泰钢1 780 m3高炉热风炉技术特点

孙式超，冯燕波

（1莱芜市泰钢工程设计研究有限公司，山东莱芜 271100；2中冶京诚工程技术有限公司炼铁工程技术所，北京 100176）

经验交流

泰钢1 780 m3高炉热风炉技术特点

孙式超1，冯燕波2

（1莱芜市泰钢工程设计研究有限公司，山东莱芜 271100；2中冶京诚工程技术有限公司炼铁工程技术所，北京 100176）

泰钢1 780 m3高炉工程中采用旋切式顶燃热风炉，对热风炉燃烧器、双锁扣拱顶、组合砖及高效格子砖等主要特点进行了分析。实践表明，热风炉系统具有稳定提供1 250℃风温的能力，寿命可达到两代高炉炉龄。

高炉；热风炉；高效格子砖；燃烧器

随着现代高炉喷煤量的增加和高炉一代炉龄的延长，高风温、长寿命热风炉已成为现代热风炉设计的目标。如荷兰霍戈文内燃式热风炉、日本新日铁外燃式热风炉等，风温均在1 200℃以上，寿命可达30 a。但内燃式热风炉蓄热室气流分布不均匀、隔墙稳定性差和外燃式热风炉占地面积大、投资高等问题，始终是热风炉设计的软肋。而大型旋切式顶燃热风炉，克服了内燃式热风炉固有的缺点，投资和占地面积相对外燃式热风炉少，在现代高炉生产中具有较明显的优势。

1 热风炉设计概况

泰钢集团两座1 780 m3高炉均配备3座旋切式顶燃热风炉。3座热风炉按一列式布置，主要由以下几个部分组成：热风炉本体、管道系统、烟气余热回收系统、助燃风机系统、液压及润滑系统、烟囱。热风炉设计条件：冷风流量4 200 m3/min、设计风温≥1 250℃、拱顶温度1 400℃、冷风压力0.43 MPa、冷风温度120℃、最高废气温度420℃、预热后助燃空气温度≥200℃、预热后煤气温度≥200℃、燃料热值3 200 kJ/m3。操作制度：两烧1送、送风时间≥45 min。

热风炉形式为旋切顶燃式，座数为3座，全高47 m，炉壳内径（上/下）Φ 9 200/8 654，蓄热室断面积46.42 m2，格子砖高度26.040 m，单座热风炉格子砖加热面积66 398 m2，单位炉容蓄热面积112 m2/m3，单位鼓风蓄热面积47.4 m2/（m3·min），每座热风炉格子砖总重1 445 t。

热风炉工艺计算是以单烧高炉煤气为基础的。燃烧计算结果表明，为了达到≥1 250℃的送风温度，助燃空气和高炉煤气的预热温度应达到200℃以上。为此，通过优化蓄热室格子砖高度，使平均废气温度控制在300℃左右，再通过板式换热器预热助燃空气和煤气来实现这一目标。

2 热风炉设计特点

2.1 耐火材料

耐火材料的选择是由热风炉各部位的温度分布为依据的。根据热风炉不稳态传热模拟计算结果，热风炉燃烧室及蓄热室上部高温区采用硅砖RG95，下部低温区根据温度分布情况分别采用低蠕变粘土砖HRN42和粘土砖RN42，各段高度与格子砖材质相匹配。燃烧器内墙喉口部位选用抗温度冲击能力较好的莫来石砖。热风管道内衬为低蠕变高铝砖，隔层为轻质高铝砖和耐火喷涂料。

2.2 热风炉本体

1)炉壳。热风炉炉壳材质选用Q345C，由直筒壳体、拱顶壳体及燃烧器壳体3部分构成。直筒部分与炉底采用圆弧连接，并用地脚螺栓固定在混凝土基础上。炉壳的主要直径变化处采用曲线过渡结构，减小应力集中。上部高温区炉壳内表面涂抹YJ-250耐热耐酸防腐涂料，防止晶间应力腐蚀。

2）旋切式顶燃热风炉燃烧器。燃烧器安装在燃烧室上部，由混合室及收缩口、煤气入口及环道、助燃空气入口及环道和空煤气喷口组成。混合室设在环道的中央区域，内侧设有喷口，外侧设有入口和环道，混合室和燃烧室的交界处设有收缩口。煤气与空气采用涡流喷射进入燃烧器，煤气流与空气流在燃烧器内旋流，从喉口喷出后进入燃烧室燃烧，实现高炉煤气在进入格子砖以前能够均匀、完全的燃烧。另外，燃烧产物的旋转气流保证在格子砖断面上均匀分布，气流分布的不均匀度仅为3%～5%。

3）双锁扣拱顶。为了提高稳定性，热风炉上部采用双锁扣拱顶。拱顶内衬直接支撑在热风炉炉壳上，与大墙砌体分开，两者之间设迷宫式滑移缝，消除了大墙不均匀膨胀对拱顶的影响。另外，该拱顶结构可使蓄热室断面上的气流分布更加均匀，是目前普遍采用的热风炉拱顶形式［1］。为便于砖型设计施工，采用两圆拟合悬链线。在保证拱顶稳定的前提下，适当降低拱顶高度，从而降低了热风炉全高。拱顶采用专有的组合砖整体砌筑技术，改善了拱顶砌体的受力状况。此外，在拱顶内衬中合理地设置膨胀缝和滑移缝，使砌体能更好地适应冷热交替的工作环境，结构更加稳定。

4）组合砖及高效格子砖。在上部高温区砌体开孔部位均采用组合砖，以提高易破损部位的砌体结构稳定性和气密性。组合砖内外两环之间以及组合砖与热风管道砌体之间设置膨胀缝，使各层砌体间能自由膨胀、滑动。根据传热计算结果和蓄热面积的要求，蓄热室格子砖高度设计为26.04 m，上部高温区采用抗高温蠕变性能好的硅质格子砖，中部采用低蠕变粘土质格子砖，下部采用粘土质格子砖。格子砖采用19孔，格孔直径Φ28mm，加热面积54.93 m2/m3，填充系数0.615%，当量厚度22.4mm。该格子砖活面积较小，单位加热面积较大。因此，在保持格子砖总重量相同的条件下，总的蓄热面积可增加15%左右。

格子砖砌筑采用交错码放形式，上下两层由凹凸槽固定，保证了蓄热体结构的稳定性。格子砖之间砖缝为8mm，用发泡苯乙烯板填充，格子砖与炉墙之间留有10～20mm的缝隙，保证了蓄热体相对于炉墙的独立性，有利于各部位耐火材料砌体受热膨胀。

2.3 管道系统

为了使热风管道系统更加合理，在热风支管两侧的主管上各安装1个轴向补偿器，并在管道砌砖时分段留有S形膨胀缝。由于热风出口位置较高，在围管与热风出口之间的主管道间设计垂直联络管，并在联络管两侧的热风主管上分别设置连接一体的大拉杆。热风围管吊挂在炉体框架上，并用拉杆固定，在两段主管道的端部各设置1个补偿器，以吸收拉杆受热后的膨胀量。为了克服烧炉后炉壳的上涨和炉身圆周方向的膨胀对热风支管的破坏，在每个支管上设置复式补偿器，并在热风阀和补偿器之间设置弹簧支座。冷风管、煤气管、助燃空气管和烟道管按不同的标高布置在热风主管同侧。各管道根据介质温度和管道走向设置不同形式的补偿器，各种阀门均布置在管道与热风炉之间，便于操作。采用地上烟道，烟道管内喷涂耐热喷涂料，其他管道用硅酸铝纤维毡进行外部保温。

2.4 热风炉主要设备

1）炉箅子及支柱。与19孔格子砖相匹配，设计采用新型梅花孔形炉箅子，使烟气和冷风气流分布更加均匀。根据热风炉控制废气温度要求，设计最高使用温度≤450℃。炉箅子及支柱采用横梁式结构，材质选用耐热铸铁，可满足高温工作条件下结构稳定。

2）主要阀门。热风阀、倒流休风阀为阀座阀板带高温耐热涂料的新型水冷闸板阀，采用纯水密闭循环冷却。其他阀门主要采用竖式闸阀和蝶阀。各主要阀门采用液压驱动，系统内设有液压站和润滑站。冷风放风阀安装在鼓风机与热风炉之间的冷风总管上，配有消音器。

3）煤气、助燃空气双预热系统。为了实现热风炉在单烧高炉煤气的情况下送风温度达到1 250℃的目标，需要将助燃空气和煤气进行预热。目前国内常用的方法主要有换热器法和附加加热炉法。附加加热炉预热温度高，但系统复杂、设备多、投资高、操作维护量大。换热器法流程简单，不需耗费额外能源，运行费用低。因此，设计采用板式换热器。

2.5 热风炉操作和控制系统

热风炉操作采用2烧1送工作制度。操作系统分全自动、半自动两种方式，为方便设备检修和开、停炉控制，另设有手动操作和事故操作（机旁操作）等方式。热风炉系统采用PLC控制，设置自动换炉和自动燃烧系统。该控制系统可以缩短送风时间和实现燃烧最优化，从而提高热风温度。

3 结语

旋切式顶燃热风炉系统工艺设计科学合理，通过优化热风炉主要设计参数，结合使用高效的旋切式燃烧器和新型格子砖，在两烧一送的工作制度下，热风炉系统具有稳定提供1 250℃风温的能力。通过选用合理的耐火材料和先进的砌筑方式，结合稳定的管道系统和空、煤气双预热系统，热风炉的寿命可达到两代高炉炉龄，实现了长寿的要求。

TF578

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1004-4620（2014）04-0068-02

2014-02-19

孙式超，男，1974年生，1997年毕业于首钢工学院钢铁冶金专业。现为泰钢工程设计研究有限公司高级工程师，从事高炉炼铁工艺技术工作。