摘 要 ：高風溫已成為當前鋼鐵企業降低成本、增加效益和節能減排的首選技術。在不進行大規模投資，采取淘汰內燃式熱風爐，改造成為頂燃式熱風爐；球爐改造成為高效格子磚熱風爐,都取得了高風溫的實效。在不影響送風系統安全運行的前提下，采取小幅度提高風溫應用技術措施，例如蓄熱體覆層材料應用，助燃風機的改進，智能強化燃燒技術等，提高風溫10-30℃是可行的，經濟效益也是十分可觀的。
關鍵詞 高爐 熱風爐 高風溫 技術改造
1 前言
在當前鋼鐵企業成本壓力升高，盈利空間收窄的形勢下，都十分關注新技術、新材料的應用，提高風溫、節能增效已成為首選。鋼鐵企業面臨來自行業內外的共同挑戰：盲目擴張，產能過剩。某些鋼企產能擴張帶來的財務費用居高不下，競爭力下降。特別是落后產能淘汰緩慢，產品升級不足。鐵礦石、煤、焦炭漲價，鋼材降價；原材料、產品運輸成本增加。政府對樓市調控、節能減排力度、鋼鐵業自身的結構調整、鋼企重組難度，都將對當前鋼鐵行業盈利能力和鋼材價格走勢有影響。對于鋼鐵行業來說，不確定的因素還很多。降低成本是鋼鐵產業的主題和長期任務。調整期可能成為技術改造、產品升級的機遇期。
熱風爐技術改造重點：淘汰內燃式熱風爐；球爐改造成為高效格子磚。高爐新一輪改造升級正在孕育來臨，調整期可能成為大修期，改造期，機遇期。可能的機遇： （1）高爐熱風爐技術改造。例如：淘汰內燃式熱風爐，改造成為頂燃式熱風爐；球爐改造成為高效格子磚熱風爐；小變大，低溫變高溫；（2）1300℃超高風溫熱風爐研究；(3）高效預熱技術開發與應用。
我們要認真總結近20年來企業發展和提高風溫方面的歷程,鞏固好的成功經驗，改進不足。例如，優化設計，熱風爐穩定性，投資技術分析，熱風爐長壽，基礎理論,長壽、高效、超高風溫的研究。國內已有1300℃超高風溫的成功實踐，如京唐曹妃甸、山西通才等。未來發展目標：風溫更高；投資更省；效益更好；壽命更長；環境更美。
2 高爐熱風爐技術改造
淘汰內燃式熱風爐，改造成為頂燃式熱風爐；球爐改造成為高效格子磚熱風爐。
2. 1傳統內燃式改造成為高效頂燃式
2.1.1 多樣高效燃燒器可供選擇
燃燒器是熱風爐的核心。預燃室分為煤氣和助燃空氣兩大室。每個室均有兩排多個通氣孔道。除助燃空氣有一排孔道沿垂直方向進入燃燒室外，其它孔道均按一定角度沿燃燒室近切線方向進入。在燃燒室內氣流形成螺旋狀以達到煤氣和助燃空氣充分混合和完全燃燒的目的。在全高爐煤氣作為燃料的情況下設計熱風溫度可達1250℃。在材質上采用莫來石堇青石、低蠕變粘土磚。并且，在砌筑上根據不同部位、不同用途采用混砌的形式。
2.1.2 頂燃式熱風爐特點
（1）投資低。保留內燃式熱風爐的基礎、爐殼、大墻、平臺以及熱風爐各出口標高和熱風爐煙氣余熱預熱助燃空氣和煤氣設備。布置緊湊，占地面積小，在高爐容積相同的條件下，頂燃式熱風爐比內燃式熱風爐節約鋼材及耐火材料20％～30％左右，從而直接減少熱風爐的投資。
（2）風溫高。頂燃式熱風爐很好地解決了熱風爐“燃燒、傳熱、氣流分布和結構穩定”四大技術難題。頂燃式熱風爐燃燒強度大、火焰溫度高，向蓄熱室傳熱在高度方向上形成了均勻穩定的溫度場分布。強化換熱過程，提高了熱效率。蓄熱面積比內燃式增加20％～30％，熱風溫度可達1250℃。熱風溫度每提高100℃可降低焦比4%～7%，同時可增產3%～5%，還可允許增加噴吹煤粉40kg/t，相應地進一步降低焦比30kg/t。
（3）壽命長。縮小了球頂的直徑，取消了內燃式或外燃式熱風爐獨立的燃燒室，將拱頂空間作為燃燒室。預燃室內一般溫度較低，平均為900℃，對耐火磚爐襯沒有直接的火焰沖擊及局部過熱。一代爐齡可達25年以上長壽型的熱風爐。
（4）節能環保。由于煤氣的助燃空氣混合很好，燃燒完全，煙氣中CO含量僅20mg/m3。改進了環形燃燒器煤氣和助燃空氣的供給方式，取消調節裝置，改為微機控制的渦流供給，煤氣和助燃空氣混合很好，燃燒完全。
除了新型旋切式高效燃燒器以外，配套技術還有：高效19孔、37孔格子磚；耐高溫爐箅子；余熱回收；熱風出口用優質耐火材料及優化設計；高溫區采用硅磚或硅線石磚，保證穩定工作。
2.2 球爐改造成為高效格子磚
球式熱風爐具有體積小，結構簡單，材料用量大大少于內燃式熱風爐，投資省的特點，從而一度在國內外風行一時。在國內外許多中小高爐得到很好地應用。目前球爐已應用在1327m3的高爐上。然而，某些球爐確實存在換球頻繁，維護費用高，風溫不高和不能長期穩定等現實問題。為了追求更高的風溫，國內也出現技術改造的勢頭。
球爐改格子磚，同時改造燃燒器可提高50-100℃。熱風爐完全實現了快速、高強度、穩定的燃燒與均勻且高效率強化傳熱，進而能提高熱風溫度、提高熱風爐效率、增強負荷調節功能，實現安全穩定運行，繼而達到節省燃料、節約投資、低碳環保的目標。
據資料，河北辛集澳森530m3高爐球式熱風爐改造成為高效格子磚非常成功。在空氣、煤氣不預熱情況下實現風溫1190℃。在山西侯馬通才使用純高爐煤氣單預熱實現風溫月均可達1230℃高風溫。這種改造方式已引起關注和推廣。
3 小幅度提高風溫的技術措施
在不進行大規模投資，不影響送風系統安全運行的前提下，采取小幅度提高風溫技術措施，提高風溫10-30℃是可行的，經濟效益也是十分可觀的。
3.1 增加蓄熱體裝入量
在現有爐型尺寸，結構不做改動的情況下，可以考慮增加耐火材料裝入量的方法來提高加熱面積而提高風溫。初步預測：把耐火球或其它蓄熱體增加到允許的范圍，可提高風溫10℃以上。
3.2 采用強化輻射傳熱的蓄熱體覆層材料
高輻射涂料覆層于高爐熱風爐格子磚后，使格子磚的力學性能提高。涂料覆層改變了格子磚的熱工性能，能增加熱風爐格子磚在燃燒期的吸熱量和送風期的放熱量，能夠提高熱風爐格子磚的蓄熱能力。在大修或換球機會可考慮采用強化輻射傳熱的蓄熱體覆層材料，包括新砌筑的拱頂，大墻及上部耐火球或格子磚，可提高10—20℃。
強化輻射傳熱的蓄熱體覆層材料工業應用自2004年以來，先后在濟鋼、邯鋼、通鋼、萊鋼、青鋼、濰鋼、石橫特鋼、長鋼、宣鋼、安鋼等企業350m3、750m3、1080m3、2000m3、2500m3、2680m3、3200m3大小 338座高爐熱風爐上實施，取得良好的節能效果，風溫平均提高了20℃以上，或節省煤氣7%，或延長送風時間10%。
應用案例1：同一座高爐兩座熱風爐的對比試驗，濟鋼2#高爐（1750m3）1#熱風爐未涂, 2#熱風爐上30層格子磚涂覆高輻射涂料。過渡區的格子磚涂覆高輻射覆層后，在燃燒區升溫速度明顯加快，在送風期降低速度明顯加快。這一結果和實驗室的試驗是相一致的。
同類高爐比較：濟鋼1#、3#高爐（1750m3）為例說明涂層在熱風爐上的應用效果。1#高爐的三座熱風爐未涂覆涂層，3#高爐的三座熱風爐上部30層硅質格子磚和拱頂表面均涂覆此涂料。在周期的送風期間蓄熱體涂覆涂層熱風爐的混前溫度比未涂的高，平均高出28℃。此外，送風混前溫度的波動也比未涂的要小。
應用案例2：在石橫特鋼新建1080m3 高爐應用高輻射覆層技術。1#、2#熱風爐拱頂、上部32層格子磚及其大墻面涂刷該涂料；3#熱風爐未使用涂料，二者進行對比。涂涂料的1#、2#熱風爐風溫明顯高于3#未涂涂料的熱風爐，1#、2#熱風爐送風時間較長，3#送風時間較短。1#、2#、3#熱風爐都在送風時間均為1h的情況下，按照熱風爐自動記錄的風溫曲線，每隔10min采集一個數據，48h統計的數據平均風溫為1#熱風爐1168.5℃，2#熱風爐1160.5℃，3#熱風爐1138℃。1#、2#熱風爐的平均溫度比3#熱風爐提高26.5℃。
3.3 改造助燃風機
目前大多數高爐熱風爐助燃風機的風量不足，這主要是由于不同地區海拔高度不同，不同季節大氣相對濕度不同，助燃風系統管道阻損和泄漏量不同等因素影響，一般情況下助燃風機的實際風量比銘牌風量小20%-30%，致使風機風量普遍不足。若要增加燃燒強度，就要改造助燃風機，增加助燃風機的風量或富氧燃燒。在穩定煤氣壓力條件下，確保可以提高風溫10-30℃。
3.4 采用智能燃燒控制系統
高爐熱風爐智能控制燃燒系統技術是改造現有高爐熱風爐的燒爐方式，采用外加一套智能控制燃燒系統來實現燒爐過程的自動化，從而達到徹底改變目前粗放的燃燒方式，提高風溫、節約煤氣以及自動燒爐的目的。
3.4.1 智能控制燃燒系統技術特點
(1) 實現分階段自動調節熱風爐燃燒的空燃比，使熱風爐燃燒的煤氣流量和空氣流量均盡量處于最佳配比狀態，整個燃燒過程自動完成。
(2) 能夠根據外網煤氣壓力波動自動轉換控制方案。
(3) 可使熱風爐無論在快速加熱期還是在保溫期，都能保證大部分時間處于最佳配比狀態，穩定拱頂溫度，延長熱風爐的使用壽命。
(4) 可節約高爐煤氣的消耗量，降低煉鐵工序的能耗，提高企業的經濟效益和社會效益。
(5) 能大大地降低對熱風爐操作工人燒爐的技術要求，減輕其勞動強度。
(6) 能夠與原控制系統做到無擾動切換，互為備用，能規避切換時對正常生產的影響。
3.4.2 預期技術指標
(1）提高風溫約10℃～15℃左右。
(2）拱頂溫度平穩控制，能抑制燒爐過程拱頂溫度的波動。
(3）克服煤氣壓力波動的時間≤25s。
(4）同等條件下，節約煤氣約2%~10%。
(5）能快速提升拱頂溫度的加熱時間≤10min。
到目前為止，丹東屹欣研發的智能控制燃燒系統已應用于國內大小高爐熱風爐130余座，軋鋼加熱爐數座。凡采用智能控制燃燒系統的鋼鐵廠高爐熱風爐在提高風溫、節約煤氣方面效果十分顯著。河北松汀、津西、瑞豐、辛集澳森、崇利制鋼、武安鑫山、天津鐵廠、安陽新普、四平現代、臨沂三德等鋼鐵廠133座熱風爐上應用，達到預期目標。采用智能控制燃燒系統后典型實際節能效果為可以提高風溫10-20℃，節約煤氣2.60%-5.93%。
3.5 高效雙預熱法
熱風爐已有余熱回收系統的，預熱空氣、煤氣溫度不太高情況下，可采用帶燃燒爐的板式換熱器。可預熱溫度到雙250--300℃。提高風溫50—80℃。
4 結語
在不進行大規模投資，采取淘汰內燃式熱風爐，改造成為頂燃式熱風爐；球爐改造成為高效格子磚熱風爐，都能取得高風溫的效果。在不影響送風系統安全運行的前提下，采取小幅度提高風溫技術措施，提高風溫10-30℃是可行的，經濟效益也是十分可觀的。