摘 要 ：高風(fēng)溫已成為當(dāng)前鋼鐵企業(yè)降低成本、增加效益和節(jié)能減排的首選技術(shù)。在不進(jìn)行大規(guī)模投資，采取淘汰內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，改造成為頂燃式熱風(fēng)爐；球爐改造成為高效格子磚熱風(fēng)爐,都取得了高風(fēng)溫的實(shí)效。在不影響送風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，采取小幅度提高風(fēng)溫應(yīng)用技術(shù)措施，例如蓄熱體覆層材料應(yīng)用，助燃風(fēng)機(jī)的改進(jìn)，智能強(qiáng)化燃燒技術(shù)等，提高風(fēng)溫10-30℃是可行的，經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
關(guān)鍵詞 高爐 熱風(fēng)爐 高風(fēng)溫 技術(shù)改造
1 前言
在當(dāng)前鋼鐵企業(yè)成本壓力升高，盈利空間收窄的形勢下，都十分關(guān)注新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，提高風(fēng)溫、節(jié)能增效已成為首選。鋼鐵企業(yè)面臨來自行業(yè)內(nèi)外的共同挑戰(zhàn)：盲目擴(kuò)張，產(chǎn)能過剩。某些鋼企產(chǎn)能擴(kuò)張帶來的財(cái)務(wù)費(fèi)用居高不下，競爭力下降。特別是落后產(chǎn)能淘汰緩慢，產(chǎn)品升級(jí)不足。鐵礦石、煤、焦炭漲價(jià)，鋼材降價(jià)；原材料、產(chǎn)品運(yùn)輸成本增加。政府對(duì)樓市調(diào)控、節(jié)能減排力度、鋼鐵業(yè)自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整、鋼企重組難度，都將對(duì)當(dāng)前鋼鐵行業(yè)盈利能力和鋼材價(jià)格走勢有影響。對(duì)于鋼鐵行業(yè)來說，不確定的因素還很多。降低成本是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的主題和長期任務(wù)。調(diào)整期可能成為技術(shù)改造、產(chǎn)品升級(jí)的機(jī)遇期。
熱風(fēng)爐技術(shù)改造重點(diǎn)：淘汰內(nèi)燃式熱風(fēng)爐；球爐改造成為高效格子磚。高爐新一輪改造升級(jí)正在孕育來臨，調(diào)整期可能成為大修期，改造期，機(jī)遇期。可能的機(jī)遇： （1）高爐熱風(fēng)爐技術(shù)改造。例如：淘汰內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，改造成為頂燃式熱風(fēng)爐；球爐改造成為高效格子磚熱風(fēng)爐；小變大，低溫變高溫；（2）1300℃超高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐研究；(3）高效預(yù)熱技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。
我們要認(rèn)真總結(jié)近20年來企業(yè)發(fā)展和提高風(fēng)溫方面的歷程,鞏固好的成功經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)不足。例如，優(yōu)化設(shè)計(jì)，熱風(fēng)爐穩(wěn)定性，投資技術(shù)分析，熱風(fēng)爐長壽，基礎(chǔ)理論,長壽、高效、超高風(fēng)溫的研究。國內(nèi)已有1300℃超高風(fēng)溫的成功實(shí)踐，如京唐曹妃甸、山西通才等。未來發(fā)展目標(biāo)：風(fēng)溫更高；投資更省；效益更好；壽命更長；環(huán)境更美。
2 高爐熱風(fēng)爐技術(shù)改造
淘汰內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，改造成為頂燃式熱風(fēng)爐；球爐改造成為高效格子磚熱風(fēng)爐。
2. 1傳統(tǒng)內(nèi)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(fēng)爐的核心。預(yù)燃室分為煤氣和助燃空氣兩大室。每個(gè)室均有兩排多個(gè)通氣孔道。除助燃空氣有一排孔道沿垂直方向進(jìn)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(jìn)入。在燃燒室內(nèi)氣流形成螺旋狀以達(dá)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(shè)計(jì)熱風(fēng)溫度可達(dá)1250℃。在材質(zhì)上采用莫來石堇青石、低蠕變粘土磚。并且，在砌筑上根據(jù)不同部位、不同用途采用混砌的形式。
2.1.2 頂燃式熱風(fēng)爐特點(diǎn)
（1）投資低。保留內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的基礎(chǔ)、爐殼、大墻、平臺(tái)以及熱風(fēng)爐各出口標(biāo)高和熱風(fēng)爐煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣和煤氣設(shè)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(fēng)爐比內(nèi)燃式熱風(fēng)爐節(jié)約鋼材及耐火材料20％～30％左右，從而直接減少熱風(fēng)爐的投資。
（2）風(fēng)溫高。頂燃式熱風(fēng)爐很好地解決了熱風(fēng)爐“燃燒、傳熱、氣流分布和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定”四大技術(shù)難題。頂燃式熱風(fēng)爐燃燒強(qiáng)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(wěn)定的溫度場分布。強(qiáng)化換熱過程，提高了熱效率。蓄熱面積比內(nèi)燃式增加20％～30％，熱風(fēng)溫度可達(dá)1250℃。熱風(fēng)溫度每提高100℃可降低焦比4%～7%，同時(shí)可增產(chǎn)3%～5%，還可允許增加噴吹煤粉40kg/t，相應(yīng)地進(jìn)一步降低焦比30kg/t。
（3）壽命長。縮小了球頂?shù)闹睆剑∠藘?nèi)燃式或外燃式熱風(fēng)爐獨(dú)立的燃燒室，將拱頂空間作為燃燒室。預(yù)燃室內(nèi)一般溫度較低，平均為900℃，對(duì)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(dá)25年以上長壽型的熱風(fēng)爐。
（4）節(jié)能環(huán)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(jìn)了環(huán)形燃燒器煤氣和助燃空氣的供給方式，取消調(diào)節(jié)裝置，改為微機(jī)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(shù)還有：高效19孔、37孔格子磚；耐高溫爐箅子；余熱回收；熱風(fēng)出口用優(yōu)質(zhì)耐火材料及優(yōu)化設(shè)計(jì)；高溫區(qū)采用硅磚或硅線石磚，保證穩(wěn)定工作。
2.2 球爐改造成為高效格子磚
球式熱風(fēng)爐具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，材料用量大大少于內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，投資省的特點(diǎn)，從而一度在國內(nèi)外風(fēng)行一時(shí)。在國內(nèi)外許多中小高爐得到很好地應(yīng)用。目前球爐已應(yīng)用在1327m3的高爐上。然而，某些球爐確實(shí)存在換球頻繁，維護(hù)費(fèi)用高，風(fēng)溫不高和不能長期穩(wěn)定等現(xiàn)實(shí)問題。為了追求更高的風(fēng)溫，國內(nèi)也出現(xiàn)技術(shù)改造的勢頭。
球爐改格子磚，同時(shí)改造燃燒器可提高50-100℃。熱風(fēng)爐完全實(shí)現(xiàn)了快速、高強(qiáng)度、穩(wěn)定的燃燒與均勻且高效率強(qiáng)化傳熱，進(jìn)而能提高熱風(fēng)溫度、提高熱風(fēng)爐效率、增強(qiáng)負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，繼而達(dá)到節(jié)省燃料、節(jié)約投資、低碳環(huán)保的目標(biāo)。
據(jù)資料，河北辛集澳森530m3高爐球式熱風(fēng)爐改造成為高效格子磚非常成功。在空氣、煤氣不預(yù)熱情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫1190℃。在山西侯馬通才使用純高爐煤氣單預(yù)熱實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫月均可達(dá)1230℃高風(fēng)溫。這種改造方式已引起關(guān)注和推廣。
3 小幅度提高風(fēng)溫的技術(shù)措施
在不進(jìn)行大規(guī)模投資，不影響送風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，采取小幅度提高風(fēng)溫技術(shù)措施，提高風(fēng)溫10-30℃是可行的，經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
3.1 增加蓄熱體裝入量
在現(xiàn)有爐型尺寸，結(jié)構(gòu)不做改動(dòng)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(fēng)溫。初步預(yù)測：把耐火球或其它蓄熱體增加到允許的范圍，可提高風(fēng)溫10℃以上。
3.2 采用強(qiáng)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(fēng)爐格子磚后，使格子磚的力學(xué)性能提高。涂料覆層改變了格子磚的熱工性能，能增加熱風(fēng)爐格子磚在燃燒期的吸熱量和送風(fēng)期的放熱量，能夠提高熱風(fēng)爐格子磚的蓄熱能力。在大修或換球機(jī)會(huì)可考慮采用強(qiáng)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(qiáng)化輻射傳熱的蓄熱體覆層材料工業(yè)應(yīng)用自2004年以來，先后在濟(jì)鋼、邯鋼、通鋼、萊鋼、青鋼、濰鋼、石橫特鋼、長鋼、宣鋼、安鋼等企業(yè)350m3、750m3、1080m3、2000m3、2500m3、2680m3、3200m3大小 338座高爐熱風(fēng)爐上實(shí)施，取得良好的節(jié)能效果，風(fēng)溫平均提高了20℃以上，或節(jié)省煤氣7%，或延長送風(fēng)時(shí)間10%。
應(yīng)用案例1：同一座高爐兩座熱風(fēng)爐的對(duì)比試驗(yàn)，濟(jì)鋼2#高爐（1750m3）1#熱風(fēng)爐未涂, 2#熱風(fēng)爐上30層格子磚涂覆高輻射涂料。過渡區(qū)的格子磚涂覆高輻射覆層后，在燃燒區(qū)升溫速度明顯加快，在送風(fēng)期降低速度明顯加快。這一結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)是相一致的。
同類高爐比較：濟(jì)鋼1#、3#高爐（1750m3）為例說明涂層在熱風(fēng)爐上的應(yīng)用效果。1#高爐的三座熱風(fēng)爐未涂覆涂層，3#高爐的三座熱風(fēng)爐上部30層硅質(zhì)格子磚和拱頂表面均涂覆此涂料。在周期的送風(fēng)期間蓄熱體涂覆涂層熱風(fēng)爐的混前溫度比未涂的高，平均高出28℃。此外，送風(fēng)混前溫度的波動(dòng)也比未涂的要小。
應(yīng)用案例2：在石橫特鋼新建1080m3 高爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)。1#、2#熱風(fēng)爐拱頂、上部32層格子磚及其大墻面涂刷該涂料；3#熱風(fēng)爐未使用涂料，二者進(jìn)行對(duì)比。涂涂料的1#、2#熱風(fēng)爐風(fēng)溫明顯高于3#未涂涂料的熱風(fēng)爐，1#、2#熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)間較長，3#送風(fēng)時(shí)間較短。1#、2#、3#熱風(fēng)爐都在送風(fēng)時(shí)間均為1h的情況下，按照熱風(fēng)爐自動(dòng)記錄的風(fēng)溫曲線，每隔10min采集一個(gè)數(shù)據(jù)，48h統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)平均風(fēng)溫為1#熱風(fēng)爐1168.5℃，2#熱風(fēng)爐1160.5℃，3#熱風(fēng)爐1138℃。1#、2#熱風(fēng)爐的平均溫度比3#熱風(fēng)爐提高26.5℃。
3.3 改造助燃風(fēng)機(jī)
目前大多數(shù)高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不足，這主要是由于不同地區(qū)海拔高度不同，不同季節(jié)大氣相對(duì)濕度不同，助燃風(fēng)系統(tǒng)管道阻損和泄漏量不同等因素影響，一般情況下助燃風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量比銘牌風(fēng)量小20%-30%，致使風(fēng)機(jī)風(fēng)量普遍不足。若要增加燃燒強(qiáng)度，就要改造助燃風(fēng)機(jī)，增加助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量或富氧燃燒。在穩(wěn)定煤氣壓力條件下，確保可以提高風(fēng)溫10-30℃。
3.4 采用智能燃燒控制系統(tǒng)
高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)技術(shù)是改造現(xiàn)有高爐熱風(fēng)爐的燒爐方式，采用外加一套智能控制燃燒系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)燒爐過程的自動(dòng)化，從而達(dá)到徹底改變目前粗放的燃燒方式，提高風(fēng)溫、節(jié)約煤氣以及自動(dòng)燒爐的目的。
3.4.1 智能控制燃燒系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
(1) 實(shí)現(xiàn)分階段自動(dòng)調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐燃燒的空燃比，使熱風(fēng)爐燃燒的煤氣流量和空氣流量均盡量處于最佳配比狀態(tài)，整個(gè)燃燒過程自動(dòng)完成。
(2) 能夠根據(jù)外網(wǎng)煤氣壓力波動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制方案。
(3) 可使熱風(fēng)爐無論在快速加熱期還是在保溫期，都能保證大部分時(shí)間處于最佳配比狀態(tài)，穩(wěn)定拱頂溫度，延長熱風(fēng)爐的使用壽命。
(4) 可節(jié)約高爐煤氣的消耗量，降低煉鐵工序的能耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
(5) 能大大地降低對(duì)熱風(fēng)爐操作工人燒爐的技術(shù)要求，減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度。
(6) 能夠與原控制系統(tǒng)做到無擾動(dòng)切換，互為備用，能規(guī)避切換時(shí)對(duì)正常生產(chǎn)的影響。
3.4.2 預(yù)期技術(shù)指標(biāo)
(1）提高風(fēng)溫約10℃～15℃左右。
(2）拱頂溫度平穩(wěn)控制，能抑制燒爐過程拱頂溫度的波動(dòng)。
(3）克服煤氣壓力波動(dòng)的時(shí)間≤25s。
(4）同等條件下，節(jié)約煤氣約2%~10%。
(5）能快速提升拱頂溫度的加熱時(shí)間≤10min。
到目前為止，丹東屹欣研發(fā)的智能控制燃燒系統(tǒng)已應(yīng)用于國內(nèi)大小高爐熱風(fēng)爐130余座，軋鋼加熱爐數(shù)座。凡采用智能控制燃燒系統(tǒng)的鋼鐵廠高爐熱風(fēng)爐在提高風(fēng)溫、節(jié)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(xiàn)代、臨沂三德等鋼鐵廠133座熱風(fēng)爐上應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。采用智能控制燃燒系統(tǒng)后典型實(shí)際節(jié)能效果為可以提高風(fēng)溫10-20℃，節(jié)約煤氣2.60%-5.93%。
3.5 高效雙預(yù)熱法
熱風(fēng)爐已有余熱回收系統(tǒng)的，預(yù)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(yù)熱溫度到雙250--300℃。提高風(fēng)溫50—80℃。
4 結(jié)語
在不進(jìn)行大規(guī)模投資，采取淘汰內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，改造成為頂燃式熱風(fēng)爐；球爐改造成為高效格子磚熱風(fēng)爐，都能取得高風(fēng)溫的效果。在不影響送風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，采取小幅度提高風(fēng)溫技術(shù)措施，提高風(fēng)溫10-30℃是可行的，經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。