摘要  对通钢3号高炉热风炉设计与高风温生产应用实践进行了总结。通过采用助燃空气高温预热、高炉煤气低温预热、无过热低应力管系设计等先进技术；高炉投产后加强热风炉和送风管系管理，逐步提高风温使用水平，高炉投产一年后，使用全高炉煤气高炉热风温度突破1250℃，创造行业领先水平。

关键词  热风炉 设计 高风温

    首钢通钢公司3号高炉（2680m3）配置3座顶燃式热风炉，全烧高炉煤气，设计风温1280℃，热风炉在设计中采用了多项新工艺和新技术，对系统进行全面优化。高炉于2014年7月12日投产以来，热风炉系统运行正常，装备技术优势逐渐显现，在较低的拱顶温度下实现较高风温，为高炉降本增效、节能减排起到显著作用。

1  工艺概况

    3号高炉热风炉设计上配置顶燃式预热炉高温预热助燃空气，低温热管换热器预热高炉煤气的工艺，将助燃空气预热至600℃，高炉煤气预热至180℃，以满足在热风炉单烧高炉煤气的情况下实现高风温的要求。3号高炉热风炉和预热炉的主要工艺参数见表1。

2  设计参数和主要技术特点

2.1主要设计参数

    3号高炉设计上配置三座高效旋流扩散式顶燃式热风炉，采用一列式布置。燃料采用低热值的干法高炉煤气，采用空、煤气双预热，热风炉采用新型19孔格子砖，采用系统的无过热低应力管系等技术配置，确保热风炉单烧高炉煤气可为高炉提供1280℃风温。3号高炉热风炉和预热炉设计参数见表2。

2.2 空、煤气双预热

由于高炉煤气热值很低，不预热的情况下其理论燃烧温度只有1250℃左右。3号高炉热风炉工程通过对助燃空气、高炉煤气进行预热的方法提高其理论燃烧温度，以提高热风炉的拱顶操作温度。

高炉煤气采用低温热管换热器通过回收烟气热量进行预热，预热温度在180℃。助燃空气的高温预热通过两座顶燃式预热炉来实现，设计预热温度为600℃。预热炉具有蓄热能力大、预热温度高的特点，即使在高炉煤气换热器检修时，依然能够通过提高预热温度来满足热风炉的操作需要。

由于进入预热炉的冷空气温度较低，因此预热炉所产生的烟气温度为260℃，预热炉烟气主要输送给喷煤干燥煤粉使用。热风炉产生的烟气通过换热器进行余热回收，烟气温度降低至170℃，然后部分与预热炉烟气混合送喷煤，其余烟气经烟囱排放。此空、煤气双预热工艺既满足了热风炉高风温的要求，同时很大程度上利用了热风炉烟气的余热，提高了热风炉系统的热效率，减少CO2的排放。3号高炉热风炉空、煤气双预热工艺技术流程见图1。

2.3无过热低应力管系设计

近年来，随着顶燃式热风炉大量应用，热风出口问题逐渐暴露出来，多座热风炉发生钢壳过热、砌砖坍塌、管道吹开等事故。热风管系的设计中要重点考虑由于热风压力、温度所带来的影响，管系的受力、钢结构的应力、波纹补偿器的设置和选型、管道大拉杆的设置、砌筑结构设计等都是需要详细考虑的问题。

在热风管道的三岔口、热风竖管孔口等关键部位，采用了组合砖砌筑结构，以保证砌筑结构稳定。膨胀缝部位则采用了异型砖迷宫结构，减少热风高速冲刷带来的窜风现象。

管道上设置波纹补偿器的主要作用就是能够吸收管道钢结构由于受热膨胀所带来的位移变化，从而使得热风支管三岔口、热风竖管、高炉围管中心都能相对固定，有利于三岔口组合砖和送风装置的稳定。热风总管尾端和热风竖管的后部都设置了波纹补偿器，竖管前后两段热风总管都设置了通长的大拉杆，这样热风管道就形成了平衡型波纹补偿器的结构形式，从而在保证管道固定点稳定的同时，有效减少了钢结构的受力，有利于管系的稳定。

热风炉和管系钢壳采用Q345-C钢板制作，在孔口部位进行加固处理，与热风炉炉壳相连的管道钢壳适当加厚。利用先进的计算手段和分析方法对管道进行优化设计，确保热风炉管道系统在高温、高压、高荷载的工况下，始终维持钢结构合理的工作温度，较少的应力集中，显著提高管道的安全性。

2.4炉箅子设计  

适当提高热风炉的烟气温度，有利于提高风温、减少热风炉外形尺寸。高炉热风炉烟气中的热量通过换热器进行回收，可以使热风炉热效率进一步的提高。理论上热风炉燃烧烟气最高温度由400℃上升至450℃，风温提高31℃。

热风炉烟气最高温度受到炉箅子承受能力的制约。在设计中热风炉和预热炉的炉箅子均采用耐热球墨铸铁RQTSi4Mo铸造而成，能够长期承受450℃的最高烟气温度，在事故状态下可以承受600℃的冲击温度。由于进入预热炉的冷助燃空气温度只有25℃，因此预热炉炉箅子比热风炉炉箅子要承受更大的温度冲击。为了保证系统安全，预热炉的烟气最高温度设定在400℃，以降低炉箅子在受到热震时的内应力。  

3  高风温应用

3.1 强化送风系统的管理  

     通钢3号高炉开炉以来，送风系统的安全性一直是制约着高炉使用高风温的主要因素，通过对热风炉区域和风口区域进行有计划的处理和改造，风温水平从初期的1180℃增加到目前的1250℃，创造全国一流的水平。主要措施有：一是逐步对热风炉区域的热风总管、热风竖管等高温部位进行灌浆处理，消除高温隐患。从开炉初期到生产后4个月，热风炉热风支管波纹补偿器附近、热风竖管靠混风管道接口处钢壳温度一度超过150℃。利用计划检修的机会，共分4次进行灌浆处理，新开灌浆孔31个，使用灌浆料20t。目前整个热风管系稳定运行，钢壳温度均≤100℃，为提高风温创造了前提条件；二是在正常生产情况下对热风炉和风口区域管道的高温区域进行氮气吹扫冷却处理，确保安全生产；三是要求送风系统直吹管设备供应厂家提高设备质量，并逐步更换掉质量稍差的直吹管，以保证风温提高后高炉安全生产。

3.2 加强热风炉设备点检

    在热风炉岗位中推行“主动维护”的设备管理新理念。从开炉伊始，详细规定了点检路线、点检位置、点检要点等三要素并强化落实。开炉至今，共发现热风管系高温、阀门润滑不够、阀门链条老化等各种设备隐患四十多项，全部在线和休风状态下得到了有效处理，没有发生影响高炉运行和风温的现象。“主动维护”重点强调的是在设备开始失效（材料磨损和性能下降）之前采取的维护活动，其实质在于“护”，而不在于“修”。通过“主动维护”管理模式的推进，营造了全员参与设备管理、积极查找隐患、及时治理缺陷、确保设备平稳运行的氛围，为高炉持续稳步提升风温水平提供了有力保障。

3.3降低拱顶温度、增加换炉次数

    在设计中热风炉和预热炉的拱顶温度为1450℃和1350℃，但近年来国内顶燃式热风炉相继出现拱顶烧塌的问题。为保证热风炉的使用寿命，3号高炉热风炉在实际运行过程中，严格控制拱顶温度的上限值。开炉至今，热风炉拱顶温度上限控制在1350℃，预热炉拱顶温度上限控制在1250℃。控制拱顶温度后，为不影响风温的提升，进一步缩小拱顶温度和热风温度的差值，每班的换炉次数由6次增加到7次。目前拱顶温度和热风温度的差值基本在100℃以下，后续风温仍有提升空间。

3.4 合理使用风温

    为在生产中使用好风温，高炉不断为高风温的使用创造条件。通过优化装料制度探索合理的煤气流分布、严抓入炉料筛分管理、改进高炉煤粉喷吹、探索合理的理论燃烧制度、采用零间隔出铁、规范高炉工长操作、减少风温波动和浪费等措施，为稳步提升高炉风温水平创造了良好的条件。

    高炉使用高风温冶炼，提高了风口区理论燃烧温度，高炉内高温区下移，热量更加集中于炉缸，为大喷煤和低硅冶炼创造了条件。3号高炉喷煤比和生铁含Si由2014年10月份的153kg/t和0.45%变化为2015年7月份的166kg/t和0.36%，理论燃烧温度温度稳定在2200℃-2300℃，高炉实现了长期的稳定顺行，各项经济技术指标不断改善，经济效益明显。3号高炉各项经济技术指标见表3。

4  应用效果和前景展望

通钢3号高炉热风炉工程于2011年4月25日开工建设，2014年5月15日热风炉和预热炉点火烘炉，2015年7月12日正式投产。投产后，热风炉安全运行，热风温度稳步提升，为维持高炉稳定顺行、改善技术指标、降低生产成本起到积极的推动作用。3号高炉热风炉设计参数与运行参数对比见表4。 

 从上表可以看出，通钢3号高炉在保持较低的拱顶温度、保持空气和煤气预热能力余量、控制较低的废气温度的前提下，实现了拱顶温度和热风温度差值≤100℃、热风温度突破1250℃的目标。对于减少NOx排放，延长热风炉使用寿命具有重要意义。热风炉投产后，通过一系列生产实践，热风炉炉壳和管道钢壳外表面运行温度≤100℃。可以展望，3号高炉在未来通过采取有效手段，保证热风炉和高炉安全生产的前提下，有计划分步骤地继续实施高风温生产实践，缩短与设计最高风温的差距。

5  结语

⑴ 高风温的获得是一项系统工程，必须全面考虑高风温所需的各个条件，所有设计和应用中的细节问题都有可能成为高炉获得高风温的限制性环节，影响风温水平的提升。

⑵ 通钢3号高炉配置了三座顶燃式热风炉，助燃空气采用预热炉高温预热、高炉煤气采用低温热管换热器预热，以100%高炉煤气作为燃料，获得了1250℃的高风温。

⑶ 通钢3号高炉在保持较低的拱顶温度、保持空气和煤气预热能力余量、控制较低的废气温度的前提下，实现了拱顶温度和热风温度差值≤100℃、热风温度突破1250℃的目标。