高炉热风炉高风温技术研究

易杰

摘 要：随着炼铁技术的日益成熟，工业上对高炉的要求也在不断地提高，大型、长寿、高效率正在逐渐地成为现代高炉的发展方向。而高风温却是影响钢铁产量和质量重要因素之一，因此提高高炉风温是保证现代热风炉发展的关键。本文将针对提高热风炉高风温技术的改进和提高进行深一步的研究和探讨，从影响热风炉风温的因素着手，探讨提高热风炉风温温度的方法。

关键词：高炉 热风炉 高风温

中图分类号：TF748 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0095-01

热风炉是炼铁过程中必不可少的设备之一，它通过消耗煤气燃烧产生的热量来为高炉提供高温热风。因此，提高热风炉的风温有利于降低焦比，提高钢铁产量，节约能源。目前，世界上部分发达国家在提高热风炉风温的研究方面已经取得了较好的成果。对于能源消耗大国的中国来说，提高热风炉的风温更是迫在眉睫的。

1 热风炉的作用

高风温是现代高炉的重要技术特征。高炉热风炉是炼铁厂高炉主要配套的设备之一，是一种热交换设备。它主要用来为高炉提供高温热风，以供炉内的反应。热风炉的作用是为高炉持续不断的提供1000°以上的高温热风，高炉炼铁所需热量的25%都来自热风炉。其消耗的能源为煤气燃烧产生的热量，占高炉产生煤气的一半。一般一座高炉配3～4座热风炉，目前先进的现代热风炉风温可以达到1300°。

热风炉被广泛应用在工业生产的诸多领域，因工艺要求不同、燃料种类不同、热风介质不同而派生出不同用途与不同结构的热风炉。本文要介绍的，是为高炉冶炼提供高温热风的热风炉。

2 热风炉风温的影响因素

2.1 热风炉的结构对风温的影响

现代的热风炉主要分为内燃式、外燃式和顶燃式几种。

内燃式热风炉成本较低，且占地面积较小，易于建设，散热面积小，热效率高。不过，内燃式热风炉的燃烧室结构太过复杂，而且大多数的内燃式热风炉没有在太高的温度下使用过。

外燃式热风炉的燃烧室独立简单，并且长期在高温下使用。但是，外燃式热风炉成本高，占地面积大，不易于建设，并且散热面积较大，热效率低。在高温条件下，钢壳可能会发生开裂。

顶燃式热风炉具有结构简单、节约材料、成本低廉等特点。同时，它也有寿命短、操作不变、高温区易损坏等缺点。

其中，内燃式基本上已经淘汰不用，现在大部分炼铁企业用的均为外燃式，而顶燃式的使用数量正在逐年上升。

2.2 耐火材料和格子砖对风温的影响

热风炉大体上由燃烧室和蓄热室两部分构成。

炉体内不同的部位，温度是不同的，并且在温度变化以及一些化学反应的破坏下，不同部位的损伤程度也是不同的。为了能够承受炉内的高强度的热负荷和机械负荷，热风炉的耐火材料必须具有高度的稳定性，同时要具有抗高温低蠕变的性能。

格子砖的作用是贮存热量，其大量存在于蓄热室。贮存热量的多少取决于单位体积的格子砖具有的受热面积，可以通过改变格子砖的孔数和单孔的孔径来改变格子砖的受热面积。

2.3 操作制度对风温的影响

煤气热值流量和温度以及助燃空气的流量和温度是影响风温的两个重要指标。只有这两个指标都达到合理的要求，才能最大限度地提高热风温度，尽可能地降低成本。

在炼铁过程中，基本的送风制度是交错并联送风制，现在大多数的高炉在整个过程中都是用双炉送风，一主一副，交替进行送风，即所谓的“两烧两送”。另外，还有“两烧一送”和“三烧一送”等。与后两者相比，“两烧两送”能够使风炉的热效率得到更大的提高。

实践证明，当热风炉拱顶的温度保持在1420 ℃左右时能够使风温达到更高的温度。这个温度既不能太高也不能太低，一般要控制在1400 ℃～1450 ℃之间。这样既能尽可能地提高风温，又能防止由于高温产生氮氧化物与水结合产生硝酸，对热风炉造成腐蚀。

3 提高热风炉风温温度的措施

3.1 使用顶燃式热风炉

顶燃式热风炉是在内燃式和外燃式两种结构形式的基础上逐渐产生的一种全新的结构形式。上文比较了三种不同结构的热风炉的特点之后可以发现，顶燃式热风炉同时具有了内燃式和外燃式两种热风炉的优点，那么在不久的将来，顶燃式热风炉必将会取代其他两种结构形式的热风炉，所以未来应该将顶燃式热风炉的设计和改进作为主要的研究方向。

3.2 使用更优质的耐火材料和格子砖

热风炉内的温度自下而上逐渐升高，根据此规律，可以将热风炉分为高温区、中温区和低温区三个不同的温度区，在拱顶和蓄热室以及燃烧室上部等部位温度最高。根据三个区段温度的不同，我们可以合理的选择耐火材料。在实际生产中，高温区应该使用抗高温、低蠕变、体积稳定性好、抗腐蚀能力强的材料，比如硅砖和高铝砖，鉴于我国属于铝土资源丰富的国家，因此，国内可以使用高容重、低蠕变的高铝质耐火材料；中温区也可以使用高铝砖；低温区由于对耐火要求较低，所以通常使用普通的黏土砖。这样既能更大限度地提高风温，又能节省成本。

在保证送风周期内风温稳定的前提下，使用合理数量的格子砖，以提高换热速度。除此之外，还可以通过增加格子砖的孔数，以及适当减小格子砖的孔径来增大格子砖的受热面积。现在，世界上已经生产出了第三代格子砖，与第一代相比，第三代格子砖的受热面积增大了将近十倍，成本缩减为原来的十分之一。国内的部分热风炉已经在合理使用耐火材料、改进格子砖等方面取得了比较不错的效果。

3.3 优化操作制度

设置合理的操作参数可以大大提高提高热效率，降低成本。其中以合理匹配煤气热值流量和温度以及助燃空气的流量和温度两个参数最具代表性。

一座高炉配有四座热风炉，让四座热风炉交替送风可以增加格子砖的数量和炉内受热面积，极大地提高热风炉的热效率。除此之外，还应该在保证充分利用蓄热炉热容量的前提下，合理地增加换炉的次数，缩短送风的时间。

3.4 其他措施

除了以上的措施之外，还可以通过提高理论燃烧温度来提高热风炉风温。提高理论燃烧温度可以通过多种方式实现，例如：将焦炉煤气混入高炉煤气中以提高煤气的热值；利用一些设备将煤气中的水分脱去，以避免煤气中大量的水分会带走过多的热量；利用热风炉自身产生的余热来预热助燃空气达到一定的温度，既充分利用了能源，用提高了效率；向炉内注入充足的空气，使煤气能够尽可能地燃烧等等。

4 结论

在工业迅速发展的今天，对热风炉的改进提出了更高的要求。在提高热风炉的风温取得的成就方面，中国仍然落后于世界上一些发达国家。所以，大力发展高风温技术，提高热风炉高风温温度成为我国跻身于钢铁工业世界前列的重要一步。

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