高爐熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)研究

易杰

摘 要：隨著煉鐵技術(shù)的日益成熟，工業(yè)上對(duì)高爐的要求也在不斷地提高，大型、長(zhǎng)壽、高效率正在逐漸地成為現(xiàn)代高爐的發(fā)展方向。而高風(fēng)溫卻是影響鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量重要因素之一，因此提高高爐風(fēng)溫是保證現(xiàn)代熱風(fēng)爐發(fā)展的關(guān)鍵。本文將針對(duì)提高熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)的改進(jìn)和提高進(jìn)行深一步的研究和探討，從影響熱風(fēng)爐風(fēng)溫的因素著手，探討提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫溫度的方法。

關(guān)鍵詞：高爐 熱風(fēng)爐 高風(fēng)溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TF748 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0095-01

熱風(fēng)爐是煉鐵過(guò)程中必不可少的設(shè)備之一，它通過(guò)消耗煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)為高爐提供高溫?zé)犸L(fēng)。因此，提高熱風(fēng)爐的風(fēng)溫有利于降低焦比，提高鋼鐵產(chǎn)量，節(jié)約能源。目前，世界上部分發(fā)達(dá)國(guó)家在提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫的研究方面已經(jīng)取得了較好的成果。對(duì)于能源消耗大國(guó)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，提高熱風(fēng)爐的風(fēng)溫更是迫在眉睫的。

1 熱風(fēng)爐的作用

高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特征。高爐熱風(fēng)爐是煉鐵廠高爐主要配套的設(shè)備之一，是一種熱交換設(shè)備。它主要用來(lái)為高爐提供高溫?zé)犸L(fēng)，以供爐內(nèi)的反應(yīng)。熱風(fēng)爐的作用是為高爐持續(xù)不斷的提供1000°以上的高溫?zé)犸L(fēng)，高爐煉鐵所需熱量的25%都來(lái)自熱風(fēng)爐。其消耗的能源為煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量，占高爐產(chǎn)生煤氣的一半。一般一座高爐配3～4座熱風(fēng)爐，目前先進(jìn)的現(xiàn)代熱風(fēng)爐風(fēng)溫可以達(dá)到1300°。

熱風(fēng)爐被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域，因工藝要求不同、燃料種類(lèi)不同、熱風(fēng)介質(zhì)不同而派生出不同用途與不同結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐。本文要介紹的，是為高爐冶煉提供高溫?zé)犸L(fēng)的熱風(fēng)爐。

2 熱風(fēng)爐風(fēng)溫的影響因素

2.1 熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)溫的影響

現(xiàn)代的熱風(fēng)爐主要分為內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式幾種。

內(nèi)燃式熱風(fēng)爐成本較低，且占地面積較小，易于建設(shè)，散熱面積小，熱效率高。不過(guò)，內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的燃燒室結(jié)構(gòu)太過(guò)復(fù)雜，而且大多數(shù)的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐沒(méi)有在太高的溫度下使用過(guò)。

外燃式熱風(fēng)爐的燃燒室獨(dú)立簡(jiǎn)單，并且長(zhǎng)期在高溫下使用。但是，外燃式熱風(fēng)爐成本高，占地面積大，不易于建設(shè)，并且散熱面積較大，熱效率低。在高溫條件下，鋼殼可能會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。

頂燃式熱風(fēng)爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約材料、成本低廉等特點(diǎn)。同時(shí)，它也有壽命短、操作不變、高溫區(qū)易損壞等缺點(diǎn)。

其中，內(nèi)燃式基本上已經(jīng)淘汰不用，現(xiàn)在大部分煉鐵企業(yè)用的均為外燃式，而頂燃式的使用數(shù)量正在逐年上升。

2.2 耐火材料和格子磚對(duì)風(fēng)溫的影響

熱風(fēng)爐大體上由燃燒室和蓄熱室兩部分構(gòu)成。

爐體內(nèi)不同的部位，溫度是不同的，并且在溫度變化以及一些化學(xué)反應(yīng)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(nèi)的高強(qiáng)度的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，熱風(fēng)爐的耐火材料必須具有高度的穩(wěn)定性，同時(shí)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(guò)改變格子磚的孔數(shù)和單孔的孔徑來(lái)改變格子磚的受熱面積。

2.3 操作制度對(duì)風(fēng)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(fēng)溫的兩個(gè)重要指標(biāo)。只有這兩個(gè)指標(biāo)都達(dá)到合理的要求，才能最大限度地提高熱風(fēng)溫度，盡可能地降低成本。

在煉鐵過(guò)程中，基本的送風(fēng)制度是交錯(cuò)并聯(lián)送風(fēng)制，現(xiàn)在大多數(shù)的高爐在整個(gè)過(guò)程中都是用雙爐送風(fēng)，一主一副，交替進(jìn)行送風(fēng)，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(fēng)爐的熱效率得到更大的提高。

實(shí)踐證明，當(dāng)熱風(fēng)爐拱頂?shù)臏囟缺３衷?420 ℃左右時(shí)能夠使風(fēng)溫達(dá)到更高的溫度。這個(gè)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(fēng)溫，又能防止由于高溫產(chǎn)生氮氧化物與水結(jié)合產(chǎn)生硝酸，對(duì)熱風(fēng)爐造成腐蝕。

3 提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫溫度的措施

3.1 使用頂燃式熱風(fēng)爐

頂燃式熱風(fēng)爐是在內(nèi)燃式和外燃式兩種結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上逐漸產(chǎn)生的一種全新的結(jié)構(gòu)形式。上文比較了三種不同結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐的特點(diǎn)之后可以發(fā)現(xiàn)，頂燃式熱風(fēng)爐同時(shí)具有了內(nèi)燃式和外燃式兩種熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)，那么在不久的將來(lái)，頂燃式熱風(fēng)爐必將會(huì)取代其他兩種結(jié)構(gòu)形式的熱風(fēng)爐，所以未來(lái)應(yīng)該將頂燃式熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)和改進(jìn)作為主要的研究方向。

3.2 使用更優(yōu)質(zhì)的耐火材料和格子磚

熱風(fēng)爐內(nèi)的溫度自下而上逐漸升高，根據(jù)此規(guī)律，可以將熱風(fēng)爐分為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)三個(gè)不同的溫度區(qū)，在拱頂和蓄熱室以及燃燒室上部等部位溫度最高。根據(jù)三個(gè)區(qū)段溫度的不同，我們可以合理的選擇耐火材料。在實(shí)際生產(chǎn)中，高溫區(qū)應(yīng)該使用抗高溫、低蠕變、體積穩(wěn)定性好、抗腐蝕能力強(qiáng)的材料，比如硅磚和高鋁磚，鑒于我國(guó)屬于鋁土資源豐富的國(guó)家，因此，國(guó)內(nèi)可以使用高容重、低蠕變的高鋁質(zhì)耐火材料；中溫區(qū)也可以使用高鋁磚；低溫區(qū)由于對(duì)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(fēng)溫，又能節(jié)省成本。

在保證送風(fēng)周期內(nèi)風(fēng)溫穩(wěn)定的前提下，使用合理數(shù)量的格子磚，以提高換熱速度。除此之外，還可以通過(guò)增加格子磚的孔數(shù)，以及適當(dāng)減小格子磚的孔徑來(lái)增大格子磚的受熱面積。現(xiàn)在，世界上已經(jīng)生產(chǎn)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(lái)的十分之一。國(guó)內(nèi)的部分熱風(fēng)爐已經(jīng)在合理使用耐火材料、改進(jìn)格子磚等方面取得了比較不錯(cuò)的效果。

3.3 優(yōu)化操作制度

設(shè)置合理的操作參數(shù)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(gè)參數(shù)最具代表性。

一座高爐配有四座熱風(fēng)爐，讓四座熱風(fēng)爐交替送風(fēng)可以增加格子磚的數(shù)量和爐內(nèi)受熱面積，極大地提高熱風(fēng)爐的熱效率。除此之外，還應(yīng)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(shù)，縮短送風(fēng)的時(shí)間。

3.4 其他措施

除了以上的措施之外，還可以通過(guò)提高理論燃燒溫度來(lái)提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。提高理論燃燒溫度可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，例如：將焦?fàn)t煤氣混入高爐煤氣中以提高煤氣的熱值；利用一些設(shè)備將煤氣中的水分脫去，以避免煤氣中大量的水分會(huì)帶走過(guò)多的熱量；利用熱風(fēng)爐自身產(chǎn)生的余熱來(lái)預(yù)熱助燃空氣達(dá)到一定的溫度，既充分利用了能源，用提高了效率；向爐內(nèi)注入充足的空氣，使煤氣能夠盡可能地燃燒等等。

4 結(jié)論

在工業(yè)迅速發(fā)展的今天，對(duì)熱風(fēng)爐的改進(jìn)提出了更高的要求。在提高熱風(fēng)爐的風(fēng)溫取得的成就方面，中國(guó)仍然落后于世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家。所以，大力發(fā)展高風(fēng)溫技術(shù)，提高熱風(fēng)爐高風(fēng)溫溫度成為我國(guó)躋身于鋼鐵工業(yè)世界前列的重要一步。

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