論高風溫對高爐煉鐵的重要作用

王永剛

論高風溫對高爐煉鐵的重要作用

王永剛

高風溫可以降低高爐煉鐵的燃料比，文章論述了在提高產量的同時降低煉鐵成本以及實現高風溫的措施。

高風溫 燃料比

1.前言

高爐煉鐵采用熱風爐來加熱所鼓入高爐的風，可將風溫提高到1350℃，這是高爐煉鐵技術進步的重要標志之一，其重要意義在于:（1）可大幅度降低煉鐵焦比。風溫提高100℃，可提高高爐風口區理論燃燒溫度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量。因為高爐利用系數=冶煉強度/焦化，在焦比降低時，利用系數會提高。（3）風溫的提高不但可以替代昂貴的焦炭，而且允許噴吹煤粉，進而取得可觀的經濟效益。（4）熱風爐加熱是使用高爐的生產過程中所產生的副產品高爐煤氣來作為燃料。這樣，使高爐煉鐵系統成為熱效率最高的火法冶金設備。不僅降低了高爐煉鐵的生產成本，而且減少了煤氣排放，進而保護了環境。

2.高風溫的獲得

采用蓄熱式熱風爐3座-4座，能夠把風溫加熱到1200℃以上。其工作原理是，燃燒煤氣產生的高溫煙氣，通過對流和輻射傳熱到熱風爐內的耐火材料（格子磚或耐火球），并將熱量儲存在耐火材料的表面和內部（要求內外溫度基本一致）。停止燒爐后，熱風爐轉入送風工作制度，冷風送入處于高溫狀態的蓄熱室，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送入高爐。幾座熱風爐交替進行燃燒煤氣蓄熱和加熱鼓風，可以保證高爐不間斷，保持正常生產。

3.我國熱風爐類型和特點

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

3.1 內燃式熱風爐

是將燃燒室與蓄熱室同在一個殼體之內，燃燒室居殼體的一側，與蓄熱室用磚墻隔開。此種結構存在的主要問題是，隔墻兩側溫差大，尤其是下部；拱頂坐在殼內四周的大墻上，因溫度分布不均大墻產生不均勻漲落，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，熱風支管振動和損壞等。改良后的內燃式熱風爐是將大墻與隔墻之間設立滑動縫和臌脹縫，允許耐火磚可上下、左右自由移動，隔墻中間加隔熱層，可降低兩側的溫差，隔墻內蓄熱室一側安放耐熱鋼板，采用陶瓷燃燒器，拱頂高溫區采用硅磚。改良的內燃式熱風爐占地少、投資低，仍能提供1200℃風溫。

3.2 外燃式熱風爐

是將燃燒室放在爐殼之外，可以消除內燃式熱風爐隔墻的缺點，這樣結構使煤氣流分布均勻，并提高了砌體的整體強度和穩定性。外燃式熱風爐可穩定地提供1250℃以上的高風溫，壽命高。所以，現在2000m3以上容積的高爐廣泛采用外燃式熱風爐。但其結構復雜、占地大，投資也比內燃式高15%-35%。

3.3 頂燃式熱風爐

這是無燃燒室式熱風爐，優點有：消除了內燃式有隔墻的缺點，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；結構簡單，強度好，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，設置在爐頂的熱風管道要有支架和鼓脹圈。

3.4 球式熱風爐

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

4.我國熱風爐工作現狀

多年來，我國重點鋼鐵企業的熱風溫度在1082℃以下徘徊。重點鋼鐵企業只有寶鋼（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℃）熱風溫度年平均超過1100℃，大多數企業都在1100℃以下，最低的企業風溫只有883℃。國際上先進鋼鐵企業的熱風溫度在1300℃，我國高爐煉鐵的熱風溫度與國際先進水平相比，差距在100℃-150℃。近年來，我國高爐煉鐵技術進步處于高速發展階段，在利用系數、焦比、煤比、入爐礦品位等方面與國際先進水平的差距在縮小，但在熱風溫這項技術指標上卻停步不前。熱風溫度偏低，是我國煉鐵技術與國際先進水平相比差距最大的地方，嚴重制約了我國高爐煉鐵技術進步的前進步伐，應當引起我國煉鐵界的高度重視。

5.高風溫的重要作用

風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，減少對環境的污染，又可以實現降本增效。由于高爐煉鐵在正常生產時，要求風口前理論燃燒溫度在2000℃-2350℃，在低于2000℃時，高爐煉鐵生產就會出現難以操作的現象，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，需要提高風溫來補償。如熱風溫度在1000℃-1200℃時，噴吹1kg/t無煙煤需要1.6℃-2.0℃（煙煤需要2.0℃-2.5℃）的風溫來補償。因此只有高風溫，才能實現高噴煤比。

6.實現高風溫的技術措施

6.1 采用耐高溫材料

熱風爐爐頂采用耐高溫的硅磚來砌筑。

6.2 使用高熱值煤氣

如使用焦爐煤氣、天燃氣等轉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 預熱高爐煤氣和助燃空氣

煤氣預熱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℃；煤氣和預熱室氣的效果是兩者分別預熱效果之和。使用熱風爐煙氣余熱回收預熱煤氣和空氣，可以實現各自提高200℃。目前國內外已在高爐熱風爐上應用的煙氣余熱回收換熱器有：回轉式、金屬板式、管狀式、熱煤式、熱管式等。

6.4 縮小風溫與拱頂溫度的差值

目前我國送風溫度與拱頂溫度的差值大多大于200℃，有些企業甚至在250℃-300℃，難以實現高風溫。應當將差值控制在100℃-150℃。其措施有：提高熱風爐蓄熱面積、提高廢氣溫度（要使用耐熱鑄鐵作箅子和支柱）、縮短送風時間、增加換爐次數等。

6.5 耐高溫熱風閥

采用耐高溫的、填注高鋁質不定型耐火材料的耐熱合金鋼板焊接結構的熱風閥以及送風管道。

6.6 熱風爐殼保溫層

采用熱風爐殼加厚隔熱保溫層、噴涂高鋁質耐火纖維，以實現耐熱和絕熱的效果。

6.7 高抗蠕變性能耐材

使用高抗蠕變性能的耐火材料，實現爐內砌體結構穩定、耐高溫又長壽的目標。

（作者單位：本鋼煉鐵廠）