大型高炉热风炉设计特点及高风温技术的应用

李红 陈 华 胡正刚 余珊珊 刘栋梁

(1．武汉钢铁(集团)公司研究院; 2．湖北省冶金工艺模拟实验室; 3．武钢重工集团)

0 前言

武钢7 号高炉有效容积为3200 m3，2006年正式投产，2012年3月20日至4月28日进行了改造性检修。7 号高炉现有3 座霍戈文内燃式热风炉(预留有第四座位置)，拱顶砌砖形状为悬链线，拱顶采用钢托圈支撑，拱顶拐角处采用铰接砖，燃烧室为眼睛型，并配置矩形两通道式陶瓷燃烧器(见图1)，隔墙为独立结构设计，在热风出口、热风主管和支管交叉的三岔口、热风主管和围管三岔口、烟气出口、主管和围管转折等易破损部位均采用组合砖砌筑，为防止晶间应力腐蚀，在热风炉拱顶炉壳的内面喷涂高温耐酸油漆和耐酸喷涂料，热风炉具体设计参数见表1。

1 7 号高炉热风炉设计特点

对于热风炉系统而言，影响高风温的主要因素有3 个:燃料条件、格子砖、送风系统。为提高风温使用水平，从设计角度对燃料、格子砖和送风系统作了相应的改进，如富化煤气配比、选择合适的陶瓷燃烧器、改进送风系统设计、加强炉箅子支柱等，保证了高风温的稳定提供和输送。

1．1 热风炉燃料条件

在煤气热值确定的情况下，拱顶温度直接影响送风的温度，而决定拱顶温度的是富化煤气的掺烧量。7 号高炉采用富化煤气配比，提高了转炉煤气的配比，在武钢厂区高炉煤气的热值偏低，仅为2952 kJ/Nm3的情况下，加大转炉煤气的掺烧比，对拱顶温度提高明显。

表1 武钢7 号高炉热风炉设计参数

1．2 陶瓷燃烧器特点

图1 武钢7 号高炉热风炉炉体

陶瓷燃烧器是内燃式热风炉的核心设备。7 号高炉陶瓷燃烧器的长度是5 m，最大燃烧能力为168000 m/h，燃烧器长度较6 号高炉要小，燃烧能力就设备能力来说，两种陶瓷燃烧器均能满足高炉正常的生产需要。但由于热风炉炉壳的直径相同，7号高炉燃烧器变小后，眼睛形燃烧室的面积减小到13．8 m2，蓄热面积则增大了1 m2，从而使单座热风炉蓄热面积由81003 m2变为82990 m2，增加了2．5%左右，格子砖的重量也由247l t 增加到了2522 t。蓄热面积和格子砖重的增大，使得7 号高炉热风炉的热交换能力得到加强。

1．3 送风系统

7 号高炉首先增加了拱顶1800 mm 人孔法兰盖下的陶瓷纤维毡厚度，加厚了隔热层，同时加强对施工过程中质量的监管，有效地解决了以往送风过程中法兰盖温度偏高的问题。7 号高炉热风支管补偿器砌层从内到外依次为红柱石砖HS －152、轻质高铝砖IH－114、黏土砖IE－114，最外层材质为CL－130G 的轻质喷涂层，厚度加厚至80 mm。7 号高炉设计时将热风围管和热风出口的标高调成了一致，同时为保证热风在兑入冷风后能够有较大的空间充分混合，将热风主管道的管径加大至3100 mm，经此修改，7 号高炉没有设立混风室，同时在鹅颈管与送风支管的接口处，7 号高炉取消了挡圈。但由于管道系统的配置不合理，逐渐出现热风主管“丁字口”内部耐火衬松脱，主管波纹管温度过高，波纹补偿器工作失效等问题，2012年3月20日至4月28日高炉停炉进行了改造性检修，对热风管系进行了翻新改造，具体内容如下［2］:1)以热风主管丁字口为固定点，在热风炉与热风支管、热风主管三通处安置拉梁;2)原热风主管间5 组拉杆和5 台波纹补偿器改造为一组78．3 m 拉杆内6 台补偿器，同时配备固定及导向支座;3)在热风主管原直角L 型及钝角L 型区间3 组拉杆和3 组波纹补偿器，同时配备固定及导向支座;4)对热风主管、支管和围管的内衬进行重新砌筑，增加三岔口区域重质砖厚度为190 mm，管道内增加喷涂层，热风炉炉壳漏风处进行切割、灌浆、焊补。通过对热风管道进行上述技术改进，使热风炉产生的热风能够安全地送入高炉，保证了热风输送的稳定性。

1．4 炉箅子支柱

7 号高炉设计时废气的温度设定在400 ℃，较高的废气温度对空气和煤气的预热有帮助，但不利于热风炉炉身下部的炉箅子支柱。炉箅子支柱承载着热风炉蓄热室内数千吨的格子砖的重量，热状态下的强度条件非常重要。通过计算，7 号高炉的炉箅子支柱在不改变材质(RQTSi4Mo)的情况下将柱子直径适当加大，同时在每根柱子周边加了4 条35 mm厚的筋板，极大地提升了支柱的强度和承载能力，保证了格子砖的稳定支撑。

2 高炉高风温技术的应用

2．1 优化热风炉烧炉技术

热风炉正常操作时采用二烧一送工作制，热风炉检修时，改为一烧一送工作制，送风周期设为45 min ～60 min。生产中，送风温度和热风炉拱顶温度大约存在100 ℃的差值，拱顶和废气温度越高，送风温度水平也越高。要求烧炉最佳效果是，在一个燃烧周期末期，拱顶温度与废气温度必须同时达到要求的水平，才能满足高炉对高风温的要求，由于生产中煤气量和发热值不稳定，操作上稍有不慎，拱顶温度尚未达标，而废气温度达到警戒值，不得不转入焖炉状态进行凉炉。7 号高炉经过长期摸索后找到了最佳烧炉方案，具体操作为，在烧炉初期，采取较低过剩空气系数，快速强化燃烧，使用低发热值高炉煤气混入一定比例高发热值转炉煤气，保持拱顶温度1370 ℃(上限值)，在拱顶温度达到上限时，废气温度控制在370 ℃～380 ℃，技术要领即前急后缓，有效的提高了热风炉的热效率。

2．2 提高高炉操作水平

在热风炉具备提供高风温的条件下，武钢7 号高炉连续使用高风温冶炼，其中2013年3 ～5月的日均风温变化如图2 所示。

图2 武钢7 号高炉2013年3 ～5月日均风温变化

从图2 可以看出，随着风温的提高，风口前理论燃烧温度明显提高，过高的理论燃烧温度容易造成SiO 的大量挥发气化，导致炉内煤气压差升高，特别是炉子下部的压差会急剧上升，炉料下降条件明显变坏，大大恶化料柱的透气性［3］。因此必须适当降低风口前理论燃烧温度和改善料柱透气性。

2．2．1 控制合理的理论燃烧温度

合理的理论燃烧温度是高炉顺行的基础，而合适理论燃烧温度的选择跟高炉炉容大小相关联，实践表明，适合武钢7 号高炉的理论燃烧温度为2150 ℃～2300 ℃，影响理论燃烧温度的三个因素主要是富氧率、煤比和风温，当风温提高后，7 号高炉通过调整煤比和富氧率，保证了高炉稳定顺行。

表2 七高炉风温、煤比、富氧率三者之间的关系

2．2．2 改善料柱的透气性

2．2．2．1 加大小焦用量

高炉长期小块焦混入矿石后入炉，加大小焦用量后，在有效提高矿石透气性的同时提高矿石的间接还原度，并可将煤气引向中心，有利于形成倒V型软熔带，改善矿石中心部位的透气性和流畅性，进而保证煤气流的稳定性。

2．2．2．2 控制适量中心焦

武钢作为国内应用中心加焦技术的典型代表，多年来逐步形成“尽量抑制边缘气流，适当开放中心气流”的操作理念，然而随着原燃料条件变差，中心加焦过多，易形成中心焦柱，短时间不易反应，原本既定料面形状受影响，进而使软熔带形状发生改变，浪费了宝贵的焦炭资源的同时，中心气流也难以控制。为控制中心漏斗的深度和宽度，武钢7 高炉摸索适合自己的中心焦量为焦批的12% ～18%，取得理想效果。

2．2．2．3 关注原燃料变化

高炉操作人员及时了解烧结对齿辊运转情况，定期检查原料槽下的过筛效果，准确掌握烧结粒度的变化情况，做到“早知道早动手”;对不同焦炉的焦炭实行定槽备料和选槽用料，使不同粒度级焦炭在炉内均衡分布;关注小焦槽存变化情况，槽存过低时，及时调整小焦用量和下料闸开度，使小焦均匀混入矿石中。通过以上手段，保证入炉原燃料质量的稳定，改善了料柱的透气性，维持了煤气流的稳定性。

2．2．2．4 优化配煤结构，改善焦炭质量

7 号高炉用焦主要来自武钢焦化3 号、4 号焦炉及7．63 m 干熄焦，为保证焦炭质量，高炉技术部联合焦化质量控制组采取了以下措施:1)加大对人厂煤的检测力度，降低人厂煤煤质(即G 值和Y 值)波动;2)开发新的低灰低硫优质炼焦煤，通过优化配煤，改善配合煤灰硫指标;3)优化配煤工艺，提高配煤的准确性和自动化程度;4)优化配煤方案，采用生产与实验相结合的方法，对生产使用过的多种配煤比统计分析和筛选，综合各种因素，寻找焦炭质量与生产成本的最佳平衡点;5)建立武钢主要炼焦用煤性价比评价体系，合理采购煤种。

2．2．2．5 错角位布料及窄布料宽度

7 高炉根据自身原燃料条件，于2012年8月确立适宜的操作制度为C876541 333222 087654 23332、布料宽度为9 ° ～12 °，后期通过观察煤气CO2曲线、炉芯温度、炉身冷却壁水温差、顶温等的变化情况，对料线、装料制度及布料角度进行微调。考虑实际烧结矿粒度偏小，采用错角位布料，使矿石角度整体大焦炭0．8 ° ～1．2 °，同时控制焦、矿料线差0．2 m ～0．3 m，保证矿焦在料面落点基本一致。调整后，高炉透气性得到改善，风量、风压趋于稳定，冷却壁水温差维持在4 ℃左右，煤气利用率提高了近2%。

3 应用效果

通过以上高炉高风温 技术措施的实施，7 号高炉风温水平得到不断提高，2013年3月全天风温稳定到1230 ℃后，与2012年1 －3月相比，燃料比下降14kg/t 左右，高炉技术经济指标得到有效改善(见表3)。

4 存在的问题

表3 7 号高炉2013年1 －9月与改造检修前(2012年1 －3月)主要技术指标对比

1)7 号高炉煤气、助燃空气预热系统采用间接换热的热管换热器，虽然结构简单，但对换热管材要求极高，目前由于管道老化，煤气预热温度由20 ℃上升至145 ℃，而助燃空气只能由常温上升至95 ℃，与当初设计目标180 ℃相差甚远。

2)热风炉使用的富化煤气为低发热值高炉煤气和高发热值转炉煤气，转炉煤气是由煤气总管分拨给每座高炉，两种煤气的掺烧比例决定了拱顶的温度。在实际生产中，常常会出现总管压力不够，从而导致不能提供足够的转炉煤气，严重影响了拱顶温度。

5 结语

通过对武钢7 号高炉进行一系列的技术改进，风温使用水平得到了显著提高，高炉技术经济指标大幅度提高。高炉高风温技术是一项综合技术，本项技术在武钢7 号高炉的成功应用为国内其他高炉提供了参考。

［1］周传典．高炉炼铁生产技术手册［M］．北京:冶金工业出版社，2008:501 －502．

［2］周国钱，徐智慧，杨佳龙．武钢7#高炉提高风温使用实践［C］．全国高炉长寿与高风温技术研讨会论文集．北京:中国金属学会，2012:322 －324．

［3］王莜留．钢铁冶金学(炼铁部分)［M］．北京:冶金工业出版社，2008:226 －228．