1热风炉基本构造
热风炉的燃烧室由炉墙围成空塔结构，炉墙内侧砌有一层耐火砖，外侧有1~2层保温砖和缓冲填料。底部的燃烧器使引入的煤气和助燃空气充分混合，在燃烧室内燃烧，产生的高温气体导致蓄热室拱顶，再分配到所有格孔中去加热格子砖。燃烧室上部开有热风出口，并接有热风阀、热风管送出热风。
蓄热室的炉墙里砌满蓄热的格子砖，格子砖的格孔上下贯通，孔型有圆形、矩形，矩形孔长短边交错砌筑，以加强对流热交换的效果。蓄热室内格子砖全部支撑在耐热铸铁的支柱和炉箅子上，炉箅子与格子砖的孔眼要对应。热风炉废气在支柱间汇集，从烟道排出；鼓风从冷风口引入，在支柱间分配到所有的格孔，并加热格孔。
1.1热风炉炉型
根据热风炉的燃烧室和蓄热室的布置结构不同，热风炉一般可分为内燃式、外燃式和顶燃式3种形式（图1.11）。目前3种热风炉在我国并存。内燃式热风炉分为普通内燃式和霍戈文（DanieliCorus）改进型内燃式热风炉；外燃式热风炉分为地得式、考柏式和马琴式；顶燃式热风炉分为卡卢金（Kalugin）顶燃式和山东冶金设计研究院改进型顶燃式热风炉。
图1热风炉炉型示意图
找耐火材料网相比内燃式热风炉（包括改进型）和外燃式热风炉，顶燃式热风炉结构对称，工程量小、占地少、投资和维护费用低，最为简约合理。壳体内面积有效利用最高，大墙内的断面%用于蓄热。较低的拱顶温度便可以实现高风温和长寿命，耐火材料的工作条件明显改善，可同时做到高风温和长寿命。近年来，我国新建的高炉中已有相当的比例选择了顶燃式热风炉，为了提高温度，内燃式热风炉改造为顶燃式成为了首选。顶燃式热风炉已成为热风炉技术发展的主要方向。
改进型内燃式热风炉的燃烧室与蓄热室纵向平行设计在一个壳体内，大墙内用于蓄热的面积仅为约67%；耐火材料的工作条件较差，质量要求高。
外燃式热风炉燃烧室外置，占地面积大，耐火材料和钢材的消耗量大，基建工程量大，投资高。采用联络管与蓄热室相连，结构复杂，耐火材料尤其是拱顶联络管、联络管端口、陶瓷燃烧器等制造困难、复杂、造价高。炉体结构受力不均匀，实现长寿命较困难。
2.我国热风炉的发展
（1）年代以来，热风炉主要是传统的普通内燃式热风炉，至今许多中小型高炉还在使用普通型内燃式热风炉。年霍戈文改进型内燃式热风炉在欧美等国家得到成功应用。改进型热风炉是对传统的内燃式热风炉的重大改进和优化，也称为高风温长寿热风炉，年后引入我国。霍戈文改进型内燃式热风炉的关键技术是：使砌体结构有可靠的高温稳定性。热风炉拱顶砌砖形状设计为悬链线形，改善砌体受力条件，增加结构稳定性，同时有利于高温烟气流在蓄热室端面上的均匀分布；拱顶与大墙砖脱开，其载荷由炉壳承受，使两者的膨胀互不影响，改善了拱顶砌体的受力状态；采用矩形陶瓷燃烧器确保煤气与空气充分均匀混合，消除了燃烧脉动并提高了蓄热室的有效面积；高温区采用硅砖。目前平均风温在~℃。
（2）外燃式热风炉是顶燃式热风炉的进化和发展，外燃式热风炉将燃烧室移到炉外，燃烧室和蓄热室纵向平行设置在两个筒体内，拱顶用联络管连接；拱顶和燃烧室顶部连接方式的变化形成了不同的外燃式热风炉。起初的炉型为地得式（DIDER）、马琴式（MP，MatiaandPagenstecher）和考柏式（Koppers）。后来新日铁在马琴式和考柏式的基础上开发了新日铁式（NSC）。新日铁式热风炉的主要特点是：蓄热式拱顶与燃烧室拱顶结构对称，烟气在蓄热室中分布均匀，传热效率高。发展到现在，外燃式热风炉主要有地得式和新日铁式两种。目前在我国宝钢均为新日铁式热风炉，近年来新建的天钢m3、太钢m3、鞍钢10号m3、马钢两座m3高炉均采用了新日铁式外燃式热风炉；鞍钢鲅鱼圈m3、沙钢m3高炉采用了地得式外燃式热风炉。外燃式热风炉的拱顶温度达到~℃，送风温度可达~℃。
（3）年以来顶燃式热风炉在我国得到高度重视并迅速推广，采用的专利技术主要是卡卢金顶燃式和山东冶金设计研究院的改进式顶燃热风炉。顶燃式热风炉可以理解为外燃式热风炉的一种特殊形式，即把燃烧室缩短至极限后把燃烧室倒置的结构。顶燃式热风炉自上而下主要由预混室、燃烧室（拱顶）、蓄热室3部分组成，具有结构简单、稳定性好、气流分布均匀、布置紧凑、占地面积小、投资省、寿命长等优点。煤气、空气经预混室混匀后直接在拱顶内燃烧，高温热量集中，热损失小，热效率高，较低的拱顶温度就可以获得高的风温。耐火材料的工作条件得到了大大的改善，上部温度高，荷重小；下部温度低，荷重大，配置的耐火材料品种明显减少，组合砖数量及复杂程度显著降低，硅砖得到大量应用。目前全世界共有多座热风炉采用了顶燃式热风炉；我国多采用山东冶金设计研究院设计的顶燃式热风炉，目前在莱钢、泰钢、通钢、攀钢、杭钢、凌钢、重钢等钢厂有应用；采用卡卢金式的有：莱钢、济钢、天钢、湘钢、唐钢、安钢、曹妃甸等钢厂的部分热风炉。
2.1热风炉用耐火材料的发展
20世纪50年代以前，高炉送风温度为℃左右，热风炉蓄热体使用的是黏土砖。60年代由于风温达到了0~1℃，黏土砖已不能作为热风炉蓄热体材质了，因此改用了高铝砖。70年代，由于送风温度进一步提高到℃，此时使用高铝砖也发生了问题，例如：格子砖发生下沉、变形，炉墙不均匀下沉和开裂等造成热风炉蓄热室炉顶用耐火材料提出了蠕变率的要求。80年代开始，热风炉送风温度持续升高，一般风温在~℃，而热风炉和蓄热室上部比通常送风温度高出~℃，在如此高热负荷情况下，热风炉上部一般采用硅砖或~℃蠕变率低的低蠕变高铝砖。
年以后，随着高风温技术的发展，硅砖全部取代低蠕变高铝砖用于拱顶、上部高温区的蓄热室等高温部位，热风管道采用低蠕变高铝砖或红柱石砖。同时热风炉开始采用19孔或37孔格子砖取代传统的7孔和9孔砖。
3.热风炉炉衬损毁机理
因热风炉的结构形式不同，炉衬的损毁情况也有差异：内燃式热风炉最易损毁的部位是隔墙，外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室的连接过桥等高温部位。综合损毁原因主要有以下三点：
（1）热应力作用。热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下，受热应力的作用，极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松动等破坏因素，因此要求耐火材料有良好的抗热震性。
（2）化学侵蚀。由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性氧化物（氧化铁、氧化锌等），这些物质附着于砌体表面，并向内部渗透，逐渐与耐火材料发生化学反应，生成低熔物，降低了耐火材料的高温使用性能，因此要求耐火材料的纯度高，杂质含量少。
（3）机械载荷作用。热风炉是一种较高的建筑物，蓄热室下部格子砖承受的最大载荷高达0.8MPa，燃烧室下部衬体承受的载荷也达0.5MPa左右，在长期受热的状态下，砌体容易产生较大的收缩变形，严重影响热风炉的使用寿命。因比要求高温区的耐火材料抗蠕变性能好，中温区的耐火材料强度高。
4.热风炉用耐火材料的性能要求
热风炉是一种周期性重复加热、放热的热工设备；根据目前热风炉的使用情况，热风炉对蓄热材料的要求主要有以下几点：
（1）具有很好的体积稳定性，即在高温使用中不至因为内部晶相结构变化造成永久性过大的膨胀与收缩，使蓄热砖、砌筑体有很好的体积稳定性。表1.18为几种热风炉制品的体积稳定性指标。
表1.18几种热风炉制品的体积稳定性指标
找耐火材料网（2）抗高温荷重蠕变性能好。热风炉的炉役时间长达20年以上，耐火材料自重产生的负荷很大，因此要求在高温下耐火材料具有良好的抗蠕变性能。而硅砖具有极为优良的高温蠕变性能，其次是组成接近莫来石的高铝制品。
（3）有高的蓄热性能。这要求材质有高密度、高比热容。硅砖的体积密度较小，蓄热能力较差，而且在℃以下时，容易发生晶型转化，破坏材料的整体性，因此硅砖不适宜在℃以下的区域使用，另外在热风炉烘炉和停炉时也要缓慢加热或冷却，保证石英晶体的缓慢转化而不损坏材料。
（4）有较高的热导率。高的热导率可以使蓄热体在换热器周期中能以最高速度与效率进行吸热和放热。耐火材料的热导率是耐火材料非常重要的物理性能之一。材料的热导率与材料的化学组成、矿物相组成、致密度、微观组织结构和温度有关。耐火制品与热导率的关系见图1.12。在铝硅系耐火材料中，耐火材料的热导率随Al2O3含量的增加而增加；因此如果热风炉的格子砖采用蓄热能力高的高铝砖时，将可以大幅度提高热风炉的风温。
找耐火材料网图1.12典型耐火制品与热导率的关系
（5）较低的线膨胀系数。线膨胀系数是指耐火材料随温度升高体积和长度增大的性能。图1.13给出了几种常见耐火砖的线膨胀率曲线与温度的关系。可以发现在℃以前，硅砖的线膨胀率很大；超过℃后线膨胀率几乎不变。因此，硅砖的使用温度应不低于℃。