随着 能源越来越紧缺，高炉炼铁设备的节能问题受到整个人类的高度重视。作为热风管线切断设备的热风阀的节能问题提上议事日程。
1 热风阀特点
1.1 高温：使用温度1450℃
1.2 长寿：使用寿命15～20年。
1.3 节能：热风温度降由传统结构的4℃降低到1.8℃。所用电能为传统结构的1/4以下。
1.4 少水：水量为传统结构的1/3。
那么，这些特点是靠什么来保证呢?
基于多年来对热风阀的研制经验，通过大型计算机软件对阀门的温度场、热应力场、流场进行模拟工况分析，结合现代高炉技术发展，进行各项研究。并将研究结果应用到阀门的设计制造中去，产品即获得了优异的技术性能。
2 对阀门所作的各项研究分析
2.1 阀门破坏原因
2.1.1 阀门在开启初期，热风流通面积狭小，热风流速增高，阀板热负荷加大。
2.1.2阀板在全开状态下，阀板下部长期受热风涡流扫掠被吹扫出细微沟痕，逐渐产生微观裂纹，裂纹迁延直至漏水。
2.1.3由于阀板漏水，阀体内耐火涂料受潮大片脱落，阀体接着也发生破坏。
2.2 材料的破坏机理
为研究不同材料和防护方式的耐热疲劳性，研制了材料热疲劳试验机，对材料破坏过程进行了大量测试和研究。分析结果：
2.2.1材料在送风期和燃烧期转换时引起的低周波热应力循环导致疲劳。 图3 疲劳试验检测装置
2.2.2 钢材在高温空气中氧化失效。材料本身的抗氧化性、热强性同样起着重要的影响。
2.3 阀门温度场、应力场
采用三维软件模拟仿真设计，施加等同工况的边界条件，对其温度场、应力场作有限元法应力分析。
分析结果：阀板钢板的 *高温度出现在外水环的两侧。 *大应力同样出现在阀板外水环两侧。
2.4 锚固钉受热
采用三维软件给阀板(有绝热材料层)施加1450℃温度载荷，对锚固钉的受热作了加载分析。
经分析，锚固钉的 *高温度达857℃。
2.5 阀门热风通道结构
采用流场分析，使热风通道更合理，气流对阀体内侧冲刷 *小。
小结：管道变径的存在有利于减小阀板下沿的气体涡流强度，进而也就减小了热风对阀板和内侧板的冲刷侵蚀，延长阀门的使用寿命。
2.6 耐火衬里设计
分析阀门内侧板失效机理：在阀体风道上方的大侧板被热风产生的涡流长时间吹扫，产生径向裂纹。
阀门内腔(除密封面外)捣固高阻热性的耐火材料，既保护阀门内腔钢材，又阻止热量向钢板的传递，减少了热能损失。
2.7 冷却水量变化对温度载荷幅值的影响
将阀板的冷却水量由50T/h降到25T/h，分析温度载荷的变化。
通过分析可以看出：50T 水时阀门钢体的应力值较25T时低，而应力变化幅度则明显的高出。也就是说，高冷却水降低了钢体的平均使用温度，同时也加大了冷热交变应力的影响，从而加速了钢体的热疲劳。因此，在原有的基础上，保证阀门达到设定的冷却效果的前提下，适当的降低阀门的冷却水用量，对提高阀门的使用寿命是有好处的。
小结：疲劳是变化的载荷的时间效应。应力幅减小，可以缓解热疲劳。适当降低单位时间的冷却水量可以降低温度载荷的变化幅值，进而降低交变热应力的应力幅，缓解热疲劳，提高阀门使用寿命。
3 结构设计
3.1 大刚度、小水腔设计。保证冷却强度，减少冷却水带走的热量。
3.2 阀门内腔(除密封面外)捣固高强、轻质耐火衬里，配合绝热材料，降低热负荷，达到节能效果。
3.3 热风通道合理设计成变径结构。减少热风对阀板下沿的冲刷。
3.4 关键部位耐热合金钢整体压延成型，接触热风部位无焊缝裸露。提高阀门耐热疲劳性能和抗高温氧化性能。
4 材料保障
4.1 钢材
钢材的选择从以下三方面考虑：钢材的耐热疲劳性;钢材的抗氧化性;钢材的可焊性：碳当量≤0.35
关键部位采用低合金耐热钢锻件。
4.2焊接材料
选择与母材相匹配的焊材焊接，等强度设计。
4.3锚固钉材料
锚固钉选择耐高温合金材料。
4.4耐火衬里
耐火衬里采用高性能耐材组合使用：(低水泥莫来石浇筑料 +轻质莫来石浇筑料 +绝热材料)
• 耐材的耐火度：1750℃
• 耐材的寿命：>15年(使用温度1450℃)
绝热材料的使用温度：1200 ℃
5 热风阀节能、节水量比较
热风阀的冷却水是在水道中循环的水，它是被循环利用的，并不是流失掉的。减少热风阀的冷却水量，只是节省了水泵的电能和冷却水升温带走的热能。 图3 节能节水量比较
将阀门冷却水量降低到原来的1/2、水速减少到原来的1/2，根据能量公式E=0.5mv2，热风阀阀门供水系统每小时消耗的电能将减少到原来的1/8。
适当的耐火涂层的设置使热风温度降由传统结构的4℃降到1.8℃。
6 结语
高温长寿节能热风阀产品，主要是通过多种现代技术和手段的运用，对热风阀的冷却、传热机理有了的深刻的了解和认识，形成了较完整的理论体系。同时，采用了大量新型专用材料和新技术、新工艺，从而使其产品不但能够承受较高的风温，具有较长的寿命，且具有显著的节能效果。