張發輝，楊智強，楊 琳

(中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

摘 要：紅鋼 3# 高爐配置 3 座頂燃式熱風爐，熱風爐運行 11 年后出現格子磚堵塞及風溫偏低等現象。為了改善現有風溫條件，采用在線改造的方式在原熱風爐旁增加了一座熱風爐，并對熱風平臺、管道、電氣、儀表、自動化等系統進行了相應的改造。改造完成后，4# 熱風爐單爐送風溫度達到 1220℃；4 座熱風爐采用“交錯并聯”送風時，平均送風溫度達到 1170℃，較改造前平均風溫提高了 170℃。熱風爐平均風溫提高后，高爐焦比由改造前435kg/t·Fe 降至改造后 410kg/t·Fe，節約焦炭效果明顯。

關鍵詞：熱風爐；頂燃式；在線改造

紅鋼 3# 高爐目前配置 3 座熱風爐，其熱風爐本體、燃燒器及熱風管道全部引進俄羅斯卡盧金熱風爐技術，熱風爐設計風溫 1200℃，熱風爐于 2008 年 7 月投入運行。

1 存在問題

（1）隨著高爐的產能提升，冶煉強度不斷提高，熱風爐的加熱風量增大，3 座熱風爐超負荷運轉，原熱風爐加熱能力無法適應高風溫要求，平均風溫僅1000℃。

（2）自 2018 年以來，1# 熱風爐燒爐時拱頂溫度燒不上去，送風時拱頂下降快，2019 年 4 月出現送風壓差增大的現象，初步判斷熱風爐內部砌體有破損和格子磚堵塞現象。

2 改造內容

風溫在高爐生產中起著舉足輕重的作用，它影響著高爐的多項生產指標，如理論燃燒溫度、焦比、煤比、產量等^［1-3］ 。為了改善現有風溫條件，降低焦比及生產成本，在原熱風爐旁增加了 4# 熱風爐。新建 4# 熱風爐位于 3# 熱風爐以南的現有道路上，與原熱風爐呈一列式布置。主要改造內容有：

（1）在原熱風爐南側道路上新建 4# 熱風爐，道路下有一根水管占用熱風爐基礎，需要移位。

（2）根據地勘報告設計新建 4# 熱風爐基礎與框架基礎。

（3）新建 4# 熱風爐爐殼鋼結構及框架平臺，新建爐殼與現有熱風爐保持一致，框架平臺與現框架對應平臺通過走道相連，便于檢查維護。

（4）熱風爐本體內襯及燃燒器采用國產自有專利技術，優化設計熱風出口、燃燒器組合磚，對原熱風爐內襯設計缺陷進行有效改進。

（5）為延長熱風閥的使用壽命，熱風爐閥門冷卻水由工業水開路冷卻改為軟水密閉循環冷卻，新建冷卻水泵房，與高爐水系統隔開，減少對高爐水系統影響。

（6）新建 4# 熱風爐、新建獨立的熱風爐閥門軟水冷卻泵站、新增熱風爐配套的管道、熱風爐閥門液壓傳動與潤滑、閥門及水泵的供電、照明、熱風爐檢測與控制等配套項目。

3 改造技術特點

隨著高爐冶煉強度提高，熱風爐加熱風量需從3200Nm³ /min 增加至 3450Nm³ /min。增加一座熱風爐后，熱風爐增加“兩燒兩送”送風制度，在每座加熱爐加熱面積、熱風爐爐殼內徑、熱風爐全高、蓄熱室斷面積、格子磚總高度等相同條件下，單爐格子磚重由 796t 增加到 821t，對應的單位爐容加熱面積 86.97m² /m³ 增加到115.96m² /m³ ，單位鼓風加熱面積由 36.69m²/（Nm³ /min）增加到 45.37m² /（Nm³ /min）。

3.1 新建 4# 熱風爐的技術特點

（1）穩定的熱風出口結構。采用熱風出口與拱頂分離的方式，熱風出口組合磚獨立在直段大墻上，減小應力變化對熱風出口穩定性的影響，且熱風出口采用雙環母磚加花瓣磚設計，整體結構更加穩定。

（2）穩定的三岔口結構。熱風管道三岔口采用組合磚砌筑，熱風支管采用帶有鎖扣的磚型咬砌，可起到很好的環向密封氣流的作用，環環相扣、相互支撐，避免管道掉磚。

（3）高效陶瓷燃燒器。采用分層燃燒原理，可調節分層燃燒的強度，能更好地調節燃燒器出口處的混勻程度，減少了拱頂上、下部溫差，可延長燃燒器及拱頂壽命。

（4）增強蓄熱能力。由于原熱風爐格子磚磚重偏低，蓄熱能力不足，將硅質格子磚底部部分硅磚改為低蠕變高鋁磚，大墻磚也作相應調整。

（5）熱風爐爐殼底部由直角鍋底改為圓弧形鍋底，減少熱應力，防止爐殼開裂。

（6）拱頂熱電偶及紅外測溫孔優化設計，減少爐殼發紅。

（7）增加煙氣支管 O₂ 檢測，便于自動燒爐。

（8）1~3# 熱風爐啟動燃燒器與熱風出口角度為30°，距離太小，4# 熱風爐設計將其優化為 45°，方便現場烘爐設備安裝。

3.2 耐火材料

根據熱風爐系統各部位的工作溫度、受力狀況和化學侵蝕的特點分別選用不同性能的耐火材料。

（1）陶瓷燃燒器部位由于在燃燒期和送風期有頻 繁的溫度波動，設計整體選用抗熱震性能好的堇青石 -莫來石耐火磚^［4］，可以確保熱風爐燃燒器長壽命優勢。

（2）熱風爐拱頂及熱風出口段爐殼內壁噴涂耐酸噴涂料，拱頂由里向外依次砌筑硅磚^［5］、輕質高鋁磚和輕質粘土磚。預燃室的環形收集器、燒嘴、球頂內層均采用高抗熱震耐火磚砌筑。

（3）蓄熱室上部大墻由硅磚、輕質高鋁磚、輕質粘土磚、輕質噴涂料組成；蓄熱室中部大墻由低蠕變粘土磚、輕質高鋁磚、輕質粘土磚、輕質噴涂料組成；蓄熱室下部大墻由粘土磚、輕質粘土磚、輕質噴涂料組成。

（4）蓄熱室使用 37 孔 φ20mm 格子磚，蓄熱室的上部格子磚材質為硅磚，中部材質為低蠕變粘土磚，蓄熱室下部格子磚材質為粘土磚，熱風爐格子磚下部為無托梁爐箅子。

3.3 工藝設備

（1）助燃風機。熱風爐配備 2 臺助燃風機，一用一備，單臺助燃風機風量 126800Nm³/h，出口風壓 10~11kPa。熱風爐改造后，新熱風爐組采用“兩燒兩送”工作模式， 需要助燃風量 95000Nm³ /h，現有助燃風機能滿足 4 座熱風爐交錯并聯送風的要求，因此助燃風機按利舊考慮。

（2）主要閥門。新增 4# 熱風爐的閥門規格型式基本與現有熱風爐相同，主要閥門除煤氣切斷閥采用液動蝶閥，空、煤氣調節閥采用電動蝶閥外，其余閥門均采用液壓閘閥。主要工藝設備的安裝定位及規格型號與原有三座熱風爐保持一致，4# 熱風爐的閥門與原有三座熱風爐的閥門互換，以便于備品備件的管理。

（3）爐箅子支柱。原熱風爐爐箅子支柱結構為支柱+ 圓孔爐箅子 + 導流板，爐箅子支柱及導流板材質均為HTRCr2。新增熱風爐爐箅子支柱材質改為 QTRSi4Mo，導流板材質仍 HTRCr2，爐箅子支柱的耐高溫性能更佳。

（4）熱風爐液壓、潤滑系統。熱風爐液壓系統中，增加一套液壓控制閥臺用于控制新增的 4# 熱風爐閥門操作；增加一套蓄能器用于補充閥門動作的油量，并作為應急油源，提供停電狀況下閥門動作的油量。

（5）熱風爐閥門冷卻水。新建獨立的熱風爐閥門軟水冷卻水站，利用外網水作為熱風爐保安水源。在兩股水源的切換閥前，設排污水管，下方設有水包，以便定期排污。

（6）熱風爐工藝管道連接。4# 熱風爐位于原熱風爐與鼓風機站之間的公路上，與公路邊的高爐煤氣管（DN1600）不相干涉，與鼓風機站送入熱風爐的冷風總管也不干涉。各工藝管道連接如圖 1 及圖 2 所示。

為保證結構穩定，防止管道開裂，熱風主管、支管及煙氣管、煤氣及空氣管道均設置波紋補償器；煤氣、助燃空氣管道布置均考慮流體的檢測要求。

（7）檢修設施。在熱風爐副跨框架內設置一臺 16t電動葫蘆，用于檢修煙道閥、冷風閥、充壓閥和廢氣閥等；在熱風爐熱風平臺上，加裝一臺 3t 電動葫蘆，用于檢修時吊運日常維護所需的小型備件及材料。

（8）烘爐燃燒器。根據生產工藝的要求，4# 熱風爐配置烘爐燃燒器，用于熱風爐烘爐或保溫時使用，當高爐停爐無高爐煤氣啟動生產時，烘爐燃燒器可滿足工藝要求。烘爐燃燒器配套設置烘爐熱風閥。

3.4 管道對接

4# 熱風爐工藝管道與原 1~3# 熱風爐管道對接是熱風爐改造項目的關鍵和難點，具體如下：

3.4.1 介質管道對接

風、煙氣、助燃空氣、煤氣、氮氣及軟水管道與舊管道對接，施工時間 36h。冷卻水管對接時，原熱風閥的冷卻水不能停，切換到臨時凈環水。其余介質管道對接至相應主管即可。

3.4.2 熱風管道對接

熱風管道對接是熱風爐改造施工中最關鍵、最困難的工作，熱風管道對接施工時間 60h。高爐休風時間短、熱風管道內溫度高，管道對接時需要完成切除舊熱風管道封頭、熱風管道端頭強制降溫、新舊管道焊接、管道內噴涂及耐材砌筑等工序。

4 改造效果

（1）4# 熱風爐建成投產后，在冷風風量 3450Nm³ /min、空氣預熱溫度 175℃、煤氣預熱溫度 160℃條件下：4#熱風爐拱頂最高溫度 1350℃，送風溫度達到 1220℃；4 座熱風爐采用“交錯并聯”送風時，平均送風溫度達到1170℃，較改造前平均風溫提高了 170℃。熱風爐平均風溫提高后，高爐焦比由改造前 435kg/t·Fe 降至改造后410kg/t·Fe，節約焦炭效果明顯。

（2）熱風爐本體及熱風管道耐火材料選材設計合理，熱風爐投產以來，風溫達到設計要求，熱風爐本體爐殼溫度＜120℃，熱風出口部位管殼溫度＜130℃，熱風管道溫度＜120℃，熱風管道三岔口溫度＜130℃，爐殼及熱風管道沒有一處高溫點。

（3）熱風爐框架結構外觀簡潔大方，平臺管道及走道設置合理，檢修平臺簡潔實用。

5 結 語

高爐熱風爐不停產，采用在線改造的方式新增一座熱風爐，60h 內完成管道對接并復風復產，對高爐生產影響較小，為煉鐵廠實施節能降耗改造提供了可借鑒的實踐經驗。

在線改造增加一座熱風爐對風溫提高作用較大，并為其他 3 座熱風爐依次在線改造提供了基礎和條件。4# 熱風爐投產后可實現對現有 1~3# 熱風爐依次進行在線檢修，即一座熱風爐進行檢修，其余三座熱風爐運行，不影響高爐的正常生產。熱風爐檢修后可消除安全隱患，確保安全生產。

參考文獻

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