王永刚

论高风温对高炉炼铁的重要作用

王永刚

高风温可以降低高炉炼铁的燃料比，文章论述了在提高产量的同时降低炼铁成本以及实现高风温的措施。

高风温 燃料比

1.前言

高炉炼铁采用热风炉来加热所鼓入高炉的风，可将风温提高到1350℃，这是高炉炼铁技术进步的重要标志之一，其重要意义在于:（1）可大幅度降低炼铁焦比。风温提高100℃，可提高高炉风口区理论燃烧温度60℃-80℃，可降低高炉燃料比20kg/t-30kg/t，可允许多喷吹煤粉15kg/t。（2）可显著地提高高炉生铁产量。因为高炉利用系数=冶炼强度/焦化，在焦比降低时，利用系数会提高。（3）风温的提高不但可以替代昂贵的焦炭，而且允许喷吹煤粉，进而取得可观的经济效益。（4）热风炉加热是使用高炉的生产过程中所产生的副产品高炉煤气来作为燃料。这样，使高炉炼铁系统成为热效率最高的火法冶金设备。不仅降低了高炉炼铁的生产成本，而且减少了煤气排放，进而保护了环境。

2.高风温的获得

采用蓄热式热风炉3座-4座，能够把风温加热到1200℃以上。其工作原理是，燃烧煤气产生的高温烟气，通过对流和辐射传热到热风炉内的耐火材料（格子砖或耐火球），并将热量储存在耐火材料的表面和内部（要求内外温度基本一致）。停止烧炉后，热风炉转入送风工作制度，冷风送入处于高温状态的蓄热室，吸收储存在耐火材料的热量而被加热，然后通过管道将热风送入高炉。几座热风炉交替进行燃烧煤气蓄热和加热鼓风，可以保证高炉不间断，保持正常生产。

3.我国热风炉类型和特点

按照热风炉燃烧煤气燃烧室的布置，可分为内燃式、外燃式和顶燃式三种。内燃式又可分为传统内燃式和改良内燃式；外燃式可分为马琴式科柏式、地德式和新日铁式等。蓄热室内所用耐火材料又分为格子砖式和球式。

3.1 内燃式热风炉

是将燃烧室与蓄热室同在一个壳体之内，燃烧室居壳体的一侧，与蓄热室用砖墙隔开。此种结构存在的主要问题是，隔墙两侧温差大，尤其是下部；拱顶坐在壳内四周的大墙上，因温度分布不均大墙产生不均匀涨落，各部位耐火砖自身臌胀的不同作用，会使大墙和拱顶产生裂缝、损坏、掉砖，隔墙向蓄热室倾斜，蓄热室格子砖错位、紊乱，热风支管振动和损坏等。改良后的内燃式热风炉是将大墙与隔墙之间设立滑动缝和臌胀缝，允许耐火砖可上下、左右自由移动，隔墙中间加隔热层，可降低两侧的温差，隔墙内蓄热室一侧安放耐热钢板，采用陶瓷燃烧器，拱顶高温区采用硅砖。改良的内燃式热风炉占地少、投资低，仍能提供1200℃风温。

3.2 外燃式热风炉

是将燃烧室放在炉壳之外，可以消除内燃式热风炉隔墙的缺点，这样结构使煤气流分布均匀，并提高了砌体的整体强度和稳定性。外燃式热风炉可稳定地提供1250℃以上的高风温，寿命高。所以，现在2000m3以上容积的高炉广泛采用外燃式热风炉。但其结构复杂、占地大，投资也比内燃式高15%-35%。

3.3 顶燃式热风炉

这是无燃烧室式热风炉，优点有：消除了内燃式有隔墙的缺点，在相同容量下，蓄热室面积增加25%-30%；使用短焰燃烧器，在炉顶部燃烧，热量集中，热损失少，有利于提高拱顶温度；结构简单，强度好，砖型少砌筑容易；改善了耐火材料工作条件；占地面积少，与外燃式相比节省20%的钢材和耐火材料。但需要有良好性能的短焰燃烧器，拱顶要使用耐急冷急热的耐火材料，设置在炉顶的热风管道要有支架和鼓胀圈。

3.4 球式热风炉

这是顶燃式热风炉的一种，蓄热室内不用格子砖，而用耐火球。其特点是因球的蓄热面积大，可允许降低蓄热室高度，进而热风炉高度也低。球的气孔度是随生产时间而逐步变小，由投产时的0.42降到0.28，这样造成风的阻力逐渐加大，故要周期地换球，且因球床小，蓄热不足，会产生送风期降风温大，送风时间短，故球式热风炉只用在4200m3以下的中小高炉。

4.我国热风炉工作现状

多年来，我国重点钢铁企业的热风温度在1082℃以下徘徊。重点钢铁企业只有宝钢（1240℃）、上钢一厂（1162℃）、梅山（1123℃）、新兴铸管（1140℃）、承钢（1103℃）、福建三钢（1124℃）、武钢（1107℃）、攀钢（1130℃）热风温度年平均超过1100℃，大多数企业都在1100℃以下，最低的企业风温只有883℃。国际上先进钢铁企业的热风温度在1300℃，我国高炉炼铁的热风温度与国际先进水平相比，差距在100℃-150℃。近年来，我国高炉炼铁技术进步处于高速发展阶段，在利用系数、焦比、煤比、入炉矿品位等方面与国际先进水平的差距在缩小，但在热风温这项技术指标上却停步不前。热风温度偏低，是我国炼铁技术与国际先进水平相比差距最大的地方，严重制约了我国高炉炼铁技术进步的前进步伐，应当引起我国炼铁界的高度重视。

5.高风温的重要作用

风温是高炉炼铁的重要热源之一，占高炉热量总收入量的20%-30%。高风温是廉价能源，使用高炉煤气烧炉，既可煤气综合利用，减少对环境的污染，又可以实现降本增效。由于高炉炼铁在正常生产时，要求风口前理论燃烧温度在2000℃-2350℃，在低于2000℃时，高炉炼铁生产就会出现难以操作的现象，如顺行变差、炉缸工作不均匀、渣铁难以分离、流动性变差、炉渣脱硫能力下降等。风温提高100℃，可使理论燃烧温度升高60℃-80℃。而高炉每吨铁喷吹10kg/t煤粉，会使理论燃烧温度降低20℃（无烟煤）至30℃（烟煤）。在喷煤比大于130kg/t时，会使风口理论燃烧温度下降260℃-390℃，这时炉缸温度就明显不足，需要提高风温来补偿。如热风温度在1000℃-1200℃时，喷吹1kg/t无烟煤需要1.6℃-2.0℃（烟煤需要2.0℃-2.5℃）的风温来补偿。因此只有高风温，才能实现高喷煤比。

6.实现高风温的技术措施

6.1 采用耐高温材料

热风炉炉顶采用耐高温的硅砖来砌筑。

6.2 使用高热值煤气

如使用焦炉煤气、天燃气等转炉煤气来富化高炉煤气，提高烧炉时拱顶温度。这也取决于钢铁厂的各种煤气平衡程度和资源条件。

6.3 预热高炉煤气和助燃空气

煤气预热100℃，理论燃烧温度升高50℃，助燃室气提高100℃，理论燃烧温度可升高30℃-35℃；煤气和预热室气的效果是两者分别预热效果之和。使用热风炉烟气余热回收预热煤气和空气，可以实现各自提高200℃。目前国内外已在高炉热风炉上应用的烟气余热回收换热器有：回转式、金属板式、管状式、热煤式、热管式等。

6.4 缩小风温与拱顶温度的差值

目前我国送风温度与拱顶温度的差值大多大于200℃，有些企业甚至在250℃-300℃，难以实现高风温。应当将差值控制在100℃-150℃。其措施有：提高热风炉蓄热面积、提高废气温度（要使用耐热铸铁作箅子和支柱）、缩短送风时间、增加换炉次数等。

6.5 耐高温热风阀

采用耐高温的、填注高铝质不定型耐火材料的耐热合金钢板焊接结构的热风阀以及送风管道。

6.6 热风炉壳保温层

采用热风炉壳加厚隔热保温层、喷涂高铝质耐火纤维，以实现耐热和绝热的效果。

6.7 高抗蠕变性能耐材

使用高抗蠕变性能的耐火材料，实现炉内砌体结构稳定、耐高温又长寿的目标。

（作者单位：本钢炼铁厂）