王永剛

論高風(fēng)溫對高爐煉鐵的重要作用

王永剛

高風(fēng)溫可以降低高爐煉鐵的燃料比，文章論述了在提高產(chǎn)量的同時降低煉鐵成本以及實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫的措施。

高風(fēng)溫 燃料比

1.前言

高爐煉鐵采用熱風(fēng)爐來加熱所鼓入高爐的風(fēng)，可將風(fēng)溫提高到1350℃，這是高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一，其重要意義在于:（1）可大幅度降低煉鐵焦比。風(fēng)溫提高100℃，可提高高爐風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度60℃-80℃，可降低高爐燃料比20kg/t-30kg/t，可允許多噴吹煤粉15kg/t。（2）可顯著地提高高爐生鐵產(chǎn)量。因?yàn)楦郀t利用系數(shù)=冶煉強(qiáng)度/焦化，在焦比降低時，利用系數(shù)會提高。（3）風(fēng)溫的提高不但可以替代昂貴的焦炭，而且允許噴吹煤粉，進(jìn)而取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。（4）熱風(fēng)爐加熱是使用高爐的生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品高爐煤氣來作為燃料。這樣，使高爐煉鐵系統(tǒng)成為熱效率最高的火法冶金設(shè)備。不僅降低了高爐煉鐵的生產(chǎn)成本，而且減少了煤氣排放，進(jìn)而保護(hù)了環(huán)境。

2.高風(fēng)溫的獲得

采用蓄熱式熱風(fēng)爐3座-4座，能夠把風(fēng)溫加熱到1200℃以上。其工作原理是，燃燒煤氣產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過對流和輻射傳熱到熱風(fēng)爐內(nèi)的耐火材料（格子磚或耐火球），并將熱量儲存在耐火材料的表面和內(nèi)部（要求內(nèi)外溫度基本一致）。停止燒爐后，熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)入送風(fēng)工作制度，冷風(fēng)送入處于高溫狀態(tài)的蓄熱室，吸收儲存在耐火材料的熱量而被加熱，然后通過管道將熱風(fēng)送入高爐。幾座熱風(fēng)爐交替進(jìn)行燃燒煤氣蓄熱和加熱鼓風(fēng)，可以保證高爐不間斷，保持正常生產(chǎn)。

3.我國熱風(fēng)爐類型和特點(diǎn)

按照熱風(fēng)爐燃燒煤氣燃燒室的布置，可分為內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式三種。內(nèi)燃式又可分為傳統(tǒng)內(nèi)燃式和改良內(nèi)燃式；外燃式可分為馬琴式科柏式、地德式和新日鐵式等。蓄熱室內(nèi)所用耐火材料又分為格子磚式和球式。

3.1 內(nèi)燃式熱風(fēng)爐

是將燃燒室與蓄熱室同在一個殼體之內(nèi)，燃燒室居殼體的一側(cè)，與蓄熱室用磚墻隔開。此種結(jié)構(gòu)存在的主要問題是，隔墻兩側(cè)溫差大，尤其是下部；拱頂坐在殼內(nèi)四周的大墻上，因溫度分布不均大墻產(chǎn)生不均勻漲落，各部位耐火磚自身臌脹的不同作用，會使大墻和拱頂產(chǎn)生裂縫、損壞、掉磚，隔墻向蓄熱室傾斜，蓄熱室格子磚錯位、紊亂，熱風(fēng)支管振動和損壞等。改良后的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐是將大墻與隔墻之間設(shè)立滑動縫和臌脹縫，允許耐火磚可上下、左右自由移動，隔墻中間加隔熱層，可降低兩側(cè)的溫差，隔墻內(nèi)蓄熱室一側(cè)安放耐熱鋼板，采用陶瓷燃燒器，拱頂高溫區(qū)采用硅磚。改良的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐占地少、投資低，仍能提供1200℃風(fēng)溫。

3.2 外燃式熱風(fēng)爐

是將燃燒室放在爐殼之外，可以消除內(nèi)燃式熱風(fēng)爐隔墻的缺點(diǎn)，這樣結(jié)構(gòu)使煤氣流分布均勻，并提高了砌體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。外燃式熱風(fēng)爐可穩(wěn)定地提供1250℃以上的高風(fēng)溫，壽命高。所以，現(xiàn)在2000m3以上容積的高爐廣泛采用外燃式熱風(fēng)爐。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地大，投資也比內(nèi)燃式高15%-35%。

3.3 頂燃式熱風(fēng)爐

這是無燃燒室式熱風(fēng)爐，優(yōu)點(diǎn)有：消除了內(nèi)燃式有隔墻的缺點(diǎn)，在相同容量下，蓄熱室面積增加25%-30%；使用短焰燃燒器，在爐頂部燃燒，熱量集中，熱損失少，有利于提高拱頂溫度；結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度好，磚型少砌筑容易；改善了耐火材料工作條件；占地面積少，與外燃式相比節(jié)省20%的鋼材和耐火材料。但需要有良好性能的短焰燃燒器，拱頂要使用耐急冷急熱的耐火材料，設(shè)置在爐頂?shù)臒犸L(fēng)管道要有支架和鼓脹圈。

3.4 球式熱風(fēng)爐

這是頂燃式熱風(fēng)爐的一種，蓄熱室內(nèi)不用格子磚，而用耐火球。其特點(diǎn)是因球的蓄熱面積大，可允許降低蓄熱室高度，進(jìn)而熱風(fēng)爐高度也低。球的氣孔度是隨生產(chǎn)時間而逐步變小，由投產(chǎn)時的0.42降到0.28，這樣造成風(fēng)的阻力逐漸加大，故要周期地?fù)Q球，且因球床小，蓄熱不足，會產(chǎn)生送風(fēng)期降風(fēng)溫大，送風(fēng)時間短，故球式熱風(fēng)爐只用在4200m3以下的中小高爐。

4.我國熱風(fēng)爐工作現(xiàn)狀

多年來，我國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的熱風(fēng)溫度在1082℃以下徘徊。重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)只有寶鋼（1240℃）、上鋼一廠（1162℃）、梅山（1123℃）、新興鑄管（1140℃）、承鋼（1103℃）、福建三鋼（1124℃）、武鋼（1107℃）、攀鋼（1130℃）熱風(fēng)溫度年平均超過1100℃，大多數(shù)企業(yè)都在1100℃以下，最低的企業(yè)風(fēng)溫只有883℃。國際上先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的熱風(fēng)溫度在1300℃，我國高爐煉鐵的熱風(fēng)溫度與國際先進(jìn)水平相比，差距在100℃-150℃。近年來，我國高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步處于高速發(fā)展階段，在利用系數(shù)、焦比、煤比、入爐礦品位等方面與國際先進(jìn)水平的差距在縮小，但在熱風(fēng)溫這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上卻停步不前。熱風(fēng)溫度偏低，是我國煉鐵技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比差距最大的地方，嚴(yán)重制約了我國高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步的前進(jìn)步伐，應(yīng)當(dāng)引起我國煉鐵界的高度重視。

5.高風(fēng)溫的重要作用

風(fēng)溫是高爐煉鐵的重要熱源之一，占高爐熱量總收入量的20%-30%。高風(fēng)溫是廉價能源，使用高爐煤氣燒爐，既可煤氣綜合利用，減少對環(huán)境的污染，又可以實(shí)現(xiàn)降本增效。由于高爐煉鐵在正常生產(chǎn)時，要求風(fēng)口前理論燃燒溫度在2000℃-2350℃，在低于2000℃時，高爐煉鐵生產(chǎn)就會出現(xiàn)難以操作的現(xiàn)象，如順行變差、爐缸工作不均勻、渣鐵難以分離、流動性變差、爐渣脫硫能力下降等。風(fēng)溫提高100℃，可使理論燃燒溫度升高60℃-80℃。而高爐每噸鐵噴吹10kg/t煤粉，會使理論燃燒溫度降低20℃（無煙煤）至30℃（煙煤）。在噴煤比大于130kg/t時，會使風(fēng)口理論燃燒溫度下降260℃-390℃，這時爐缸溫度就明顯不足，需要提高風(fēng)溫來補(bǔ)償。如熱風(fēng)溫度在1000℃-1200℃時，噴吹1kg/t無煙煤需要1.6℃-2.0℃（煙煤需要2.0℃-2.5℃）的風(fēng)溫來補(bǔ)償。因此只有高風(fēng)溫，才能實(shí)現(xiàn)高噴煤比。

6.實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫的技術(shù)措施

6.1 采用耐高溫材料

熱風(fēng)爐爐頂采用耐高溫的硅磚來砌筑。

6.2 使用高熱值煤氣

如使用焦?fàn)t煤氣、天燃?xì)獾绒D(zhuǎn)爐煤氣來富化高爐煤氣，提高燒爐時拱頂溫度。這也取決于鋼鐵廠的各種煤氣平衡程度和資源條件。

6.3 預(yù)熱高爐煤氣和助燃空氣

煤氣預(yù)熱100℃，理論燃燒溫度升高50℃，助燃室氣提高100℃，理論燃燒溫度可升高30℃-35℃；煤氣和預(yù)熱室氣的效果是兩者分別預(yù)熱效果之和。使用熱風(fēng)爐煙氣余熱回收預(yù)熱煤氣和空氣，可以實(shí)現(xiàn)各自提高200℃。目前國內(nèi)外已在高爐熱風(fēng)爐上應(yīng)用的煙氣余熱回收換熱器有：回轉(zhuǎn)式、金屬板式、管狀式、熱煤式、熱管式等。

6.4 縮小風(fēng)溫與拱頂溫度的差值

目前我國送風(fēng)溫度與拱頂溫度的差值大多大于200℃，有些企業(yè)甚至在250℃-300℃，難以實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫。應(yīng)當(dāng)將差值控制在100℃-150℃。其措施有：提高熱風(fēng)爐蓄熱面積、提高廢氣溫度（要使用耐熱鑄鐵作箅子和支柱）、縮短送風(fēng)時間、增加換爐次數(shù)等。

6.5 耐高溫?zé)犸L(fēng)閥

采用耐高溫的、填注高鋁質(zhì)不定型耐火材料的耐熱合金鋼板焊接結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)閥以及送風(fēng)管道。

6.6 熱風(fēng)爐殼保溫層

采用熱風(fēng)爐殼加厚隔熱保溫層、噴涂高鋁質(zhì)耐火纖維，以實(shí)現(xiàn)耐熱和絕熱的效果。

6.7 高抗蠕變性能耐材

使用高抗蠕變性能的耐火材料，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐高溫又長壽的目標(biāo)。

（作者單位：本鋼煉鐵廠）