本发明涉及工业窑炉技术领域，具体的是一种四段式顶燃热风炉。
背景技术：
热风炉是高炉炼铁生产的主要设施之一，其主要作用是向高炉连续不断的提供热风。近几年，顶燃式热风炉以其风温高、占地面积小、投资省等优点越来越受到业界内的青睐，被广泛应用于各级别高炉。
随着顶燃式热风炉的广泛应用，其结构上的一些弊病逐渐显现出来，主要表现为：1、由于燃烧室拱顶大墙直接砌筑在直段大墙之上，沿燃烧室大墙顺行而下的高温烟气在蓄热体上表面的分布不均匀，一般四周气流强度大、中心气流强度小，导致蓄热体的利用率低、局部蓄热体被高温烟气流烧坏甚至下沉；2、热风出口设置在直段大墙侧壁上，上面直接砌筑拱顶大墙，导致热风出口组合砖承受上部大墙的重力很大，结构不稳定、极易发生坍塌。
技术实现要素：
为了解决现有热风炉炉体结构不合理的问题，本发明提供了一种四段式顶燃热风炉，该四段式顶燃热风炉在燃烧室与蓄热室之间增加了整流室，设置在整流室大墙顶部的整流砖能够对燃烧生成的高温气流进行整流再分配后进入蓄热体内，确保进入蓄热体内的高温烟气分布均匀，提高了蓄热体的利用率，同时也有利于提高风温和延长热风炉的使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四段式顶燃热风炉，所述四段式顶燃热风炉由从上向下依次设置的燃烧器、燃烧室、整流室和蓄热室组成，燃烧器上设有燃气进口和助燃空气进口，整流室上设有热风出口，蓄热室内设有蓄热体，蓄热室的下部设有冷风进口和烟气出口。
燃烧器内的燃烧器大墙与燃烧室内的燃烧室大墙相互分离，燃烧室内的燃烧室大墙与整流室内的整流室大墙相互分离，整流室内的整流室大墙与蓄热室内的蓄热室大墙相互分离。
所述四段式顶燃热风炉的外部设有炉壳，燃烧器大墙的下端设有用于支撑燃烧器大墙的第一支撑结构，燃烧室大墙的下端设有用于支撑燃烧室大墙的第二支撑结构，整流室大墙的下端设有用于支撑整流室大墙的第三支撑结构，该第一支撑结构、第二支撑结构和第三支撑结构均固定于炉壳的内表面。
该第二支撑结构含有上下设置的环形托砖板和支撑板，环形托砖板的外侧边与炉壳的内表面连接固定，燃烧室大墙的下端与环形托砖板的上表面接触，支撑板呈圆筒状，支撑板的上端与环形托砖板的下表面连接固定，支撑板的下部与炉壳连接固定。
炉壳、环形托砖板和支撑板围成环形封闭空腔，该环形封闭空腔内充满导热材料，整流室大墙的上端位于支撑燃烧室大墙的下端内，整流室大墙的上端的外表面为阶梯形结构，燃烧室大墙的下端的外表面为阶梯形结构，燃烧室大墙与整流室大墙之间的间隙内充满耐高温的可压缩材料。
燃烧室为圆锥台状，燃烧室大墙的上端位于燃烧器大墙的下端内，整流室大墙的上端位于支撑燃烧室大墙的下端内，蓄热室大墙的上端位于整流室大墙的下端内，整流室大墙的上方设有整流砖。
整流砖含有依次连接的上侧面、上斜面、内侧面、下侧面和外侧面，上侧面和下侧面均平行于水平面，内侧面与外侧面平行，外侧面与下侧面垂直，上斜面与下侧面之间的夹角小于45°，上侧面和上斜面内均设有开口朝上的上凹槽，上凹槽沿整流室的直径方向开设，沿整流室的直径方向，上斜面的长度为上侧面长度的3倍至5倍。
所述四段式顶燃热风炉的外部设有炉壳，蓄热室内的蓄热室大墙外套设有隔热层，隔热层位于蓄热室大墙的上部，隔热层位于整流室内的整流室大墙的下方，隔热层位于蓄热室大墙和炉壳之间。
蓄热室的底部设有耐热混凝土底板，蓄热室内的蓄热室大墙的重量由耐热混凝土底板承担，蓄热室内设有炉箅子，蓄热室的内型空腔被炉箅子分隔形成上蓄热空腔和下蓄热空腔。
蓄热体位于该上蓄热空腔内，该下蓄热空腔内设有多个直立的支柱，支柱的上下两端分别与炉箅子和耐热混凝土底板连接固定，蓄热室的下部还设有冷风进口，冷风进口和烟气出口均与该下蓄热空腔连接。
本发明的有益效果是：
1、在燃烧室与蓄热室之间增加了整流室，设置在整流室大墙顶部的整流砖对燃烧生成的高温气流进行整流再分配后进入蓄热体内，确保进入蓄热体内的高温烟气分布均匀，提高了蓄热体的利用率，同时有利于提高风温和延长热风炉的使用寿命。
2、四段式大墙结构均独立支撑在与炉壳连接的托砖板或炉底板上，每段大墙均能够自由上涨而不影响相邻的大墙砖，结构独立、稳定性好，有利于热风炉寿命的延长。
3、热风出口位于独立设置的整流室大墙侧壁上，热风出口组合砖不用承受下部蓄热室大墙上涨引起的抬升挤压和上部燃烧室大墙的重力，受力简单，稳定性更好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述四段式顶燃热风炉的示意图。
图2是图1中a部位的放大示意图。
图3是图1中b部位的放大示意图。
图4是图1中c部位的放大示意图。
图5是图1中沿d-d方向的剖视示意图。
图6是炉砖的立体示意图。
图7是整流砖的主视图。
图8是整流砖的俯视图。
1、燃烧器；2、燃烧室；3、整流室；4、蓄热室；5、炉壳；
11、燃烧器大墙；12、燃气进口；13、助燃空气进口；
21、燃烧室大墙；22、环形托砖板；23、支撑板；24、导热材料；25、耐高温的可压缩材料；
31、整流室大墙；32、整流砖；33、热风出口；
321、上侧面；322、上斜面；323、内侧面；324、下侧面；325、外侧面；326、上凹槽；
41、蓄热室大墙；42、隔热层；43、冷风进口；44、烟气出口；45、蓄热体；46、支柱；47、耐热混凝土底板；48、气体分布室；49、炉箅子。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种四段式顶燃热风炉，由从上向下依次设置的燃烧器1、燃烧室2、整流室3和蓄热室4的四个部分组成，燃烧器1上设有燃气进口12和助燃空气进口13，整流室3上设有热风出口33，蓄热室4内设有蓄热体45，蓄热室4的下部设有冷风进口43和烟气出口44，如图1所示。
由于该热风炉由燃烧器1、燃烧室2、整流室3和蓄热室4明显的四个部分组成，因而得名四段式顶燃热风炉。该四段式顶燃热风炉在燃烧室2与蓄热室4之间增加了整流室3，整流室3能够对燃烧生成的高温气流进行整流再分配后进入蓄热体45内，确保进入蓄热体45内的高温烟气分布均匀，提高了蓄热体45的利用率，同时也有利于提高风温和延长热风炉的使用寿命。
在本实施例中，该四段式顶燃热风炉内型空腔由从上向下依次排列的燃烧器大墙11、燃烧室大墙21、整流室大墙31和蓄热室大墙41(四段大墙)砌筑而成；燃烧器大墙11位于燃烧器1内，燃烧室大墙21位于燃烧室2内，整流室大墙31位于整流室3内，蓄热室大墙41位于蓄热室4内。燃烧器大墙11、燃烧室大墙21、整流室大墙31(三段大墙)均由连接固定在炉壳5内表面的支撑结构独立支撑，该三段大墙砖的重量均由该支撑结构传递给炉壳5承重。四段大墙均独立设置，段与段之间通过迷宫式砌筑结构相连接，从上至下呈明显的四段式结构。
具体的，燃烧器1内的燃烧器大墙11与燃烧室2内的燃烧室大墙21相互分离，燃烧器大墙11与燃烧室大墙21之间形成环形的间隙。燃烧室2内的燃烧室大墙21与整流室3内的整流室大墙31相互分离，燃烧室大墙21与整流室大墙31之间也形成环形的间隙。整流室3内的整流室大墙31与蓄热室4内的蓄热室大墙41相互分离，整流室大墙31与蓄热室大墙41之间也形成环形的间隙。燃烧器大墙11的下端设有用于支撑燃烧器大墙11的第一支撑结构，燃烧室大墙21的下端设有用于支撑燃烧室大墙21的第二支撑结构，整流室大墙31的下端设有用于支撑整流室大墙31的第三支撑结构，该第一支撑结构、第二支撑结构和第三支撑结构均固定于炉壳5的内表面，如图1至图4所示。
燃烧器大墙11、燃烧室大墙21和整流室大墙31三段大墙砖的重量均由相对应的支撑结构传递给炉壳5承担，四段大墙之间相互脱开，形成独立结构。四段大墙之间相互脱开且存在环形的间隙，各段大墙受热后可以自由膨胀，从而避免了受热膨胀后各段大墙之间相互挤压，延长了热风炉的使用寿命。
在本实施例中，该第一支撑结构、第二支撑结构和第三支撑结构的构造大致相同，均含有环形托砖板，从图2至图4所示，下面以第二支撑结构为例进行介绍。该第二支撑结构含有上下设置的环形托砖板22和支撑板23，环形托砖板22的外侧边与炉壳5的内表面连接固定，燃烧室大墙21的下端与第二支撑结构的环形托砖板22的上表面接触，支撑板23呈圆筒状，支撑板23的上端与环形托砖板22的下表面连接固定，支撑板23的下部与炉壳5连接固定，燃烧室大墙21的重量通过环形托砖板22和支撑板23传递给炉壳5，并且由炉壳5承担。该第一支撑结构和第三支撑结构也均含有环形托砖板和支撑板。燃烧器大墙11的下端与第一支撑结构的环形托砖板的上表面接触，整流室大墙31的下端与第三支撑结构的环形托砖板的上表面接触。
在本实施例中，炉壳5与支撑板23相对应的部位为扩径或缩径结构，这样炉壳5、环形托砖板22和支撑板23围成了环形封闭空腔，该环形封闭空腔内充满导热材料24，导热材料24可以为炭素捣打料或铁屑填料。填充导热材料24是为了将所述支撑结构的热量通过所述导热材料24快速传导到炉壳5进行散热，避免所述支撑结构由于热量集聚而引起力学性能下降，甚至导致结构破坏而发生事故。
在本实施例中，整流室大墙31的上端位于支撑燃烧室大墙21的下端内，整流室大墙31的上端的外表面为环状的阶梯形表面，燃烧室大墙21的下端的内表面也为环状的阶梯形表面，如图3所示，燃烧室大墙21的下端与整流室大墙31的上端形成了上述间隙，该间隙呈环形结构，该间隙内充满了耐高温的可压缩材料25。当整流室大墙31受热膨胀后，耐高温的可压缩材料25可以被压缩，从而保证燃烧室大墙21与整流室大墙31连接部位的保温和密封性能，耐高温的可压缩材料25可以采用现有的耐火纤维棉。另外，燃烧室大墙21的上端的外表面和燃烧器大墙11的下端的内表面也均为环状的阶梯形表面。
在本实施例中，所述燃烧器大墙11含有上下设置的半球形段和直筒段，所述燃烧器大墙11的直筒段选用堇晶石莫来石砖或其他抗热震性能好的材料，该材料为现有的、普遍使用的耐火材料，靠近炉壳部位设置有喷涂层和可压缩层；所述燃烧器大墙11的顶部从内到外依次层叠套设的工作层、保温层、可压缩层和喷涂层，各层均为现有的、普遍使用的耐火材料。所述燃烧器大墙11内分别设置有与所述燃气进口12相连的燃气环道和燃气喷口及与所述助燃空气进口13相连的助燃空气环道和助燃空气喷口。所述燃气进口12在所述助燃空气进口13的上方或者相反。所述整流室3的内型空腔由所述整流室大墙31砌筑而成，所述整流室大墙31从内到外分别为工作层、保温层、可压缩层和喷涂层。
在本实施例中，所述燃烧室2的内型空腔由所述燃烧室大墙21砌筑而成，所述燃烧室大墙21含有从内到外依次层叠套设的工作层、保温层、可压缩层和喷涂层。其中，所述燃烧室大墙21的外形轮廓可以采用倒锥台型、倒悬链线型或倒球台型等不同形式。燃烧室大墙21的工作层中采用的炉砖可以如图6所示，炉砖的上表面设有两条相互平行的第一凸棱，炉砖的下表面设有两条相互平行的第一凹槽，或者，炉砖的上表面设有两条相互平行的第一凹槽，炉砖的下表面设有两条相互平行的第一凸棱；该第一凸棱和第一凹槽均沿炉壳5的周向设置，上下相邻的两块炉砖的第一凸棱与第一凹槽匹配对应插接。
在本实施例中，沿炉壳5的周向，炉砖的左侧面可以设有一条第二凸棱，炉砖的右侧面设有一条第二凹槽，或者炉砖的左侧面设有一条第二凹槽，炉砖的右侧面设有一条第二凸棱，如图6所示，该第二凸棱和第二凹槽均沿炉壳5的轴线方向设置，左右相邻的两块炉砖的第二凸棱与第二凹槽匹配对应插接。这样，上下相邻的两块炉砖可以依靠第一凸棱和第一凹槽实现咬合砌筑，左右相邻的两块炉砖可以依靠第二凸棱和第二凹槽实现咬合砌筑，从而使该工作层形成整体的锁扣结构。
在本实施例中，燃烧室2为圆锥台状，整流室3和蓄热室4均为圆筒状结构，燃烧室大墙21的上端位于燃烧器大墙11的下端内，整流室大墙31的上端位于支撑燃烧室大墙21的下端内，蓄热室大墙41的上端位于整流室大墙31的下端内，整流室大墙31的上方设有整流砖32。燃烧器大墙11、燃烧室大墙21、整流室大墙31和蓄热室大墙41四段大墙之间的所述间隙内均充满了耐高温的可压缩材料25。燃烧器大墙11、燃烧室大墙21、整流室大墙31和蓄热室大墙41的工作层均可以采用图6所示的墙砖砌筑。
所述整流室大墙31的顶部设置有所述整流砖32，多块整流砖32沿整流室3的周向依次排列。整流砖32含有依次连接的上侧面321、上斜面322、内侧面323、下侧面324和外侧面325，上侧面321和下侧面324均平行于水平面，内侧面323与外侧面325平行，外侧面325与下侧面324垂直，上斜面322与下侧面324之间的夹角小于45°，上侧面321和上斜面322内均设有开口朝上的上凹槽326，上凹槽326沿整流室3的直径方向开设，沿整流室3的直径方向，上斜面322的长度为上侧面321长度的3倍至5倍，如图7和图8所示。整流砖32还含有前侧面和后侧面，该前侧面与后侧面平行，该前侧面与下侧面324垂直，该前侧面位于图7的纸面外侧，该后侧面位于图7的纸面内侧。
这样，当高温气体沿着所述燃烧室大墙21边缘下行至整流砖32的上表面(包括上侧面321和上斜面322)时，在整流砖32上所设上斜面322和上凹槽326的导流作用下，向整流室3的内型空腔流动，保证高温气体均匀分布于蓄热体45的上表面。有效的提高了所述蓄热体45的利用率，延长了其使用寿命。
所述热风出口33设置在所述整流室大墙31的侧壁上。由于所述整流室大墙31下部由托砖板独立支撑，上部与所述燃烧室大墙21完全脱开，避免了所述蓄热室大墙41由于受热上涨而对热风出口组合砖的抬升挤压和所述燃烧室大墙21的重量作用于热风出口组合砖上，有效解决了热风出口组合砖容易损坏的难题。所述热风出口33受力简单，稳定性更好。
在本实施例中，蓄热室4内的蓄热室大墙41外套设有隔热层42，隔热层42位于蓄热室大墙41的上部，隔热层42位于整流室3内的整流室大墙31的下方，隔热层42位于蓄热室大墙41和炉壳5之间。所述蓄热室大墙41的下部从内到外分别为工作层、保温层、可压缩层。为了增强高温区域的隔热效果，在所述蓄热室大墙41上部的外侧增加所述隔热层42和喷涂层。
在本实施例中，蓄热室4的底部设有耐热混凝土底板47，蓄热室4内的蓄热室大墙41的重量由耐热混凝土底板47承担，蓄热室4内设有炉箅子49，蓄热室4的内型空腔被炉箅子49分隔形成上蓄热空腔和下蓄热空腔。蓄热体45位于该上蓄热空腔内，该下蓄热空腔内设有多个直立的支柱46，支柱46的上下两端分别与炉箅子49和耐热混凝土底板47连接固定，蓄热室4的下部还设有冷风进口43和烟气出口44，冷风进口43和烟气出口44均与该下蓄热空腔连接，如图1和图5所示。
具体的，所述蓄热室4下部设置安装在耐热混凝土底板47上，耐热混凝土底板47由耐热混凝土和支柱46整体浇筑成型；所述炉箅子49的上部码砌所述蓄热体45，所述炉箅子板下部的该下蓄热空腔为所述气体分布室48；所述气体分布室48分别与设置在所述蓄热室大墙41下部侧壁上的所述冷风进口43和至少一个所述烟气出口44相连通。其中，所述蓄热体45可以是格子砖或者耐火球等不同形式。
该四段式顶燃热风炉中的四段大墙均独立设置，段与段之间通过迷宫式砌筑结构(如上述内外表面均为阶梯形的环状结构)相连接，从上至下呈明显的四段式结构。每段大墙均能够自由上涨而不影响相邻大墙砖，结构独立、稳定性好，有利于热风炉寿命的延长。根据生产、施工的需要，可以在每段大墙的侧面或所述燃烧器大墙11的顶部设置1个或多个人孔。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。