1280 m3高炉顶燃式热风炉工艺特点*

尹鑫平，季爱兵，梁之凯，张　晨

(神雾集团江苏省冶金设计院有限公司冶金工程部， 江苏 南京　210016)



1280 m3高炉顶燃式热风炉工艺特点*

尹鑫平，季爱兵，梁之凯，张晨

(神雾集团江苏省冶金设计院有限公司冶金工程部， 江苏 南京210016)

介绍了某钢厂1280 m3高炉热风炉的工艺特点，包括热风炉主要设计技术参数、热风炉用耐火材料及结构、陶瓷燃烧器、管道系统等。生产结果表明，热风炉系统运行稳定可靠，热风温度基本稳定在1200 ℃以上，达到了设计的预期目标。

热风炉； 顶燃式热风炉； 耐火材料

引言

现代高炉都采用蓄热式热风炉，借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖进行加热。一般一座高炉配置3～4座热风炉，其作用是为高炉冶炼持续不断地提供高温热风。根据综合经验数据，每提高风温100℃，相当于提高风口前理论燃烧温度80 ℃，由此可以提高喷煤量20～30 kg/tFe，降低焦比约2.5%，提高产量约2.5%[1]。因此，热风炉持续稳定地提供1200 ℃以上的高风温，是现代大型高炉的重要技术特征。

高炉热风炉按燃烧室与蓄热室的结构关系，可以分为内燃式、外燃式、顶燃式热风炉。顶燃式热风炉因其炉型简单，结构稳定性好，蓄热室内气流分布较均匀，占地面积小，能大量节省钢材及耐火材料等优点，近些年得到了迅速地发展，是高风温热风炉的发展方向之一。

1　设计概况

该钢厂1280 m3高炉设计配置三座顶燃式热风炉，其设计风温为1200 ℃(最高1250 ℃)，最高拱顶温度为1450 ℃；正常操作时采用两烧一送工作制度，当其中一座热风炉检修时，采用一烧一送工作制度。另设置烟气余热回收装置对助燃空气、混合煤气进行预热。热风炉设计参数如表1所示，热风炉主要技术性能如表2所示，热风炉本体构造如图1所示。

表1　热风炉设计参数

表2　热风炉主要技术性能

图1　热风炉本体构造图

2　热风炉工艺特点

2.1热风炉耐火材料选择

热风炉上部高温区使用硅砖，其具有很好的抗高温蠕变性。中部采用低蠕变高铝质耐火砖DRL-150，其优点是它在高于600 ℃温度的条件下，热膨胀非常小，可最大限度地减少耐火砖在热风炉工作时由于温度周期变化而产生的位移。中、低温区使用红柱石砖和致密粘土砖。所有耐火材料砌体均留有滑动伸缩缝。

格子砖的材质与所在的温度区相适应，从上到下分三段，分别为硅砖、低蠕变高铝砖、低蠕变黏土砖。在硅质格子砖与墙砖的分界面设置热电偶，用于检测温度。

2.2拱顶砌筑

热风炉炉壳直接从外部支撑拱顶耐火砖，使热风炉直筒部位的耐火砖大墙可按最小壁厚设计，并可实现大墙自由地垂直膨胀。热风炉炉壳拱顶喷涂耐酸喷涂料。为了提高拱顶锥段耐火砖的结构稳定性，避免掉砖、塌陷，对所有拱顶锥段砖的砌筑均设置舌槽及膨胀缝。膨胀缝留设在第一层隔热砖与第二层隔热砖之间，呈相互咬合的台阶状，满足拱顶硅砖膨胀、上涨的要求。拱顶锥段底部采用大块拱脚砖紧贴炉壳砌筑。

2.3陶瓷燃烧器

旋切式顶燃热风炉的燃烧器主要由煤气环道、煤气喷口、助燃空气环道、空气喷口、混合室、喉口等几部分组成。煤气喷口和空气喷口均为水平布置，空气喷口远离煤气喷口而距离喉口很近，保证空气和煤气混合的瞬间由喉口进入燃烧室燃烧，有利于空气和煤气的充分混合和燃烧，进而可以采用较低的空气系数，进一步提高燃烧温度。

拱顶采用硅砖，燃烧器工作层采用红柱石莫来石抗热震砖，燃烧器非工作层采用低蠕变粘土砖砌筑。

燃烧器按过剩空气1.05的条件下仍可保证煤气完全燃烧进行设计。陶瓷燃烧器燃烧能力为：

高炉煤气：47922 m3/h；助燃空气：33102 m3/h。

2.4热风管道系统

通过对整个管道系统完整的受力分析计算，经济、合理地配置了波纹膨胀节和管道系统中的固定支架、滑动支架，既吸收了管道热膨胀，又便于阀门的安装、检修，使热风炉管路系统设计合理，安全可靠，满足热风炉高风温、长寿命的要求。在3个热风支管上各设置1个复式波纹管和2个滑动支座；热风主管段采用全程拉杆型式，其间共设置3个固定支座，7个滑动支座，1个复式波纹管和3个轴向单式波纹管，完全吸收了拉杆伸长对热风支管和主管的影响。

热风总管的耐火内衬由低蠕变高铝砖加上两层隔热砖组成，热面为低蠕变高铝砖，可承受由于与冷风混合而产生的较大温度波动。热风总管的所有三岔口均采用组合砖结构，在工作层耐火砖每隔2 m的长度设置一道膨胀缝，喷涂料通过钢制锚件固定在管壳上。

2.5格子砖

设计采用十九孔格子砖(如图2所示)，格子砖高度120 mm，格子砖烟气通道直径30 mm，比加热表面积48.58 m2/m3，格子砖上、下带凸凹舌槽，使蓄热室内格子砖的位置相对稳定。

图2　格子砖示意图(单位:mm)

2.6热风炉炉箅子及支柱

由支柱、炉篦子和分流板构成的格子砖支撑体系，采用Si4Mo合金耐热铸铁制造。可使热风炉废气工作温度长期维持在400～450 ℃。将柱子支撑在炉底板上，调平后再浇注耐火混凝土。

2.7整体式热管换热器

采用烟气-煤气-空气整体式热管换热器，它布置紧凑，可节约占地面积。换热器技术特性如表3所示。

表3　换热器技术特性

2.8 燃烧制度

热风炉操作采用两种工作制度：两烧一送、半交叉并联送风。正常情况下采用两烧一送工作制度，送风时间为0.9 h，换炉时间0.1 h，燃烧时间为2 h。拱顶温度控制在1350～1400 ℃，废气温度控制在400 ℃以下， 空气过剩系数1.05。热风炉操作采用微机集中控制，实现热风炉燃烧过程控制、风温自动调节、助燃空气总管和煤气总管压力自动调节。换炉操作方式设置全自动、半自动、手动、机旁手动操作，控制方式在程序中实现手动/自动无扰切换。热风炉燃烧过程通过微机自动控制系统，自动调节煤气、助燃空气调节阀的开度，保证在燃烧过程中达到煤气与助燃空气的最佳配比，废气中w(O2)控制在0.2%～0.5%。

3 应用效果

该厂1280m3高炉使用顶燃式热风炉投产后整体运行情况良好，风温基本达到1200 ℃，如表4所示为2013年1～6月风温情况。

表4　2013年1～6月风温情况

4　结束语

(1)1280 m3高炉采用顶燃式热风炉，合理选择耐火材料，采用废烟气对助燃空气、高炉煤气预热至≥200℃，能够实现连续、稳定供应1200 ℃以上的热风。

(2)顶燃式热风炉因其炉型简单，结构稳定性好，蓄热室内气流分布较均匀，占地面积小，是大中型高炉的重要选择之一。

[1]周传典. 高炉炼铁生产技术手册[M]. 北京：冶金工业出版社，2005.

2016-03-09

尹鑫平(1988—)，男。E-mail：yxp1310@163.com

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