摘要 最新的高炉铁水冶炼采用热风管道输送加热炉产生的高温煤气，热风管道受到高温作用会产生热机耦合变形，同时管道内高压气流不断冲刷管道壁薄弱部位，易导致热风管发生烧穿、管壁下沉等安全问题，因此，研究热风管道的热机耦合变形并以此为指导设计热风管道一直是国内外高炉冶铁的关注焦点。谭玲玲、李东生等对热风管道选用的材料进行了研究，并提出了耐火砖块、热风管外壁的材料参数指标；唐耀、丁汝才、吴启常等对热风管道的结构、受力情况进行了分析，重点关注管道内的热风气流对总管-支管三岔口的热冲击及其可能引起的变形，认为盲板力和各向膨胀位移是引起三岔口事故的重要原因；赵杨、陈辉等还指出热风管道的安装对其后续服役时长也有影响，提出了一系列安装时应当注意的问题；陈秀娟、李华、李竺青、高坡等在理论分析的基础上，进行了有限元软件仿真研究，通过建立热风管道温度场、应力场的耦合模型，计算了三岔口处的风管变形，为研究三岔口处大变形提供了仿真依据。本文在吸收前人工作经验的基础上，提出了新的见解，并将以此为指导开展后续研究工作。
关键词 高炉热风管系 温度场 耦合场 变形
引言
近年来，钢铁行业发展迅速，为响应国家对炼钢行业高产量向高质量发展的要求，保证热风炉的稳定工作是非常重要的。而随着对钢材质量要求的提升，热风炉产生的热风风温也需要随之上升，从而对热风管道在高效、节能、安全等方面的设计提出了更高的要求。通常情况下，一座高炉有3到4个热风炉为其供气，因此在设计上，热风管会较长，需要采用固定支座、滑动支座和弹簧支座复合支撑。正常工况下，外金属管温度不应高于90℃。某厂2号高炉热风管经常发生三岔口管壁烧穿、三岔口管壁下沉严重、三岔口附近水平位移过大等问题，引起严重的安全问题。因此，必须找到事故问题的原因。
本文针对现有问题进行热机耦合分析，结合实际工况，对热风管结构提出设计改造方案。对于提出的热风管设计改造方案，需对热机耦合变形进行分析，检验改造设计方案的合理性。
热风管安全问题原因分析
热风管道烧红、漏风甚至崩裂已成为我国一些热风炉进一步提高风温的一大障碍,某厂高炉热风管经常发生三岔口管壁烧穿、三岔口管壁下沉严重、三岔口附近水平位移过大等问题，首要任务就是弄清出现上述问题的根源所在。笔者查阅相关文献将产生上述问题的原因归结为三类：热风管道选材问题、热风管道系统结构问题、热风管道安装及使用问题，这三类原因在具体情况中可能协同作用，导致热风管服役时间急剧缩短，本文对这三类原因分别进行了阐述说明。
热风管道选材问题
谭玲玲等[1]在研究高风温长寿热风管系技术时指出，应严格控制耐材质量，尤其是要让耐火砖高温蠕变性能和热震稳定性能满足实际生产需求，否则易发生热风总管顶部耐火砖层向下塌陷呈“苹果”形、耐火砖层环形完整但顶部耐火砖开裂断落等现象。
李东生等[2]对耐火砖的搭砌进行了研究，认为在高风温条件下,以往采用的标准砖的体积膨胀量增大,局部的不均匀膨胀可能造成砖间接触面相对位移，同时温度波动会使砌体产生蠕动。在各因素的共同作用,严重时就导致砌体掉砖,管道砌体破坏。故而在选择耐火砖时，需选择带沟槽的锁扣结构砖，即使出现上述的位移或蠕动,这种砖型也可由该锁拱结构锁住砌砖, 消除由上述原因造成的破坏。
热风管道系统结构问题
唐耀等[3]结合对某高炉热风管系的现场实际勘察指出，热风炉本体及热风支管在开炉升温过程中的轴向位移会迫使热风主管发生横向移动;在热风炉升温后,伴随热风炉工作状态的交替(送风→燃烧、燃烧→送风),主、支管三岔口仍处于来回波动状态。三岔口部位的耐材不稳定,容易出现形变、错位、裂纹、脱落,导致三岔口管壳温度超标、发红、变形、开裂。
丁汝才[4]通过在首秦公司日常生产过程的巡检观察，分析认为热风支管与热风总管三叉交接位置组合砖主要受到热风总管盲板应力、热风支管拉伸应力相互作用,引起了各向位移和应力不均一而发生破坏。在进行砖衬设计时不仅要考虑结构的整体性,还要考虑各向膨胀位移所带来的热应力破损。
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