蓄热式钢包烘烤技术在炼钢生产中的应用

陈 军

（河钢集团宣钢公司一钢轧厂，河北张家口 075100）

0 前言

随着钢铁工业的发展与市场竞争的加剧，产品质量与生产成本已成为企业的重点，因此炼钢过程对钢包、中包的烘烤温度和能耗提出了更高的要求。蓄热式钢包烘烤技术可以快速提高钢包的烘烤温度，改善钢包烘烤效果，从而起到稳定生产、改善钢水质量与降低能耗的作用。

1 现状分析

河钢宣钢一钢轧厂的钢包、中包烘烤均为普通烘烤器，吨钢煤气消耗约20 m3。普通烘烤器的烧嘴为套筒式和金属自预热式，煤气通过烧嘴燃烧后排烟的温度高达 900～1000℃，火焰在钢包内部形成对流，包壁温升不均匀，大量热量散失到空气中，热量损失占燃料燃烧总热量的50%～70%，钢包烘烤时间长。而其他钢厂的钢包、中包烘烤均为蓄热式，吨钢煤气消耗约8 m3，煤气消耗量小，能源利用率高，因此优化和降低煤气消耗已成为炼钢生产的关键工作。

2 总体思路

蓄热技术可以大大提高余热烟气的热回收效率，使助燃空气、煤气预热温度达到1000℃，而排烟温度降到200℃以下。通过换向阀的不断换向，使钢包内壁温度均匀上升。蓄热式烘烤器与普通钢包烘烤器相比具有节省燃料、快速提温、提高包衬寿命、降低有害气体排放等优点。因此，针对河钢宣钢一钢轧厂百吨炉区传统烘烤器烘烤效率低、焦炉煤气消耗高的现象，制定了对百吨炉区4#、5#卧式钢包烘烤采用蓄热式燃烧技术改造方案，如果改造后效果明显，即可在其他钢包的烘烤器上进行推广。

3 技术内容

3.1 蓄热式燃烧技术原理

（1）蓄热式燃烧技术是一种极为有效的烟气余热回收技术，它能最大限度地回收燃烧加热装置所排出的烟气中的余热，降低排烟热损失，提高燃烧加热装置的热效率。蓄热式钢包烘烤器燃烧系统主要由2个烧嘴、2个蓄热体、气体切换阀和相关的控制系统组成。

（2）烧嘴与蓄热体是成对出现，在一个烧嘴的助燃空气通过蓄热体被预热后燃烧时，另一个烧嘴充当排烟的角色，在排烟的同时加热蓄热体，当该蓄热体被充分加热后，切换系统动作使系统反向运行。这样就完成一个换向周期。如此循环往复，实现提高燃烧温度和节约能源的目的。

3.2 技术方案

卧式钢包快速烘烤器设计有一对钢包支架，是将钢水罐横卧(＞10°)在固定钢包支架上进行烘烤的设备。钢包盖竖着立于承载车的前端，烘烤器由承载车体、鼓风机、钢包盖、引风机、换向阀等组成，所有部件都固定在电动小车的车体上。燃烧器位于包盖前端，燃烧时，火焰呈平射状，烘烤装置的供气、供风系统固定在承载车上。蓄热式燃烧器由供风系统、煤气系统和控制系统组成。

（1）供风系统。燃烧所需的助燃空气由鼓风机供给，出鼓风机的空气经管道接至换向阀空气入口，出换向阀的空气经蓄热室预热后进入钢包助燃。换向系统采用1个二位四通阀，共有4个气体接口，分别与空气管道、蓄热室、引风机等相接。换向阀采用气动换向，动作时间24 s，煤气切换采用1个两位三通阀控制煤气换向。

（2）煤气系统。燃烧所需煤气由动力厂低压焦炉煤气管道系统供给。由煤气总管接至烘烤器，由换向系统控制，周期性变换进入钢包内。煤气管道设有煤气切断阀，用于在事故状态时及时切断煤气。

（3）控制形式。以手控操作为主，可通过控制面板按纽的操作完成所有的操作过程。

4 运行情况

对百吨炉区4#卧式钢包烘烤器进行改造，4#蓄热式烘烤器投用后，分别对5#普通烘烤器与4#蓄热式烘烤器的性能进行了测试，测试情况见图1。钢包初始烘烤温度都为450℃,普通烘烤器大火（煤气流量1500 m3/h）烘烤 30 min，最高温度820℃，高温段温度的上升速率趋于缓慢，烘烤温度很难再上升。蓄热式钢包烘烤器的前8 min，温升与普通烘烤器相差不多，但在10～30 min，高温段的上升速率非常快，其原因是由于烘烤温度的升高，钢包内的烟气温度逐渐升高，对于蓄热式烘烤器来说，空气和煤气的预热温度也上升，该结果极大提高了燃料的燃烧效率，使火焰更加稳定，温度更加均匀。对于普通式钢包烘烤器来说，排烟温度的上升，意味着热量损耗增大，因而烘烤温度上升速度则逐渐趋缓。检测两系统的排烟温度，蓄热式烘烤器的排烟温度，在换向阀后进行测量，其波动范围100～150℃，而对普通式烘烤器的排烟温度进行测试，范围800～1000℃,可见其热量损失较高。

图1 钢包烘烤温升曲线图

通过实际运行比较可知，蓄热烘烤器系统改变了传统的燃烧方式，燃烧的机理与传统预混和扩散燃烧有所不同。由于空气和煤气的预热温度很高，煤气不需要利用传统的燃烧器与空气作掺混以形成利于燃烧的特定浓度场分布，只需要将空气和煤气通过各自的喷口喷入包内即可，而且这样可以很方便地调节空气、煤气的配比，达到低氧燃料的目的。另外，高预热温度保证了煤气进入包内并维持稳定的燃烧，这种特殊的燃烧方式将钢包整体作为一个反应器，煤气和空气的反应遍及整个钢包，没有通常的可见火焰和其特有的火焰高温区，整个钢包内温度十分均匀。

5 实施效果

由于排烟温度降低，空气和煤气的预热温度上升，煤气的燃烧效率提高，原先控制煤气流量的街门开度为80%，煤气瞬时流量为1200 m3/h,改造后截门开度为50%即可满足烘烤要求，煤气瞬时流量为650 m3/h,1台蓄热式烘烤器每年的节能效益达257万元。后续对百吨炉区5#卧式钢包烘烤器也进行了蓄热式改造，通过改造运行，百吨炉区焦炉煤气消耗降低效果显著，由原来每天平均消耗煤气7万m3，降到5万m3。

对钢包烘烤器进行技术改造后，由于钢包烘烤温度均匀，提高了钢水质量，满足了日益严格的钢材质量技术条件，为开发和生产出高技术含量品种钢创造了条件，同时由于陶瓷蜂窝状蓄热体的吸附作用，大大降低了有害气体的排放。这对公司开发新品种，提高产品质量和实现节能减排，均有着深远的意义。

6 结论

蓄热式燃烧技术，解决了普通烘烤器包壁温升不均匀，大量热量散失到空气中，钢包烘烤器时间长，浪费煤气的问题，实现了提高燃烧温度和节约能源的目的。同时，该技术工艺设计简单、维护方便，运行成本低，节约煤气效果显著，由于陶瓷蜂窝状蓄热体的吸附作用，大大降低了有害气体的排放，已在其他钢包的烘烤工艺上进行了推广与应用。