秦冶节能型热风阀技术的研究与实践

张勇　肖奎军

摘 要：概述节能型热风阀产品在材料和冷却机理上的技术研究成果，介绍基于该研究成果的产品在太钢

4 350 m3高炉、韩国现代4 350 m3高炉、宝钢湛江5 050 m3高炉、首钢京唐5 500 m3高炉工程应用情况和效果。

关键词：节能型热风阀；隔热材料；雷诺数；工程应用；寿命

RESEARCH AND PRACTICE OF QINYE ENERGY-SAVING HOT BLAST VALVE TECHNOLOGY

Zhang Yong    Xiao Kuijun

（Engineering Technical Research Centre for Metallurgical Equipments of Hebei Province， Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd.    Qinhuangdao    066318， China）

Abstract：This paper provides an overview of the technical research results of energy-saving hot blast valve in terms of materials and cooling mechanisms， and introduces the application and effect of the products based on the research results in 4 350 m3 blast furnace of TISCO， 4 350 m3 blast furnace of Hyundai Steel Co， 5 050 m3 blast furnace of Zhanjiang Iron&Steel ， and 5 500  m3 blast furnace of Shougang Jingtang Iron&Steel.

Key words： lenergy-saving hot blast valve;thermal insulation material; reynolds number; engineering application;life

0    引    言

随着高炉炼铁技术在资源利用、高炉长寿、节能和环境保护等领域的不断深入发展，提高设备效率，降低能耗，减轻污染，加强资源回收利用，实现可持续发展，成为了炼铁设备发展的方向。作为高炉热风炉系统中的关键核心设备—热风阀的节能性能、长寿性能也随之成为产品技术提升的新方向。

热风阀作为热风管线上关键切断设备，其可靠性一直备受钢铁厂关注，但其巨大的用水量也备受设计院和钢铁厂的诟病，因此低耗水量高可靠性的长寿热风阀成为了设计院和钢铁厂的首选。随着我国材料工业的长足进步，尤其是隔热材料、耐热材料、耐热钢等大量新型专用材料性能和新技术、新工艺日益提高，使热风阀在低水量下可靠工作的技术可行性得到论证。另外，现代CAE分析技术的工程实践应用，热风阀的热交换过程模拟得以实现，其冷却机理日趋完善。因此，通过以上两方面的深入研究，可使热风阀产品不但能够承受较高的风温，具有较长的寿命，且具有显著的节能降耗效果。

秦皇岛秦冶重工有限公司作为国内最早研制高炉炼铁热风炉系统阀门的企业，尤其是在热风炉关键核心设备热风阀产品，拥有深厚的产品设计、制造、工程应用等多方面的技术基础。经过十余年的研究与实践，推出的节能型热风阀产品在长寿性、可靠性得到了用户充分认可，这进一步验证了节能型热风阀设计理论的正确性。

1    节能型热风阀材料技术研究

节能型热风阀设计思路是通过减少冷却水量实现自身能耗减小，并同时减少冷却水对热风温度的影响。冷却水量减少导致冷却能力的降低，这将大大增加阀门主体钢结构的热负荷，对阀门寿命和稳定性产生极大影响，因此合理选择材料，尤其是耐热材料和隔热材料，对于设计节能热风阀尤其重要。而阀门密封面的冷却是保证阀门功能实现的重中之重，因此合理设计密封面冷却结构形式是节能型热风阀技术研究的核心内容。

为研究不同耐火材料和隔热材料的隔热效果，采用试验和有限元模拟分析结合的方法进行了隔热材料的研究，为研究各种钢材、耐材和焊材等的耐热疲劳性，通过材料热疲劳试验机实对各种材料破坏过程进行了大量测试和研究[1]，总结了节能热风阀选材原则，见表1。

2    节能型热风阀冷却机理研究

热风阀在工作状态下，如图3所示，阀体密封面水腔部分、阀板密封面外水圈部分无耐火材料隔热，钢结构直接暴露在1 250 ℃以上的热风环境中的，工况最恶劣，其冷却状况直接影响阀门的性能与寿命。

节能热风阀通过少量冷却水保证关键密封部位的冷却，因此合理的密封面水腔是热风阀水冷结构设计的关键。传统的热风阀密封面水腔设计基于水流速设计，参考文献中提出与密封面水腔水流速1.5～2.0  m/s[2]，这种设计方法只能粗略地估算设计流道截面，对于流道结构设计指导性不强。查阅相关文献资料[3]，热风阀的冷却换热形式属于单向流体管内受迫对流换热，要实现好的冷却效果，需要较大的换热系数k。由换热系数计算公式可知，雷诺数Re是影响换热系数的关键因素，利用雷诺数Re判定流动形式，进而判断冷却效果更准确。因此引入雷诺数判定密封面水腔冷却效果，当

为进一步改进冷却水道布置，优化水道截面形状，优选耐热和隔热材料，实现节能热风阀要求的少量冷却水满足冷却要求，并保证阀门的长寿命使用，明确节能热风阀阀体和阀板钢基体温度，尤其是密封处水腔温度分布情况十分必要。根据前面确定的密封面水腔雷诺数和截面相关数据可计算出密封面水腔的换热系数，为密封面水腔热分析提供边界计算条件。利用有限元热分析软件可对热风阀的温度和热流密度进行模拟，如图5所示为通径

3    节能型热风阀工程应用情况

节能型热风阀从2008年开始立项研发，初期产品阀盖、阀体采用少水量全水冷结构形式，如图6a所示，主要工程应用案例为首钢京唐5 500 m³高炉的8台DN1900节能型热风阀，自2008年投产以来已在线稳定运行超过8年。后期随着隔热材料的不断研究深入和使用，新型节能型热风阀阀盖采用了无水冷结构形式，阀体除密封面处都采用了无水冷结构形式，水量进一步减少，如图6b所示结构，主要工程应用案例为韩国现代5 500 m³高炉的8台DN1800节能型热风阀、太钢4 350 m³高炉的4台DN1800节能型热风阀、宝钢湛江5 050 m³高炉的8台DN1800节能型热风阀，这些投产的产品使用工况、用水量和运行情况见表3。

4    结    语

秦冶重工经过十余年的研究与实践，推出的节能型热风阀产品在长寿性、可靠性得到了用户充分认可，进一步验证了节能型热风阀在材料研究、冷却机理研究上的正确性。

参考文献

[1]    邢卫平，孟翠娥.现代大型高炉热风阀高温长寿节能技术[J].通用机械，2011（5）：38-41+89.

[2]    时彦林. 冶炼机械［M］. 北京：化学工业出版社，2004．

[3]    李长友，钱东平. 工程热力学与传热学［M］. 北京：中国农业大学出版社，2004.