碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t對(duì)爐缸長(zhǎng)壽的影響

吳強(qiáng)國(guó)

（華潤(rùn)燃?xì)猓ㄠ嵵荩┦姓O(shè)計(jì)研究院有限公司， 河南 鄭州 450001）

經(jīng)驗(yàn)交流

碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t對(duì)爐缸長(zhǎng)壽的影響

吳強(qiáng)國(guó)

（華潤(rùn)燃?xì)猓ㄠ嵵荩┦姓O(shè)計(jì)研究院有限公司， 河南 鄭州 450001）

通過(guò)對(duì)比目前新建（復(fù)產(chǎn)）高爐熱風(fēng)烘爐和明火烘爐兩種方式，全面分析碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t的技術(shù)缺點(diǎn)及其對(duì)爐缸長(zhǎng)壽的影響，驗(yàn)證了目前碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t仍存在較大的技術(shù)缺陷，提出了在沒(méi)有高爐煤氣條件下實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)烘高爐的新途徑。

碳?xì)漕惾剂?爐缸 高爐 熱風(fēng) 明火

1 目前新建（復(fù)產(chǎn)）高爐烘爐的基本方式

按照高爐烘爐的技術(shù)要求，高爐烘爐應(yīng)使用熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng)進(jìn)行烘爐，并對(duì)供風(fēng)方式、升溫速度、烘爐時(shí)間、熱風(fēng)流量以及放散空氣的含濕量等都有具體的技術(shù)指標(biāo)要求［1］。

過(guò)去新建高爐項(xiàng)目投產(chǎn)、老高爐復(fù)產(chǎn)等在沒(méi)有高爐煤氣進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐的情況下，由于無(wú)法使用熱風(fēng)進(jìn)行高爐烘爐，致使高爐烘爐一般使用柴油做燃料，采用明火方式烘高爐。

近年來(lái)，液化石油氣及液化天然氣逐步取代柴油用于高爐項(xiàng)目投產(chǎn)（復(fù)產(chǎn)）烘爐。所以，目前即使沒(méi)有高爐煤氣，也可以采用液化石油氣或液化天然氣進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐，從而實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)烘高爐。

柴油、液化石油氣和液化天然氣均為碳?xì)漕惾剂稀?/p>

碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t成本較低，但烘爐效果較差；熱風(fēng)烘高爐效果較好，且可以為高爐開(kāi)爐提供可靠的熱風(fēng)供應(yīng)，但燃料消耗較大，烘爐成本較高。

鑒于烘爐效果及烘爐成本的差異，有的業(yè)主為保證高爐烘爐效果及開(kāi)爐時(shí)熱風(fēng)供應(yīng)的可靠性而選擇熱風(fēng)烘高爐，有的業(yè)主為節(jié)省成本而選擇碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t。

目前，新建（復(fù)產(chǎn)）高爐的烘爐方式一般有熱風(fēng)烘爐和明火烘爐兩種方式。

2 明火烘高爐的缺點(diǎn)

碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t存在嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，烘爐效果更是自欺欺人，在一定程度影響到高爐爐缸的使用壽命。業(yè)內(nèi)人士都很重視高爐烘爐的重要性，但對(duì)碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t的實(shí)際效果認(rèn)識(shí)上還有待提高，僅停留在遵守烘爐曲線上是不能真正評(píng)判高爐烘爐效果的。

2.1 爐缸的烘烤效果很差

高爐烘爐的核心是爐缸的烘烤，爐缸的烘烤效果影響高爐的使用壽命［2］。

明火烘爐時(shí)一般在風(fēng)口架設(shè)烘爐燒嘴，燒嘴上部加裝遮流板。由于受熱煙氣自然上浮、燒嘴與缸底標(biāo)高相差較大等原因的影響，導(dǎo)致?tīng)t缸下半部與上半部的溫度差異很大，特別是爐缸底部的溫度更低，爐缸的烘烤效果很差。爐缸采溫點(diǎn)的溫度與爐缸上部、下部的溫度嚴(yán)重不符。如果要爐缸底部的溫度達(dá)到烘爐曲線要求的600℃，則高爐其他部位特別是爐頂?shù)臏囟染蜁?huì)嚴(yán)重超標(biāo)。

碳?xì)漕惾剂先紵a(chǎn)生大量的水蒸氣，冷凝后將會(huì)嚴(yán)重影響爐缸的烘烤效果。明火烘高爐（包括從熱風(fēng)爐直接送熱煙氣烘高爐）時(shí)，由于使用柴油、石油氣、天然氣等碳?xì)淙剂?，煙氣中含有大量的水蒸氣（每燃? t碳?xì)淙剂?，將產(chǎn)生約1.5～2.1 t水蒸氣），在加上從爐缸、爐壁蒸發(fā)出來(lái)的水分，爐腰以上部位處于過(guò)飽和狀態(tài)。雖然有一部分水蒸氣從爐頂放散出去，但仍然有大量的水蒸氣在高爐上半部冷凝成液態(tài)水，由于重力作用，重新下落到爐缸，冷凝水?dāng)?shù)量之大超出許多人想象。因此在烘爐的前半程，爐缸一直處于液態(tài)水浸泡的狀態(tài)，比沒(méi)烘爐時(shí)的濕度還大，缸底溫度很難上升，缸底的實(shí)際烘烤時(shí)間大打折扣，爐缸的烘烤效果極差。這種情況將直接影響爐缸的壽命。

2.2 熱煙氣的流量很小影響整體烘爐效果

高爐烘爐要求每分鐘的熱風(fēng)流量約為高爐容積的1.0倍，風(fēng)量太小則影響高爐烘爐效果。對(duì)于1 000 m3的高爐，烘爐的熱風(fēng)流量應(yīng)達(dá)到50000～60000m3/h。

明火烘高爐時(shí)烘爐燒嘴配備的助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量約為200～5 000 m3/h，燃料流量很小，使用最大天然氣流量也僅為20～500 m3/h，燃燒后煙氣的總流量?jī)H約300～6 000 m3/h，只達(dá)到技術(shù)要求的10%左右。由于熱煙氣的流量很小，且局部溫度很高，造成熱煙氣沿高爐爐腔中軸線垂直急速上升，爐壁的烘烤效果較差。

對(duì)高爐烘爐而言，大風(fēng)量的烘烤效果較好。但明火烘高爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量。如果加大空氣量就會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定甚至頻繁熄火，烘爐效果更差，還可能引發(fā)爐膛爆炸事故。如果同時(shí)加大空氣及燃料流量，則熱負(fù)荷過(guò)大，這將導(dǎo)致?tīng)t頂溫度迅速超標(biāo)。

2.3 爐內(nèi)水分蒸發(fā)不佳

高爐明火烘爐時(shí)，由于使用柴油、天然氣等碳?xì)漕惾剂?，煙氣中含有大量的水蒸氣（每燃? t天然氣將產(chǎn)生約1.5～2.1t的水蒸氣）。隨著煙氣在高爐內(nèi)的上升，煙氣的溫度不斷下降，煙氣中水分的飽和度便會(huì)逐步上升，在爐腰以上部達(dá)到過(guò)飽和，析出的水分將附著在高爐內(nèi)壁上，造成爐內(nèi)水分蒸發(fā)不佳的情況。

2.4 高爐烘爐效果沒(méi)有科學(xué)的檢測(cè)指標(biāo)

高爐烘爐的主要指標(biāo)有三個(gè)：升溫情況符合烘爐曲線的要求；外排氣體的含濕量要接近周圍大氣的含濕量；每分鐘熱風(fēng)流量達(dá)到高爐容積的約1.0倍。

明火烘高爐時(shí)上述前兩項(xiàng)指標(biāo)都無(wú)法科學(xué)考量，第三項(xiàng)指標(biāo)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

明火烘爐時(shí)局部溫度過(guò)高，爐內(nèi)處于負(fù)壓狀況，爐缸上下溫差很大，部分溫度場(chǎng)很不均勻，風(fēng)口、渣口、爐底任何一點(diǎn)測(cè)定的溫度都無(wú)法反映爐缸整體的真實(shí)狀況，所以測(cè)得的烘爐曲線與實(shí)際情況嚴(yán)重不符。燃燒過(guò)程自然產(chǎn)生的大量水蒸氣，使得外排煙氣的含濕量一直處于過(guò)飽和狀態(tài)，從而使其含濕量高于周圍大氣含濕量的數(shù)十倍。

鑒于上述情況，明火烘高爐表面上遵照烘爐曲線進(jìn)行，實(shí)際上卻只是一種表象，高爐內(nèi)部的烘烤效果非常糟糕，尤其是爐缸底部的效果最差。

2.5 開(kāi)爐的可靠性差

如果無(wú)法進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐，高爐開(kāi)爐過(guò)程中的熱風(fēng)供應(yīng)就難以保證。如果開(kāi)爐不順利，引煤氣的時(shí)間較長(zhǎng)，熱風(fēng)爐將出現(xiàn)爐溫過(guò)低的情況，從而導(dǎo)致高爐開(kāi)爐的熱風(fēng)供應(yīng)被迫中斷，熱風(fēng)爐的工況顯著惡化，甚至?xí)斐蔁犸L(fēng)爐內(nèi)部硅磚耐材損壞。

3 明火烘高爐對(duì)爐缸壽命的影響

3.1 明火烘爐對(duì)爐缸碳磚有影響

由于碳?xì)漕惾剂厦骰鸷鏍t過(guò)程中不斷有冷凝水墜落到爐缸底部，長(zhǎng)時(shí)間的浸泡會(huì)造成大量的水分滲入爐缸碳磚中，即使烘爐結(jié)束也無(wú)法完全蒸發(fā)。而這些殘存在碳磚中的水分在高爐開(kāi)爐初期爐缸溫度升高后，將會(huì)與爐缸碳磚發(fā)生水煤氣反應(yīng)，對(duì)爐缸炭磚產(chǎn)生較大損害［1］。

3.2 明火烘爐不利于爐缸應(yīng)力的消除

高爐烘爐的目的之一是消除爐缸應(yīng)力。而明火烘爐時(shí)高爐內(nèi)部負(fù)壓嚴(yán)重，燒嘴位于風(fēng)口，爐缸上下溫差極大且爐缸下部溫度較低，使其很難達(dá)到烘爐要求的溫度。這將不利于爐缸應(yīng)力的消除。

3.3 明火烘爐易造成爐缸外壁搗打料產(chǎn)生氣隙

由于明火烘爐時(shí)爐缸中下部溫度普遍偏低，熱煙氣在負(fù)壓狀況下急速上升與爐缸側(cè)壁的對(duì)流換熱情況較差，造成爐缸外壁溫度始終達(dá)不到搗打料要求的固化溫度，致使搗打料中的稀釋劑也無(wú)法蒸發(fā)。高爐開(kāi)爐后爐缸強(qiáng)制冷卻，搗打料將長(zhǎng)期無(wú)法固化。在串煤氣等因素的影響下，搗打料與冷卻壁之間極易形成氣隙，影響爐缸傳熱與換熱，惡化爐缸工況［3］。

4 結(jié)語(yǔ)

碳?xì)漕惾剂厦骰鸷娓郀t存在較大的技術(shù)缺陷，會(huì)對(duì)高爐爐缸碳磚及搗打料造成較大損害，也不利于爐缸應(yīng)力的消除，嚴(yán)重影響高爐爐缸的壽命。

在沒(méi)有高爐煤氣等常規(guī)氣源的情況下，建議使用液化石油氣、液化天然氣等替代燃料進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐，從而實(shí)施熱風(fēng)烘高爐。雖然成本較高，但對(duì)于高爐長(zhǎng)壽意義較大，潛在效益較高。

使用液化石油氣、液化天然氣進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐已經(jīng)在多種類型的熱風(fēng)爐上取得成功，效果良好。不但能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)烘高爐，還可以為高爐開(kāi)爐提供連續(xù)可靠的熱風(fēng)供應(yīng)，確保熱風(fēng)爐始終處于良好工況。

［1］ 鄒中平，郭憲臻.高爐爐缸氣隙的危害及防治［J］.鋼鐵，2012（6）：9-13.

［2］ 李洋龍，程樹(shù)森，王穎生.高爐停水烘爐的探討［C］//2014全國(guó)煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集，2014：948-953.

［3］ 黃曉煜，孫金鐸.高爐爐缸破損的原因與控制［C］//2014全國(guó)煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集，2014：916-921.

（編輯：李媛）

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1672-1152（2016）05-0112-02

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

2016-09-18

吳強(qiáng)國(guó)（1966—），男，高級(jí)工程師，從事燃?xì)夤こ碳夹g(shù)研究工作。