碳氢类燃料明火烘高炉对炉缸长寿的影响

吴强国

（华润燃气（郑州）市政设计研究院有限公司， 河南 郑州 450001）

经验交流

碳氢类燃料明火烘高炉对炉缸长寿的影响

吴强国

（华润燃气（郑州）市政设计研究院有限公司， 河南 郑州 450001）

通过对比目前新建（复产）高炉热风烘炉和明火烘炉两种方式，全面分析碳氢类燃料明火烘高炉的技术缺点及其对炉缸长寿的影响，验证了目前碳氢类燃料明火烘高炉仍存在较大的技术缺陷，提出了在没有高炉煤气条件下实现热风烘高炉的新途径。

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1 目前新建（复产）高炉烘炉的基本方式

按照高炉烘炉的技术要求，高炉烘炉应使用热风炉提供的热风进行烘炉，并对供风方式、升温速度、烘炉时间、热风流量以及放散空气的含湿量等都有具体的技术指标要求［1］。

过去新建高炉项目投产、老高炉复产等在没有高炉煤气进行热风炉烧炉的情况下，由于无法使用热风进行高炉烘炉，致使高炉烘炉一般使用柴油做燃料，采用明火方式烘高炉。

近年来，液化石油气及液化天然气逐步取代柴油用于高炉项目投产（复产）烘炉。所以，目前即使没有高炉煤气，也可以采用液化石油气或液化天然气进行热风炉烧炉，从而实现热风烘高炉。

柴油、液化石油气和液化天然气均为碳氢类燃料。

碳氢类燃料明火烘高炉成本较低，但烘炉效果较差；热风烘高炉效果较好，且可以为高炉开炉提供可靠的热风供应，但燃料消耗较大，烘炉成本较高。

鉴于烘炉效果及烘炉成本的差异，有的业主为保证高炉烘炉效果及开炉时热风供应的可靠性而选择热风烘高炉，有的业主为节省成本而选择碳氢类燃料明火烘高炉。

目前，新建（复产）高炉的烘炉方式一般有热风烘炉和明火烘炉两种方式。

2 明火烘高炉的缺点

碳氢类燃料明火烘高炉存在严重的技术缺陷，烘炉效果更是自欺欺人，在一定程度影响到高炉炉缸的使用寿命。业内人士都很重视高炉烘炉的重要性，但对碳氢类燃料明火烘高炉的实际效果认识上还有待提高，仅停留在遵守烘炉曲线上是不能真正评判高炉烘炉效果的。

2.1 炉缸的烘烤效果很差

高炉烘炉的核心是炉缸的烘烤，炉缸的烘烤效果影响高炉的使用寿命［2］。

明火烘炉时一般在风口架设烘炉烧嘴，烧嘴上部加装遮流板。由于受热烟气自然上浮、烧嘴与缸底标高相差较大等原因的影响，导致炉缸下半部与上半部的温度差异很大，特别是炉缸底部的温度更低，炉缸的烘烤效果很差。炉缸采温点的温度与炉缸上部、下部的温度严重不符。如果要炉缸底部的温度达到烘炉曲线要求的600℃，则高炉其他部位特别是炉顶的温度就会严重超标。

碳氢类燃料燃烧产生大量的水蒸气，冷凝后将会严重影响炉缸的烘烤效果。明火烘高炉（包括从热风炉直接送热烟气烘高炉）时，由于使用柴油、石油气、天然气等碳氢燃料，烟气中含有大量的水蒸气（每燃烧1 t碳氢燃料，将产生约1.5～2.1 t水蒸气），在加上从炉缸、炉壁蒸发出来的水分，炉腰以上部位处于过饱和状态。虽然有一部分水蒸气从炉顶放散出去，但仍然有大量的水蒸气在高炉上半部冷凝成液态水，由于重力作用，重新下落到炉缸，冷凝水数量之大超出许多人想象。因此在烘炉的前半程，炉缸一直处于液态水浸泡的状态，比没烘炉时的湿度还大，缸底温度很难上升，缸底的实际烘烤时间大打折扣，炉缸的烘烤效果极差。这种情况将直接影响炉缸的寿命。

2.2 热烟气的流量很小影响整体烘炉效果

高炉烘炉要求每分钟的热风流量约为高炉容积的1.0倍，风量太小则影响高炉烘炉效果。对于1 000 m3的高炉，烘炉的热风流量应达到50000～60000m3/h。

明火烘高炉时烘炉烧嘴配备的助燃风机的风量约为200～5 000 m3/h，燃料流量很小，使用最大天然气流量也仅为20～500 m3/h，燃烧后烟气的总流量仅约300～6 000 m3/h，只达到技术要求的10%左右。由于热烟气的流量很小，且局部温度很高，造成热烟气沿高炉炉腔中轴线垂直急速上升，炉壁的烘烤效果较差。

对高炉烘炉而言，大风量的烘烤效果较好。但明火烘高炉无法实现大风量。如果加大空气量就会造成燃烧不稳定甚至频繁熄火，烘炉效果更差，还可能引发炉膛爆炸事故。如果同时加大空气及燃料流量，则热负荷过大，这将导致炉顶温度迅速超标。

2.3 炉内水分蒸发不佳

高炉明火烘炉时，由于使用柴油、天然气等碳氢类燃料，烟气中含有大量的水蒸气（每燃烧1 t天然气将产生约1.5～2.1t的水蒸气）。随着烟气在高炉内的上升，烟气的温度不断下降，烟气中水分的饱和度便会逐步上升，在炉腰以上部达到过饱和，析出的水分将附着在高炉内壁上，造成炉内水分蒸发不佳的情况。

2.4 高炉烘炉效果没有科学的检测指标

高炉烘炉的主要指标有三个：升温情况符合烘炉曲线的要求；外排气体的含湿量要接近周围大气的含湿量；每分钟热风流量达到高炉容积的约1.0倍。

明火烘高炉时上述前两项指标都无法科学考量，第三项指标根本无法实现。

明火烘炉时局部温度过高，炉内处于负压状况，炉缸上下温差很大，部分温度场很不均匀，风口、渣口、炉底任何一点测定的温度都无法反映炉缸整体的真实状况，所以测得的烘炉曲线与实际情况严重不符。燃烧过程自然产生的大量水蒸气，使得外排烟气的含湿量一直处于过饱和状态，从而使其含湿量高于周围大气含湿量的数十倍。

鉴于上述情况，明火烘高炉表面上遵照烘炉曲线进行，实际上却只是一种表象，高炉内部的烘烤效果非常糟糕，尤其是炉缸底部的效果最差。

2.5 开炉的可靠性差

如果无法进行热风炉烧炉，高炉开炉过程中的热风供应就难以保证。如果开炉不顺利，引煤气的时间较长，热风炉将出现炉温过低的情况，从而导致高炉开炉的热风供应被迫中断，热风炉的工况显著恶化，甚至会造成热风炉内部硅砖耐材损坏。

3 明火烘高炉对炉缸寿命的影响

3.1 明火烘炉对炉缸碳砖有影响

由于碳氢类燃料明火烘炉过程中不断有冷凝水坠落到炉缸底部，长时间的浸泡会造成大量的水分渗入炉缸碳砖中，即使烘炉结束也无法完全蒸发。而这些残存在碳砖中的水分在高炉开炉初期炉缸温度升高后，将会与炉缸碳砖发生水煤气反应，对炉缸炭砖产生较大损害［1］。

3.2 明火烘炉不利于炉缸应力的消除

高炉烘炉的目的之一是消除炉缸应力。而明火烘炉时高炉内部负压严重，烧嘴位于风口，炉缸上下温差极大且炉缸下部温度较低，使其很难达到烘炉要求的温度。这将不利于炉缸应力的消除。

3.3 明火烘炉易造成炉缸外壁捣打料产生气隙

由于明火烘炉时炉缸中下部温度普遍偏低，热烟气在负压状况下急速上升与炉缸侧壁的对流换热情况较差，造成炉缸外壁温度始终达不到捣打料要求的固化温度，致使捣打料中的稀释剂也无法蒸发。高炉开炉后炉缸强制冷却，捣打料将长期无法固化。在串煤气等因素的影响下，捣打料与冷却壁之间极易形成气隙，影响炉缸传热与换热，恶化炉缸工况［3］。

4 结语

碳氢类燃料明火烘高炉存在较大的技术缺陷，会对高炉炉缸碳砖及捣打料造成较大损害，也不利于炉缸应力的消除，严重影响高炉炉缸的寿命。

在没有高炉煤气等常规气源的情况下，建议使用液化石油气、液化天然气等替代燃料进行热风炉烧炉，从而实施热风烘高炉。虽然成本较高，但对于高炉长寿意义较大，潜在效益较高。

使用液化石油气、液化天然气进行热风炉烧炉已经在多种类型的热风炉上取得成功，效果良好。不但能够实现热风烘高炉，还可以为高炉开炉提供连续可靠的热风供应，确保热风炉始终处于良好工况。

［1］ 邹中平，郭宪臻.高炉炉缸气隙的危害及防治［J］.钢铁，2012（6）：9-13.

［2］ 李洋龙，程树森，王颖生.高炉停水烘炉的探讨［C］//2014全国炼铁学术年会文集，2014：948-953.

［3］ 黄晓煜，孙金铎.高炉炉缸破损的原因与控制［C］//2014全国炼铁学术年会文集，2014：916-921.

（编辑：李媛）

TF543.4

A

1672-1152（2016）05-0112-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.40

2016-09-18

吴强国（1966—），男，高级工程师，从事燃气工程技术研究工作。