大型高爐熱風爐設計特點及高風溫技術的應用

李紅 陳 華 胡正剛 余珊珊 劉棟梁

(1．武漢鋼鐵(集團)公司研究院; 2．湖北省冶金工藝模擬實驗室; 3．武鋼重工集團)

0 前言

武鋼7 號高爐有效容積為3200 m3，2006年正式投產，2012年3月20日至4月28日進行了改造性檢修。7 號高爐現有3 座霍戈文內燃式熱風爐(預留有第四座位置)，拱頂砌磚形狀為懸鏈線，拱頂采用鋼托圈支撐，拱頂拐角處采用鉸接磚，燃燒室為眼睛型，并配置矩形兩通道式陶瓷燃燒器(見圖1)，隔墻為獨立結構設計，在熱風出口、熱風主管和支管交叉的三岔口、熱風主管和圍管三岔口、煙氣出口、主管和圍管轉折等易破損部位均采用組合磚砌筑，為防止晶間應力腐蝕，在熱風爐拱頂爐殼的內面噴涂高溫耐酸油漆和耐酸噴涂料，熱風爐具體設計參數見表1。

1 7 號高爐熱風爐設計特點

對于熱風爐系統而言，影響高風溫的主要因素有3 個:燃料條件、格子磚、送風系統。為提高風溫使用水平，從設計角度對燃料、格子磚和送風系統作了相應的改進，如富化煤氣配比、選擇合適的陶瓷燃燒器、改進送風系統設計、加強爐箅子支柱等，保證了高風溫的穩定提供和輸送。

1．1 熱風爐燃料條件

在煤氣熱值確定的情況下，拱頂溫度直接影響送風的溫度，而決定拱頂溫度的是富化煤氣的摻燒量。7 號高爐采用富化煤氣配比，提高了轉爐煤氣的配比，在武鋼廠區高爐煤氣的熱值偏低，僅為2952 kJ/Nm3的情況下，加大轉爐煤氣的摻燒比，對拱頂溫度提高明顯。

表1 武鋼7 號高爐熱風爐設計參數

1．2 陶瓷燃燒器特點

圖1 武鋼7 號高爐熱風爐爐體

陶瓷燃燒器是內燃式熱風爐的核心設備。7 號高爐陶瓷燃燒器的長度是5 m，最大燃燒能力為168000 m/h，燃燒器長度較6 號高爐要小，燃燒能力就設備能力來說，兩種陶瓷燃燒器均能滿足高爐正常的生產需要。但由于熱風爐爐殼的直徑相同，7號高爐燃燒器變小后，眼睛形燃燒室的面積減小到13．8 m2，蓄熱面積則增大了1 m2，從而使單座熱風爐蓄熱面積由81003 m2變為82990 m2，增加了2．5%左右，格子磚的重量也由247l t 增加到了2522 t。蓄熱面積和格子磚重的增大，使得7 號高爐熱風爐的熱交換能力得到加強。

1．3 送風系統

7 號高爐首先增加了拱頂1800 mm 人孔法蘭蓋下的陶瓷纖維氈厚度，加厚了隔熱層，同時加強對施工過程中質量的監管，有效地解決了以往送風過程中法蘭蓋溫度偏高的問題。7 號高爐熱風支管補償器砌層從內到外依次為紅柱石磚HS －152、輕質高鋁磚IH－114、黏土磚IE－114，最外層材質為CL－130G 的輕質噴涂層，厚度加厚至80 mm。7 號高爐設計時將熱風圍管和熱風出口的標高調成了一致，同時為保證熱風在兌入冷風后能夠有較大的空間充分混合，將熱風主管道的管徑加大至3100 mm，經此修改，7 號高爐沒有設立混風室，同時在鵝頸管與送風支管的接口處，7 號高爐取消了擋圈。但由于管道系統的配置不合理，逐漸出現熱風主管“丁字口”內部耐火襯松脫，主管波紋管溫度過高，波紋補償器工作失效等問題，2012年3月20日至4月28日高爐停爐進行了改造性檢修，對熱風管系進行了翻新改造，具體內容如下［2］:1)以熱風主管丁字口為固定點，在熱風爐與熱風支管、熱風主管三通處安置拉梁;2)原熱風主管間5 組拉桿和5 臺波紋補償器改造為一組78．3 m 拉桿內6 臺補償器，同時配備固定及導向支座;3)在熱風主管原直角L 型及鈍角L 型區間3 組拉桿和3 組波紋補償器，同時配備固定及導向支座;4)對熱風主管、支管和圍管的內襯進行重新砌筑，增加三岔口區域重質磚厚度為190 mm，管道內增加噴涂層，熱風爐爐殼漏風處進行切割、灌漿、焊補。通過對熱風管道進行上述技術改進，使熱風爐產生的熱風能夠安全地送入高爐，保證了熱風輸送的穩定性。

1．4 爐箅子支柱

7 號高爐設計時廢氣的溫度設定在400 ℃，較高的廢氣溫度對空氣和煤氣的預熱有幫助，但不利于熱風爐爐身下部的爐箅子支柱。爐箅子支柱承載著熱風爐蓄熱室內數千噸的格子磚的重量，熱狀態下的強度條件非常重要。通過計算，7 號高爐的爐箅子支柱在不改變材質(RQTSi4Mo)的情況下將柱子直徑適當加大，同時在每根柱子周邊加了4 條35 mm厚的筋板，極大地提升了支柱的強度和承載能力，保證了格子磚的穩定支撐。

2 高爐高風溫技術的應用

2．1 優化熱風爐燒爐技術

熱風爐正常操作時采用二燒一送工作制，熱風爐檢修時，改為一燒一送工作制，送風周期設為45 min ～60 min。生產中，送風溫度和熱風爐拱頂溫度大約存在100 ℃的差值，拱頂和廢氣溫度越高，送風溫度水平也越高。要求燒爐最佳效果是，在一個燃燒周期末期，拱頂溫度與廢氣溫度必須同時達到要求的水平，才能滿足高爐對高風溫的要求，由于生產中煤氣量和發熱值不穩定，操作上稍有不慎，拱頂溫度尚未達標，而廢氣溫度達到警戒值，不得不轉入燜爐狀態進行涼爐。7 號高爐經過長期摸索后找到了最佳燒爐方案，具體操作為，在燒爐初期，采取較低過剩空氣系數，快速強化燃燒，使用低發熱值高爐煤氣混入一定比例高發熱值轉爐煤氣，保持拱頂溫度1370 ℃(上限值)，在拱頂溫度達到上限時，廢氣溫度控制在370 ℃～380 ℃，技術要領即前急后緩，有效的提高了熱風爐的熱效率。

2．2 提高高爐操作水平

在熱風爐具備提供高風溫的條件下，武鋼7 號高爐連續使用高風溫冶煉，其中2013年3 ～5月的日均風溫變化如圖2 所示。

圖2 武鋼7 號高爐2013年3 ～5月日均風溫變化

從圖2 可以看出，隨著風溫的提高，風口前理論燃燒溫度明顯提高，過高的理論燃燒溫度容易造成SiO 的大量揮發氣化，導致爐內煤氣壓差升高，特別是爐子下部的壓差會急劇上升，爐料下降條件明顯變壞，大大惡化料柱的透氣性［3］。因此必須適當降低風口前理論燃燒溫度和改善料柱透氣性。

2．2．1 控制合理的理論燃燒溫度

合理的理論燃燒溫度是高爐順行的基礎，而合適理論燃燒溫度的選擇跟高爐爐容大小相關聯，實踐表明，適合武鋼7 號高爐的理論燃燒溫度為2150 ℃～2300 ℃，影響理論燃燒溫度的三個因素主要是富氧率、煤比和風溫，當風溫提高后，7 號高爐通過調整煤比和富氧率，保證了高爐穩定順行。

表2 七高爐風溫、煤比、富氧率三者之間的關系

2．2．2 改善料柱的透氣性

2．2．2．1 加大小焦用量

高爐長期小塊焦混入礦石后入爐，加大小焦用量后，在有效提高礦石透氣性的同時提高礦石的間接還原度，并可將煤氣引向中心，有利于形成倒V型軟熔帶，改善礦石中心部位的透氣性和流暢性，進而保證煤氣流的穩定性。

2．2．2．2 控制適量中心焦

武鋼作為國內應用中心加焦技術的典型代表，多年來逐步形成“盡量抑制邊緣氣流，適當開放中心氣流”的操作理念，然而隨著原燃料條件變差，中心加焦過多，易形成中心焦柱，短時間不易反應，原本既定料面形狀受影響，進而使軟熔帶形狀發生改變，浪費了寶貴的焦炭資源的同時，中心氣流也難以控制。為控制中心漏斗的深度和寬度，武鋼7 高爐摸索適合自己的中心焦量為焦批的12% ～18%，取得理想效果。

2．2．2．3 關注原燃料變化

高爐操作人員及時了解燒結對齒輥運轉情況，定期檢查原料槽下的過篩效果，準確掌握燒結粒度的變化情況，做到“早知道早動手”;對不同焦爐的焦炭實行定槽備料和選槽用料，使不同粒度級焦炭在爐內均衡分布;關注小焦槽存變化情況，槽存過低時，及時調整小焦用量和下料閘開度，使小焦均勻混入礦石中。通過以上手段，保證入爐原燃料質量的穩定，改善了料柱的透氣性，維持了煤氣流的穩定性。

2．2．2．4 優化配煤結構，改善焦炭質量

7 號高爐用焦主要來自武鋼焦化3 號、4 號焦爐及7．63 m 干熄焦，為保證焦炭質量，高爐技術部聯合焦化質量控制組采取了以下措施:1)加大對人廠煤的檢測力度，降低人廠煤煤質(即G 值和Y 值)波動;2)開發新的低灰低硫優質煉焦煤，通過優化配煤，改善配合煤灰硫指標;3)優化配煤工藝，提高配煤的準確性和自動化程度;4)優化配煤方案，采用生產與實驗相結合的方法，對生產使用過的多種配煤比統計分析和篩選，綜合各種因素，尋找焦炭質量與生產成本的最佳平衡點;5)建立武鋼主要煉焦用煤性價比評價體系，合理采購煤種。

2．2．2．5 錯角位布料及窄布料寬度

7 高爐根據自身原燃料條件，于2012年8月確立適宜的操作制度為C876541 333222 087654 23332、布料寬度為9 ° ～12 °，后期通過觀察煤氣CO2曲線、爐芯溫度、爐身冷卻壁水溫差、頂溫等的變化情況，對料線、裝料制度及布料角度進行微調?？紤]實際燒結礦粒度偏小，采用錯角位布料，使礦石角度整體大焦炭0．8 ° ～1．2 °，同時控制焦、礦料線差0．2 m ～0．3 m，保證礦焦在料面落點基本一致。調整后，高爐透氣性得到改善，風量、風壓趨于穩定，冷卻壁水溫差維持在4 ℃左右，煤氣利用率提高了近2%。

3 應用效果

通過以上高爐高風溫 技術措施的實施，7 號高爐風溫水平得到不斷提高，2013年3月全天風溫穩定到1230 ℃后，與2012年1 －3月相比，燃料比下降14kg/t 左右，高爐技術經濟指標得到有效改善(見表3)。

4 存在的問題

表3 7 號高爐2013年1 －9月與改造檢修前(2012年1 －3月)主要技術指標對比

1)7 號高爐煤氣、助燃空氣預熱系統采用間接換熱的熱管換熱器，雖然結構簡單，但對換熱管材要求極高，目前由于管道老化，煤氣預熱溫度由20 ℃上升至145 ℃，而助燃空氣只能由常溫上升至95 ℃，與當初設計目標180 ℃相差甚遠。

2)熱風爐使用的富化煤氣為低發熱值高爐煤氣和高發熱值轉爐煤氣，轉爐煤氣是由煤氣總管分撥給每座高爐，兩種煤氣的摻燒比例決定了拱頂的溫度。在實際生產中，常常會出現總管壓力不夠，從而導致不能提供足夠的轉爐煤氣，嚴重影響了拱頂溫度。

5 結語

通過對武鋼7 號高爐進行一系列的技術改進，風溫使用水平得到了顯著提高，高爐技術經濟指標大幅度提高。高爐高風溫技術是一項綜合技術，本項技術在武鋼7 號高爐的成功應用為國內其他高爐提供了參考。

［1］周傳典．高爐煉鐵生產技術手冊［M］．北京:冶金工業出版社，2008:501 －502．

［2］周國錢，徐智慧，楊佳龍．武鋼7#高爐提高風溫使用實踐［C］．全國高爐長壽與高風溫技術研討會論文集．北京:中國金屬學會，2012:322 －324．

［3］王莜留．鋼鐵冶金學(煉鐵部分)［M］．北京:冶金工業出版社，2008:226 －228．