张发辉，杨智强，杨 琳

(中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司，湖北 武汉 430080)

摘 要：红钢 3# 高炉配置 3 座顶燃式热风炉，热风炉运行 11 年后出现格子砖堵塞及风温偏低等现象。为了改善现有风温条件，采用在线改造的方式在原热风炉旁增加了一座热风炉，并对热风平台、管道、电气、仪表、自动化等系统进行了相应的改造。改造完成后，4# 热风炉单炉送风温度达到 1220℃；4 座热风炉采用“交错并联”送风时，平均送风温度达到 1170℃，较改造前平均风温提高了 170℃。热风炉平均风温提高后，高炉焦比由改造前435kg/t·Fe 降至改造后 410kg/t·Fe，节约焦炭效果明显。

关键词：热风炉；顶燃式；在线改造

红钢 3# 高炉目前配置 3 座热风炉，其热风炉本体、燃烧器及热风管道全部引进俄罗斯卡卢金热风炉技术，热风炉设计风温 1200℃，热风炉于 2008 年 7 月投入运行。

1 存在问题

（1）随着高炉的产能提升，冶炼强度不断提高，热风炉的加热风量增大，3 座热风炉超负荷运转，原热风炉加热能力无法适应高风温要求，平均风温仅1000℃。

（2）自 2018 年以来，1# 热风炉烧炉时拱顶温度烧不上去，送风时拱顶下降快，2019 年 4 月出现送风压差增大的现象，初步判断热风炉内部砌体有破损和格子砖堵塞现象。

2 改造内容

风温在高炉生产中起着举足轻重的作用，它影响着高炉的多项生产指标，如理论燃烧温度、焦比、煤比、产量等^［1-3］ 。为了改善现有风温条件，降低焦比及生产成本，在原热风炉旁增加了 4# 热风炉。新建 4# 热风炉位于 3# 热风炉以南的现有道路上，与原热风炉呈一列式布置。主要改造内容有：

（1）在原热风炉南侧道路上新建 4# 热风炉，道路下有一根水管占用热风炉基础，需要移位。

（2）根据地勘报告设计新建 4# 热风炉基础与框架基础。

（3）新建 4# 热风炉炉壳钢结构及框架平台，新建炉壳与现有热风炉保持一致，框架平台与现框架对应平台通过走道相连，便于检查维护。

（4）热风炉本体内衬及燃烧器采用国产自有专利技术，优化设计热风出口、燃烧器组合砖，对原热风炉内衬设计缺陷进行有效改进。

（5）为延长热风阀的使用寿命，热风炉阀门冷却水由工业水开路冷却改为软水密闭循环冷却，新建冷却水泵房，与高炉水系统隔开，减少对高炉水系统影响。

（6）新建 4# 热风炉、新建独立的热风炉阀门软水冷却泵站、新增热风炉配套的管道、热风炉阀门液压传动与润滑、阀门及水泵的供电、照明、热风炉检测与控制等配套项目。

3 改造技术特点

随着高炉冶炼强度提高，热风炉加热风量需从3200Nm³ /min 增加至 3450Nm³ /min。增加一座热风炉后，热风炉增加“两烧两送”送风制度，在每座加热炉加热面积、热风炉炉壳内径、热风炉全高、蓄热室断面积、格子砖总高度等相同条件下，单炉格子砖重由 796t 增加到 821t，对应的单位炉容加热面积 86.97m² /m³ 增加到115.96m² /m³ ，单位鼓风加热面积由 36.69m²/（Nm³ /min）增加到 45.37m² /（Nm³ /min）。

3.1 新建 4# 热风炉的技术特点

（1）稳定的热风出口结构。采用热风出口与拱顶分离的方式，热风出口组合砖独立在直段大墙上，减小应力变化对热风出口稳定性的影响，且热风出口采用双环母砖加花瓣砖设计，整体结构更加稳定。

（2）稳定的三岔口结构。热风管道三岔口采用组合砖砌筑，热风支管采用带有锁扣的砖型咬砌，可起到很好的环向密封气流的作用，环环相扣、相互支撑，避免管道掉砖。

（3）高效陶瓷燃烧器。采用分层燃烧原理，可调节分层燃烧的强度，能更好地调节燃烧器出口处的混匀程度，减少了拱顶上、下部温差，可延长燃烧器及拱顶寿命。

（4）增强蓄热能力。由于原热风炉格子砖砖重偏低，蓄热能力不足，将硅质格子砖底部部分硅砖改为低蠕变高铝砖，大墙砖也作相应调整。

（5）热风炉炉壳底部由直角锅底改为圆弧形锅底，减少热应力，防止炉壳开裂。

（6）拱顶热电偶及红外测温孔优化设计，减少炉壳发红。

（7）增加烟气支管 O₂ 检测，便于自动烧炉。

（8）1~3# 热风炉启动燃烧器与热风出口角度为30°，距离太小，4# 热风炉设计将其优化为 45°，方便现场烘炉设备安装。

3.2 耐火材料

根据热风炉系统各部位的工作温度、受力状况和化学侵蚀的特点分别选用不同性能的耐火材料。

（1）陶瓷燃烧器部位由于在燃烧期和送风期有频 繁的温度波动，设计整体选用抗热震性能好的堇青石 -莫来石耐火砖^［4］，可以确保热风炉燃烧器长寿命优势。

（2）热风炉拱顶及热风出口段炉壳内壁喷涂耐酸喷涂料，拱顶由里向外依次砌筑硅砖^［5］、轻质高铝砖和轻质粘土砖。预燃室的环形收集器、烧嘴、球顶内层均采用高抗热震耐火砖砌筑。

（3）蓄热室上部大墙由硅砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、轻质喷涂料组成；蓄热室中部大墙由低蠕变粘土砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、轻质喷涂料组成；蓄热室下部大墙由粘土砖、轻质粘土砖、轻质喷涂料组成。

（4）蓄热室使用 37 孔 φ20mm 格子砖，蓄热室的上部格子砖材质为硅砖，中部材质为低蠕变粘土砖，蓄热室下部格子砖材质为粘土砖，热风炉格子砖下部为无托梁炉箅子。

3.3 工艺设备

（1）助燃风机。热风炉配备 2 台助燃风机，一用一备，单台助燃风机风量 126800Nm³/h，出口风压 10~11kPa。热风炉改造后，新热风炉组采用“两烧两送”工作模式， 需要助燃风量 95000Nm³ /h，现有助燃风机能满足 4 座热风炉交错并联送风的要求，因此助燃风机按利旧考虑。

（2）主要阀门。新增 4# 热风炉的阀门规格型式基本与现有热风炉相同，主要阀门除煤气切断阀采用液动蝶阀，空、煤气调节阀采用电动蝶阀外，其余阀门均采用液压闸阀。主要工艺设备的安装定位及规格型号与原有三座热风炉保持一致，4# 热风炉的阀门与原有三座热风炉的阀门互换，以便于备品备件的管理。

（3）炉箅子支柱。原热风炉炉箅子支柱结构为支柱+ 圆孔炉箅子 + 导流板，炉箅子支柱及导流板材质均为HTRCr2。新增热风炉炉箅子支柱材质改为 QTRSi4Mo，导流板材质仍 HTRCr2，炉箅子支柱的耐高温性能更佳。

（4）热风炉液压、润滑系统。热风炉液压系统中，增加一套液压控制阀台用于控制新增的 4# 热风炉阀门操作；增加一套蓄能器用于补充阀门动作的油量，并作为应急油源，提供停电状况下阀门动作的油量。

（5）热风炉阀门冷却水。新建独立的热风炉阀门软水冷却水站，利用外网水作为热风炉保安水源。在两股水源的切换阀前，设排污水管，下方设有水包，以便定期排污。

（6）热风炉工艺管道连接。4# 热风炉位于原热风炉与鼓风机站之间的公路上，与公路边的高炉煤气管（DN1600）不相干涉，与鼓风机站送入热风炉的冷风总管也不干涉。各工艺管道连接如图 1 及图 2 所示。

为保证结构稳定，防止管道开裂，热风主管、支管及烟气管、煤气及空气管道均设置波纹补偿器；煤气、助燃空气管道布置均考虑流体的检测要求。

（7）检修设施。在热风炉副跨框架内设置一台 16t电动葫芦，用于检修烟道阀、冷风阀、充压阀和废气阀等；在热风炉热风平台上，加装一台 3t 电动葫芦，用于检修时吊运日常维护所需的小型备件及材料。

（8）烘炉燃烧器。根据生产工艺的要求，4# 热风炉配置烘炉燃烧器，用于热风炉烘炉或保温时使用，当高炉停炉无高炉煤气启动生产时，烘炉燃烧器可满足工艺要求。烘炉燃烧器配套设置烘炉热风阀。

3.4 管道对接

4# 热风炉工艺管道与原 1~3# 热风炉管道对接是热风炉改造项目的关键和难点，具体如下：

3.4.1 介质管道对接

风、烟气、助燃空气、煤气、氮气及软水管道与旧管道对接，施工时间 36h。冷却水管对接时，原热风阀的冷却水不能停，切换到临时净环水。其余介质管道对接至相应主管即可。

3.4.2 热风管道对接

热风管道对接是热风炉改造施工中最关键、最困难的工作，热风管道对接施工时间 60h。高炉休风时间短、热风管道内温度高，管道对接时需要完成切除旧热风管道封头、热风管道端头强制降温、新旧管道焊接、管道内喷涂及耐材砌筑等工序。

4 改造效果

（1）4# 热风炉建成投产后，在冷风风量 3450Nm³ /min、空气预热温度 175℃、煤气预热温度 160℃条件下：4#热风炉拱顶最高温度 1350℃，送风温度达到 1220℃；4 座热风炉采用“交错并联”送风时，平均送风温度达到1170℃，较改造前平均风温提高了 170℃。热风炉平均风温提高后，高炉焦比由改造前 435kg/t·Fe 降至改造后410kg/t·Fe，节约焦炭效果明显。

（2）热风炉本体及热风管道耐火材料选材设计合理，热风炉投产以来，风温达到设计要求，热风炉本体炉壳温度＜120℃，热风出口部位管壳温度＜130℃，热风管道温度＜120℃，热风管道三岔口温度＜130℃，炉壳及热风管道没有一处高温点。

（3）热风炉框架结构外观简洁大方，平台管道及走道设置合理，检修平台简洁实用。

5 结 语

高炉热风炉不停产，采用在线改造的方式新增一座热风炉，60h 内完成管道对接并复风复产，对高炉生产影响较小，为炼铁厂实施节能降耗改造提供了可借鉴的实践经验。

在线改造增加一座热风炉对风温提高作用较大，并为其他 3 座热风炉依次在线改造提供了基础和条件。4# 热风炉投产后可实现对现有 1~3# 热风炉依次进行在线检修，即一座热风炉进行检修，其余三座热风炉运行，不影响高炉的正常生产。热风炉检修后可消除安全隐患，确保安全生产。

参考文献

［1］杨军，喻招文，余骏.韶钢 6 号高炉顶燃式热风炉改造实践［J］.炼铁，2012，31(5)：54-56.

［2］吴启常，张建梁，苍大强.我国热风炉的现状及提高风温的对策［J］.炼铁，2002，(5)：1-4.

［3］毛庆武，张福明，张建良，等.特大型高炉高风温新型顶燃式热风炉设计与研究［J］.炼铁，2010，29(4)：1-6.

［4］彭朝文.热风炉用耐火材料的使用探讨［J］.耐火材料， 2013，47(6)：473-475.

［5］李庭寿，张颐，魏新民，等.我国热风炉及耐火材料的技术发展与建议［J］.中国钢铁业，2010，(11)：23-29.