高爐熱風爐高風溫技術研究

易杰

摘 要：隨著煉鐵技術的日益成熟，工業上對高爐的要求也在不斷地提高，大型、長壽、高效率正在逐漸地成為現代高爐的發展方向。而高風溫卻是影響鋼鐵產量和質量重要因素之一，因此提高高爐風溫是保證現代熱風爐發展的關鍵。本文將針對提高熱風爐高風溫技術的改進和提高進行深一步的研究和探討，從影響熱風爐風溫的因素著手，探討提高熱風爐風溫溫度的方法。

關鍵詞：高爐 熱風爐 高風溫

中圖分類號：TF748 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0095-01

熱風爐是煉鐵過程中必不可少的設備之一，它通過消耗煤氣燃燒產生的熱量來為高爐提供高溫熱風。因此，提高熱風爐的風溫有利于降低焦比，提高鋼鐵產量，節約能源。目前，世界上部分發達國家在提高熱風爐風溫的研究方面已經取得了較好的成果。對于能源消耗大國的中國來說，提高熱風爐的風溫更是迫在眉睫的。

1 熱風爐的作用

高風溫是現代高爐的重要技術特征。高爐熱風爐是煉鐵廠高爐主要配套的設備之一，是一種熱交換設備。它主要用來為高爐提供高溫熱風，以供爐內的反應。熱風爐的作用是為高爐持續不斷的提供1000°以上的高溫熱風，高爐煉鐵所需熱量的25%都來自熱風爐。其消耗的能源為煤氣燃燒產生的熱量，占高爐產生煤氣的一半。一般一座高爐配3～4座熱風爐，目前先進的現代熱風爐風溫可以達到1300°。

熱風爐被廣泛應用在工業生產的諸多領域，因工藝要求不同、燃料種類不同、熱風介質不同而派生出不同用途與不同結構的熱風爐。本文要介紹的，是為高爐冶煉提供高溫熱風的熱風爐。

2 熱風爐風溫的影響因素

2.1 熱風爐的結構對風溫的影響

現代的熱風爐主要分為內燃式、外燃式和頂燃式幾種。

內燃式熱風爐成本較低，且占地面積較小，易于建設，散熱面積小，熱效率高。不過，內燃式熱風爐的燃燒室結構太過復雜，而且大多數的內燃式熱風爐沒有在太高的溫度下使用過。

外燃式熱風爐的燃燒室獨立簡單，并且長期在高溫下使用。但是，外燃式熱風爐成本高，占地面積大，不易于建設，并且散熱面積較大，熱效率低。在高溫條件下，鋼殼可能會發生開裂。

頂燃式熱風爐具有結構簡單、節約材料、成本低廉等特點。同時，它也有壽命短、操作不變、高溫區易損壞等缺點。

其中，內燃式基本上已經淘汰不用，現在大部分煉鐵企業用的均為外燃式，而頂燃式的使用數量正在逐年上升。

2.2 耐火材料和格子磚對風溫的影響

熱風爐大體上由燃燒室和蓄熱室兩部分構成。

爐體內不同的部位，溫度是不同的，并且在溫度變化以及一些化學反應的破壞下，不同部位的損傷程度也是不同的。為了能夠承受爐內的高強度的熱負荷和機械負荷，熱風爐的耐火材料必須具有高度的穩定性，同時要具有抗高溫低蠕變的性能。

格子磚的作用是貯存熱量，其大量存在于蓄熱室。貯存熱量的多少取決于單位體積的格子磚具有的受熱面積，可以通過改變格子磚的孔數和單孔的孔徑來改變格子磚的受熱面積。

2.3 操作制度對風溫的影響

煤氣熱值流量和溫度以及助燃空氣的流量和溫度是影響風溫的兩個重要指標。只有這兩個指標都達到合理的要求，才能最大限度地提高熱風溫度，盡可能地降低成本。

在煉鐵過程中，基本的送風制度是交錯并聯送風制，現在大多數的高爐在整個過程中都是用雙爐送風，一主一副，交替進行送風，即所謂的“兩燒兩送”。另外，還有“兩燒一送”和“三燒一送”等。與后兩者相比，“兩燒兩送”能夠使風爐的熱效率得到更大的提高。

實踐證明，當熱風爐拱頂的溫度保持在1420 ℃左右時能夠使風溫達到更高的溫度。這個溫度既不能太高也不能太低，一般要控制在1400 ℃～1450 ℃之間。這樣既能盡可能地提高風溫，又能防止由于高溫產生氮氧化物與水結合產生硝酸，對熱風爐造成腐蝕。

3 提高熱風爐風溫溫度的措施

3.1 使用頂燃式熱風爐

頂燃式熱風爐是在內燃式和外燃式兩種結構形式的基礎上逐漸產生的一種全新的結構形式。上文比較了三種不同結構的熱風爐的特點之后可以發現，頂燃式熱風爐同時具有了內燃式和外燃式兩種熱風爐的優點，那么在不久的將來，頂燃式熱風爐必將會取代其他兩種結構形式的熱風爐，所以未來應該將頂燃式熱風爐的設計和改進作為主要的研究方向。

3.2 使用更優質的耐火材料和格子磚

熱風爐內的溫度自下而上逐漸升高，根據此規律，可以將熱風爐分為高溫區、中溫區和低溫區三個不同的溫度區，在拱頂和蓄熱室以及燃燒室上部等部位溫度最高。根據三個區段溫度的不同，我們可以合理的選擇耐火材料。在實際生產中，高溫區應該使用抗高溫、低蠕變、體積穩定性好、抗腐蝕能力強的材料，比如硅磚和高鋁磚，鑒于我國屬于鋁土資源豐富的國家，因此，國內可以使用高容重、低蠕變的高鋁質耐火材料；中溫區也可以使用高鋁磚；低溫區由于對耐火要求較低，所以通常使用普通的黏土磚。這樣既能更大限度地提高風溫，又能節省成本。

在保證送風周期內風溫穩定的前提下，使用合理數量的格子磚，以提高換熱速度。除此之外，還可以通過增加格子磚的孔數，以及適當減小格子磚的孔徑來增大格子磚的受熱面積。現在，世界上已經生產出了第三代格子磚，與第一代相比，第三代格子磚的受熱面積增大了將近十倍，成本縮減為原來的十分之一。國內的部分熱風爐已經在合理使用耐火材料、改進格子磚等方面取得了比較不錯的效果。

3.3 優化操作制度

設置合理的操作參數可以大大提高提高熱效率，降低成本。其中以合理匹配煤氣熱值流量和溫度以及助燃空氣的流量和溫度兩個參數最具代表性。

一座高爐配有四座熱風爐，讓四座熱風爐交替送風可以增加格子磚的數量和爐內受熱面積，極大地提高熱風爐的熱效率。除此之外，還應該在保證充分利用蓄熱爐熱容量的前提下，合理地增加換爐的次數，縮短送風的時間。

3.4 其他措施

除了以上的措施之外，還可以通過提高理論燃燒溫度來提高熱風爐風溫。提高理論燃燒溫度可以通過多種方式實現，例如：將焦爐煤氣混入高爐煤氣中以提高煤氣的熱值；利用一些設備將煤氣中的水分脫去，以避免煤氣中大量的水分會帶走過多的熱量；利用熱風爐自身產生的余熱來預熱助燃空氣達到一定的溫度，既充分利用了能源，用提高了效率；向爐內注入充足的空氣，使煤氣能夠盡可能地燃燒等等。

4 結論

在工業迅速發展的今天，對熱風爐的改進提出了更高的要求。在提高熱風爐的風溫取得的成就方面，中國仍然落后于世界上一些發達國家。所以，大力發展高風溫技術，提高熱風爐高風溫溫度成為我國躋身于鋼鐵工業世界前列的重要一步。

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