兩側(cè)。

　　2.4 錨固釘受熱

　　采用三維軟件給閥板(有絕熱材料層)施加1450℃溫度載荷，對(duì)錨固釘?shù)氖軣嶙髁思虞d分析。

　　經(jīng)分析，錨固釘?shù)? 溫度達(dá)857℃。

　　2.5 閥門熱風(fēng)通道結(jié)構(gòu)

　　采用流場(chǎng)分析，使熱風(fēng)通道更合理，氣流對(duì)閥體內(nèi)側(cè)沖刷最小。

　　小結(jié)：管道變徑的存在有利于減小閥板下沿的氣體渦流強(qiáng)度，進(jìn)而也就減小了熱風(fēng)對(duì)閥板和內(nèi)側(cè)板的沖刷侵蝕，延長(zhǎng)閥門的使用壽命。

　　2.6 耐火襯里設(shè)計(jì)

　　分析閥門內(nèi)側(cè)板失效機(jī)理：在閥體風(fēng)道上方的大側(cè)板被熱風(fēng)產(chǎn)生的渦流長(zhǎng)時(shí)間吹掃，產(chǎn)生徑向裂紋。

　　閥門內(nèi)腔(除密封面外)搗固高阻熱性的耐火材料，既保護(hù)閥門內(nèi)腔鋼材，又阻止熱量向鋼板的傳遞，減少了熱能損失。

　　2.7 冷卻水量變化對(duì)溫度載荷幅值的影響

　　將閥板的冷卻水量由50T/h降到25T/h，分析溫度載荷的變化。

　　通過分析可以看出：50T 水時(shí)閥門鋼體的應(yīng)力值較25T時(shí)低，而應(yīng)力變化幅度則明顯的高出。也就是說，高冷卻水降低了鋼體的平均使用溫度，同時(shí)也加大了冷熱交變應(yīng)力的影響，從而加速了鋼體的熱疲勞。因此，在原有的基礎(chǔ)上，保證閥門達(dá)到設(shè)定的冷卻效果的前提下，適當(dāng)?shù)慕档烷y門的冷卻水用量，對(duì)提高閥門的使用壽命是有好處的。

　　小結(jié)：疲勞是變化的載荷的時(shí)間效應(yīng)。應(yīng)力幅減小，可以緩解熱疲勞。適當(dāng)降低單位時(shí)間的冷卻水量可以降低溫度載荷的變化幅值，進(jìn)而降低交變熱應(yīng)力的應(yīng)力幅，緩解熱疲勞，提高閥門使用壽命。

　　3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1 大剛度、小水腔設(shè)計(jì)。保證冷卻強(qiáng)度，減少冷卻水帶走的熱量。

　　3.2 閥門內(nèi)腔(除密封面外)搗固高強(qiáng)、輕質(zhì)耐火襯里，配合絕熱材料，降低熱負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能效果。

　　3.3 熱風(fēng)通道合理設(shè)計(jì)成變徑結(jié)構(gòu)。減少熱風(fēng)對(duì)閥板下沿的沖刷。

　　3.4 關(guān)鍵部位耐熱合金鋼整體壓延成型，接觸熱風(fēng)部位無焊縫裸露。提高閥門耐熱疲勞性能和抗高溫氧化性能。

　　4　材料保障

　　4.1 鋼材

　　鋼材的選擇從以下三方面考慮：鋼材的耐熱疲勞性;鋼材的抗氧化性;鋼材的可焊性：碳當(dāng)量≤0.35

　　關(guān)鍵部位采用低合金耐熱鋼鍛件。

　　4.2焊接材料

　　選擇與母材相匹配的焊材焊接，等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

　　4.3錨固釘材料

　　錨固釘選擇耐高溫合金材料。

　　4.4耐火襯里

　　耐火襯里采用高性能耐材組合使用：(低水泥莫來石澆筑料 +輕質(zhì)莫來石澆筑料 +絕熱材料)

　　? 耐材的耐火度：1750℃

　　? 耐材的壽命：>15年(使用溫度1450℃)

　　絕熱材料的使用溫度：1200 ℃

　　5 熱風(fēng)閥節(jié)能、節(jié)水量比較

　　熱風(fēng)閥的冷卻水是在水道中循環(huán)的水，它是被循環(huán)利用的，并不是流失掉的。減少熱風(fēng)閥的冷卻水量，只是節(jié)省了水泵的電能和冷卻水升溫帶走的熱能。 圖3 節(jié)能節(jié)水量比較

　　將閥門冷卻水量降低到原來的1/2、水速減少到原來的1/2，根據(jù)能量公式E=0.5mv2，熱風(fēng)閥閥門供水系統(tǒng)每小時(shí)消耗的電能將減少到原來的1/8。

　　適當(dāng)?shù)哪突鹜繉拥脑O(shè)置使熱風(fēng)溫度降由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的4℃降到1.8℃。

　　6 結(jié)語

　　高溫長(zhǎng)壽節(jié)能熱風(fēng)閥產(chǎn)品，主要是通過多種現(xiàn)代技術(shù)和手段的運(yùn)用，對(duì)熱風(fēng)閥的冷卻、傳熱機(jī)理有了的深刻的了解和認(rèn)識(shí)，形成了較完整的理論體系。同時(shí)，采用了大量新型專用材料和新技術(shù)、新工藝，從而使其產(chǎn)品不但能夠承受較高的風(fēng)溫，具有較長(zhǎng)的壽命，且具有顯著的節(jié)能效果。