王維興
目前，我國(guó)高爐煉鐵指標(biāo)中與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家指標(biāo)相比，差距最大的地方是高爐熱風(fēng)溫度偏低，相差約80-100℃。我國(guó)有高爐1480 多座，大于1000m3 高爐有約620 座，已實(shí)現(xiàn)大于1200℃風(fēng)溫僅71 座，高風(fēng)溫高爐的比例較低。我國(guó)煉鐵工作者應(yīng)在努力提高熱風(fēng)溫度上下大力氣，以便盡快改變我國(guó)風(fēng)溫偏低的現(xiàn)象，為節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本做出貢獻(xiàn)。
1 高風(fēng)溫的節(jié)能效果
高風(fēng)溫是廉價(jià)的能源(通過(guò)燃燒高爐煤氣獲得)，高爐煉鐵使用高風(fēng)溫可以降低燃料比，提高煉鐵產(chǎn)量，提高噴煤比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵，減少CO2 排放，降低煉鐵生產(chǎn)成本，是煉鐵技術(shù)發(fā)展的大方向。
資料顯示，當(dāng)風(fēng)溫大于1150℃時(shí)，風(fēng)溫每提高100℃，可降低燃料比8kg/t；風(fēng)溫在1050-1150℃時(shí)，風(fēng)溫每提高100℃，可降低燃料比10kg/t；風(fēng)溫在950-1050℃時(shí)，風(fēng)溫每提高100℃，可降低燃料比15kg/t；風(fēng)溫在小于等于950℃時(shí)，風(fēng)溫每提高100℃，可降低燃料比20kg/t。
2 實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫的技術(shù)措施
1)實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫是個(gè)系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫是個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及很多方面，包括:熱風(fēng)爐的選型、確定技術(shù)路線、設(shè)計(jì)、選材料、選設(shè)備、科學(xué)施工(有監(jiān)理)、科學(xué)操作、合理維護(hù)、熱風(fēng)爐與高爐的銜接、經(jīng)濟(jì)效益等。
2)《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)熱風(fēng)爐的要求
《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)熱風(fēng)爐有具體的要求，主要體現(xiàn)在如下方面。
(1)熱風(fēng)爐應(yīng)采取提高熱效率(總熱效率大于85%)、降低燃料消耗、滿足熱風(fēng)爐長(zhǎng)壽(要大于20 年)的技術(shù)措施。
(2)熱風(fēng)溫度宜為1250℃±50℃；拱頂溫度不宜超過(guò)1400℃；排放的廢氣溫度宜在150℃以下。
(3)熱風(fēng)爐采用燃料的種類(lèi)應(yīng)根據(jù)全廠煤氣平衡確定，有高熱值煤氣的企業(yè)宜摻燒部分高熱值煤氣。
(4)座高爐宜配置3 座熱風(fēng)爐。采用4 座熱風(fēng)爐時(shí)，應(yīng)采用交錯(cuò)并聯(lián)送風(fēng)。熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足加熱能力和長(zhǎng)壽的要求。新建和改建的熱風(fēng)爐宜采用頂燃式結(jié)構(gòu)。
(5)熱風(fēng)爐蓄熱面積及格子磚重量，應(yīng)根據(jù)入爐風(fēng)量和送風(fēng)時(shí)間為基準(zhǔn)的熱工計(jì)算確定，單位風(fēng)量磚重不宜低于1.0t/(m3/min)，單位風(fēng)量的加熱面積不宜低于38m2/(m3/min)。
(6)熱風(fēng)爐應(yīng)根據(jù)計(jì)算溫度場(chǎng)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)合理配置耐火材料。
(7)熱風(fēng)爐爐箅子及支柱宜采用耐高溫材料。燃燒末期最高廢氣溫度宜為400-450℃。
(8)熱風(fēng)爐廢氣排放應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB28663 的要求。
(9)熱風(fēng)爐應(yīng)設(shè)置高效的余熱回收裝置，回收煙氣余熱，預(yù)熱助燃空氣和煤氣，及噴吹煤的干燥。
(10)確定熱風(fēng)爐凈煤氣接點(diǎn)壓力時(shí)，應(yīng)包括余熱回收裝置阻損在內(nèi)的系統(tǒng)流路阻力損失。凈煤氣接點(diǎn)壓力值應(yīng)符合表1 的規(guī)定。
3技術(shù)措施
(1)一般一座2000m3 以下的高爐配備3 座熱風(fēng)爐，巨型高爐配備4 座熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐可以采用石球式、外燃式、內(nèi)燃式、頂燃式結(jié)構(gòu)。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看:內(nèi)燃式要代替外燃式，并以頂燃式為主導(dǎo)；卡盧金式的改進(jìn)型為技術(shù)發(fā)展方向，’逐步淘汰熱能利用效率低的石球式熱風(fēng)爐。
(2)耐火材料要保證熱風(fēng)爐內(nèi)砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，要有抗高溫蠕變性能和抗熱震性能。熱風(fēng)爐的拱頂鋼板要有防腐蝕措施，拱頂磚不能做在蓄熱室大墻上，要使用耐高溫的硅磚；為提高格子磚蓄熱性能，蓄熱室采用多孔格子磚，格子磚可涂覆一層高輻射率材料；使用耐高溫的爐箅子和支柱(廢氣溫度大于450℃)。熱風(fēng)爐應(yīng)采用致密性耐火材料及組合磚。耐火材料除應(yīng)滿足常規(guī)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)滿足抗蠕變性能指標(biāo)要求。高溫區(qū)的黏土質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火磚的蠕變率均應(yīng)小于0.7%(1200-1500℃，50h，0.2MPa)。硅質(zhì)耐火磚應(yīng)控制殘余石英含量，不宜大于1.0%，真比重不應(yīng)大于2.34g/cm3，蠕變率應(yīng)小于0.5%(1500℃，50h，0.2MPa)。
(3)熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)要能解決受熱管道的熱膨脹和盲板力對(duì)管道系統(tǒng)的影響。熱風(fēng)管道系統(tǒng)要能承受高風(fēng)溫。
(4)建議熱風(fēng)爐拱頂溫度不超過(guò)1450℃(防止?fàn)t殼鋼板晶界腐蝕)，拱頂溫度在燒爐與送風(fēng)的溫差小于100-150℃，熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)間要在40-60min。
(5)使用低熱值的高爐煤氣時(shí)，可采用煤氣和空氣雙預(yù)熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫。使用小熱風(fēng)爐對(duì)空氣和煤氣進(jìn)行預(yù)熱，必然要增加投資和能耗，是不經(jīng)濟(jì)的。
(6)高爐生產(chǎn)要能夠接受高風(fēng)溫，需要提高爐料轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、提高爐頂煤氣壓力、增加噴煤比、生產(chǎn)穩(wěn)定順行等。
(7)高爐正常生產(chǎn)風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度要維持在2200±50℃，高風(fēng)溫會(huì)使?fàn)t缸溫度升高，高爐難行。為此，要給高爐噴吹燃料(煤粉、重油等)，以緩解爐缸溫度過(guò)高。
(8)高爐開(kāi)爐或停爐，不能?chē)娒?，還要使用高風(fēng)溫，可進(jìn)行加濕鼓風(fēng)(噴吹蒸汽)，有節(jié)焦的效果。
(9)高風(fēng)溫節(jié)焦后，爐料透氣性變差，壓差要提高，要提高爐料的質(zhì)量，特別是轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度要高，可促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行。
(10)提高爐頂煤氣壓力，降低壓差，促進(jìn)生產(chǎn)穩(wěn)定，有利于正常生產(chǎn)，有利于冶煉低硅鐵。
(11)采用常規(guī)材料的爐箅子、支柱時(shí)，熱風(fēng)爐排出的煙氣溫度不得超過(guò)350℃；采用耐熱材料時(shí)，可為400-450℃。熱風(fēng)爐排出煙氣的余熱應(yīng)回收利用，設(shè)計(jì)中應(yīng)配置余熱回收裝置，預(yù)熱空氣和煤氣。采用干法除塵時(shí)，可不預(yù)熱煤氣。
(12)用于熱風(fēng)爐的助燃空氣的含塵量宜小于10mg/m3。確定助燃風(fēng)機(jī)壓力時(shí)，應(yīng)包括余熱回收裝置在內(nèi)的系統(tǒng)流路阻力損失。助燃空氣壓力值宜為:1000-2000m3 高爐大于等于10kPa、3000-5000m3 高爐大于等于12kPa。
(13)管道上應(yīng)設(shè)置伸縮管，降低盲板力的破壞作用。
(14)熱風(fēng)爐宜設(shè)置余壓回收裝置
3 施工要求
1)要按照冶金行業(yè)《高爐熱風(fēng)爐施工規(guī)范》進(jìn)行施工，并設(shè)監(jiān)理。
2)熱風(fēng)爐的安裝和磚的砌筑質(zhì)量，對(duì)處理好熱膨脹和消除盲板力很重要。鋼材焊接點(diǎn)要進(jìn)行熱處理；完工后要進(jìn)行打壓試驗(yàn)。
3)嚴(yán)格按烘爐曲線烘爐，必需連續(xù)進(jìn)行，不允許烘爐時(shí)停爐，避免磚墻產(chǎn)生裂紋。不允許火焰與硅磚直接接觸。
4)停爐時(shí)，熱風(fēng)爐要進(jìn)行保溫；硅磚溫度要大于600℃，防止產(chǎn)生突然的收縮。
4 熱風(fēng)爐操作
1)使用高爐煤氣熱值低，要進(jìn)行雙預(yù)熱、或摻燒轉(zhuǎn)爐或焦?fàn)t煤氣，進(jìn)行富氧燃燒，可實(shí)現(xiàn)拱頂溫度在1400±20℃，送風(fēng)溫度大于1200℃。
2)控制燒爐與送風(fēng)的拱頂溫差在100-150℃。
3)單座熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)間控制在40-60min。
4)降低燒爐時(shí)空氣過(guò)剩系數(shù)，希望在1.05-1.10。
5)配置4 座熱風(fēng)爐的高爐，可以進(jìn)行交叉雙聯(lián)(實(shí)行熱風(fēng)爐兩燒、兩送風(fēng)制度)送風(fēng)，可提高風(fēng)溫。
6)使用計(jì)算機(jī)控制熱風(fēng)爐的燒爐、送風(fēng)，既可節(jié)能，又有利于實(shí)行高風(fēng)溫。
7)建議使用柔性混風(fēng)閥(有硅橡膠膨脹圈)，可避免風(fēng)溫?fù)p失25℃。
5 加強(qiáng)對(duì)熱風(fēng)爐的檢測(cè)和維護(hù)
1)對(duì)熱風(fēng)爐要設(shè)立必要的檢測(cè)點(diǎn)，制定科學(xué)的巡檢制度、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)重點(diǎn)部位檢測(cè)結(jié)果要定期進(jìn)行分析。
2)建立科學(xué)的、不同類(lèi)型的預(yù)案處理事故方案。
3)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象(磚的塌落、爐皮和管道發(fā)紅或變形，閥門(mén)故障等問(wèn)題)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。
4)建立熱風(fēng)爐生產(chǎn)技術(shù)檔案，總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
6 高風(fēng)溫的應(yīng)用案例
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014 年我國(guó)有71 座高爐年平均風(fēng)溫超過(guò)1200℃，最高的是太鋼6 號(hào)高爐，風(fēng)溫達(dá)到1245.28℃，寶鋼3 號(hào)高爐風(fēng)溫達(dá)到1241℃，福建三安5 號(hào)高爐為1240℃；敬業(yè)9 和10 號(hào)高爐、寶鋼2 號(hào)高爐、太鋼5 號(hào)高爐等的風(fēng)溫均超過(guò)1230℃，具體見(jiàn)表2。
