煙罩是礦熱爐的重要組成部分。早期使用的開(kāi)放式礦熱爐爐口直接暴露在空氣中，機(jī)械化程度低，對(duì)環(huán)境污染大，工人勞動(dòng)條件差。直接的改進(jìn)方法是在爐口正上方懸掛一個(gè)集氣罩，即高煙罩。高煙罩為懸掛式鋼結(jié)構(gòu)，直徑與礦熱爐口直徑相同。高煙罩底部與爐口操作平面之間有一定的工人操作空間。高煙罩的使用在一定程度上抑制了生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)吸煙和改善操作條件有一定的影響。
隨著礦熱爐技術(shù)的不斷發(fā)展，廠家普遍通過(guò)技術(shù)改造或更新將爐型改為半封閉低煙罩。與高煙罩相比，低煙罩具有引用水冷系統(tǒng)等非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了煙罩的外部溫度，降低了對(duì)周圍的熱輻射，提高了設(shè)備的使用壽命;設(shè)置爐門，不僅可供加料、撥料、搗爐操作，還可減少冷空氣進(jìn)入，調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度;短網(wǎng)母線直接安裝在水冷蓋上方，縮短了母線的長(zhǎng)度，有利于降低功耗;煙氣量和溫度的降低有利于凈化和余熱利用。
礦熱爐矮煙罩可設(shè)計(jì)為圓形、六邊形、八邊形、十邊形或多邊形。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，大致分為耐火混凝土結(jié)構(gòu)、全金屬水冷結(jié)構(gòu)、金屬水冷骨架和耐火混凝土混合結(jié)構(gòu)。
耐火混凝土結(jié)構(gòu)的低煙罩在操作平臺(tái)上，由于不使用金屬結(jié)構(gòu)部件，無(wú)需考慮絕緣和隔磁問(wèn)題;但該低煙罩自重大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，使用壽命短，已基本消除。
全金屬水冷結(jié)構(gòu)低煙罩采用金屬水冷骨架作為爐蓋的承載支架，骨架之間放置水冷蓋板，蓋板內(nèi)固定隔水擋板;連接處等關(guān)鍵部位采用不銹鋼防磁。該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，維護(hù)方便，但生產(chǎn)成本增加，焊縫多，骨架容易漏水，維護(hù)困難。由于全金屬水冷管結(jié)構(gòu)煙罩在煉鋼爐中的成熟應(yīng)用，一些科研單位已成功應(yīng)用于礦熱爐，使用效果良好。
混合結(jié)構(gòu)的低煙罩也采用金屬水冷骨架作為爐蓋的承載支架，將水冷蓋板放置在骨架之間，蓋板內(nèi)部固定隔水擋板。不同的是，耐火混凝土材料被噴涂或搗毀在蓋板內(nèi)部。這樣，金屬骨架就支撐了耐火混凝土材料和水冷蓋板的重量，同時(shí)承受了電極控制器帶來(lái)的附加力，形成了剛性的整體爐蓋。為了減少渦流損失，爐蓋靠近電極的區(qū)域采用防磁金屬材料，也可以采用水冷骨架的整體混凝土形式。其優(yōu)點(diǎn)是金屬材料消耗減少，成本降低;焊縫受耐火混凝土層保護(hù)，減少漏水現(xiàn)象;煙罩的使用壽命進(jìn)一步提高。缺點(diǎn)是骨架漏水仍然存在，維護(hù)不方便。
國(guó)外冶金工業(yè)發(fā)展較早，礦熱爐設(shè)計(jì)水平相當(dāng)成熟。其中，德馬格、克虜伯、?？系裙镜募夹g(shù)反映了當(dāng)今世界礦熱爐技術(shù)的較高水平。德馬格公司的低煙罩爐蓋結(jié)構(gòu)采用管框架，管間結(jié)合耐火混凝土，爐蓋內(nèi)表面掛許多銅線，提高爐蓋壽命，在絕緣、隔磁等方面也有獨(dú)特的設(shè)計(jì)。日本鐵合金生產(chǎn)企業(yè)采用多邊形全金屬低煙罩爐蓋，結(jié)合活動(dòng)水冷蓋板，便于維護(hù)和更換。
礦熱爐矮煙罩
目前國(guó)內(nèi)使用的低煙罩多為混合結(jié)構(gòu)。以水冷金屬梁為骨架，以耐火混凝土為保護(hù)層，包括支架、側(cè)墻、操作門、排煙孔等部分的混合低煙罩，如圖1所示。金屬骨架支撐由嵌入3個(gè)防磁電極孔圈、多個(gè)進(jìn)料孔圈的大環(huán)和多個(gè)水冷支管組成，采用防磁不銹鋼管和鍋爐鋼管。每個(gè)電極孔圈與周圍進(jìn)料孔圈和部分水冷支管形成循環(huán)冷卻水路。每個(gè)水冷支管用T形鋼板加固連接，每個(gè)孔圈和水冷支管在同一平面上。柱子、底板直接壓在絕緣板上，“坐”在地板土建環(huán)梁上。耐火混凝土層采用高耐火鋁鉻渣為骨料，整體澆筑，保護(hù)整個(gè)頂蓋骨架。支架由空心鋼柱和回水管組成，不僅支撐著低煙罩的重量，還形成了操作門和側(cè)墻的框架。側(cè)墻一般采用耐火磚，操作門在電極大面上打開(kāi)。根據(jù)爐蓋和側(cè)墻的位置，排煙孔分別與煙囪或爐氣除塵回收設(shè)備相連。根據(jù)實(shí)際情況，在爐蓋上方開(kāi)設(shè)煙道孔和進(jìn)料管口。該結(jié)構(gòu)具有耐火性好、抗變形、承載強(qiáng)度大、功耗低、投資少、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
整體結(jié)構(gòu)混合低煙罩
某12.5MV·A半密閉礦熱爐冶煉硅鐵車間低煙罩及爐口操作平臺(tái)如圖2所示。
12.5MVA半密閉礦熱爐冶煉硅鐵車間低煙罩及爐口操作平臺(tái)
這種結(jié)構(gòu)形式的缺點(diǎn)是耐熱混凝土整體澆筑后難以改變工藝參數(shù);在使用中發(fā)現(xiàn)，由于骨架漏水，該結(jié)構(gòu)的熱停爐時(shí)間較長(zhǎng)(占所有熱停爐時(shí)間的50%~86%);耐火混凝土層長(zhǎng)期使用后會(huì)脫落;煙罩對(duì)地絕緣性差，易漏電。因此，在實(shí)踐中出現(xiàn)了多種改進(jìn)。由于骨架是整個(gè)爐蓋的關(guān)鍵部位，需要足夠的剛度、強(qiáng)度、抗磁性和絕緣性能，部分廠家將骨架設(shè)計(jì)為“中心凸骨架”，即保持骨架水圈、加料圈、水冷支管連接在同一平面布置不變，將三個(gè)電極孔圈和中心管孔圈提高一定高度(超過(guò)原平面50~100mm)，形成中心突出的連接方式。電極孔圈采用防磁性好的不銹鋼材質(zhì)，輻射骨架水冷支管、大水圈、三角肋板采用T型鋼板與20G鋼管相結(jié)合，加強(qiáng)受力部位的機(jī)械強(qiáng)度。其余進(jìn)料孔圈采用普通低碳鋼(Q235)，關(guān)鍵部位采取隔磁措施，如圖3所示。
密封固定混凝結(jié)絕緣示意圖
支撐地面的方式改為密封固定混凝打結(jié)絕緣，放置在爐殼法蘭內(nèi)，鋪設(shè)硅酸鋁纖維氈和高鋁耐火磚。各柱通過(guò)底板按角度固定焊接，用高鋁水泥按比例混凝打結(jié)，實(shí)現(xiàn)地面絕緣。骨架內(nèi)采用整體打結(jié)耐火混凝土，厚度為280~340mm，耐火打結(jié)材料與構(gòu)件底部、孔圈厚度為40~60mm，形成“水冷金屬-耐火混凝保護(hù)”的混合結(jié)構(gòu)。它可以將骨架與爐氣的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，既減少了爐氣對(duì)骨架的腐蝕破壞，又起到了緩解溫差和隔熱的作用，具有良好的相對(duì)相、相對(duì)絕緣性能。由于改善了煙罩骨架的應(yīng)力結(jié)構(gòu)、絕緣和冷卻方式，大大延長(zhǎng)了爐蓋的使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。中心凸骨架如圖4所示。
中心凸骨架
由于骨架的存在，漏水將永遠(yuǎn)不可避免，只有取消骨架才能徹底消除漏水。因?yàn)槿嚯姌O在極心圓周上是120°星形對(duì)稱布置，任何兩相電極之間的圓心角為120°扇形，所以有些廠家取消了骨架，設(shè)計(jì)了三個(gè)圓角為120°扇形組裝爐蓋。取消骨架后，水冷蓋板和骨架合二為一，爐蓋無(wú)疑會(huì)起到骨架和密封的雙重作用。除了自身重量外，爐蓋的剛度和水路設(shè)計(jì)尤為重要，特別是在控制器(大套)升降過(guò)程中產(chǎn)生的徑向推力和垂直摩擦。為了使冷卻水在水冷板中強(qiáng)制流動(dòng)，減少結(jié)垢對(duì)煙罩的影響，應(yīng)減少水路設(shè)計(jì)中的死角和回路，但也應(yīng)確保冷卻水流過(guò)煙罩的各個(gè)部位。水路隔板可沿徑向設(shè)置為散射狀，使隔板不僅是水冷板的加強(qiáng)肋，也是扇形循環(huán)水路的隔板。如圖5所示，爐蓋的設(shè)計(jì)分為兩部分，包括不銹鋼制造的電極孔，以及普通碳鋼制造的外部。使用不銹鋼是為了達(dá)到隔磁的目的，而普通碳鋼可以解決爐蓋漏水的問(wèn)題。兩部分的冷卻水分別流動(dòng)，每部分的冷卻水單獨(dú)進(jìn)出，改變了過(guò)去所有骨架與蓋板水路串聯(lián)的不合理結(jié)構(gòu)。低煙罩在實(shí)際生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用效果，基本解決了爐蓋漏水問(wèn)題，三年內(nèi)未發(fā)生爐蓋漏水引起的熱停爐事故。
