【文章內容簡介】 高爐采用的附加加熱換熱系統(tǒng)中，建有兩臺金屬換熱器、1座燃燒爐，利用循環(huán)的廢氣可將助燃空氣預熱到500℃，同時把煤氣預熱到250℃，用單一的低熱值（3000kJ/m3）高爐煤氣可把風溫提高到1285℃。這種金屬換熱器法是一種熱工設備的組合，具有較高的靈活性，獨立于熱風爐而存在，可以根據高爐狀態(tài)的變化靈活地調節(jié)空氣和煤氣的預熱溫度，從而提高或降低熱風溫度，減少或增加預熱空氣和煤氣量。實用新型專利“帶有附加燃燒爐的熱風爐預熱裝置”（專利號ZL96 2 ）在鞍鋼11號高爐（2580m3），邯鋼6，山西臨汾、太鋼4，山東淄博、青鋼臨沂，寶鋼梅山2 （1280m3），遼寧北臺等廠的高爐都先后應用此工藝技術，效果顯著。高爐熱風爐自身預熱法發(fā)展成熟高爐熱風爐自身預熱法（selfpreheating process）是我國首創(chuàng)。到目前為止，還沒有檢索到國外的有關文獻。該工藝方法于1966年7月在我國山東濟南鐵廠3號高爐（100m3）由呂魯平首先采用，并獲得國家發(fā)明專利。發(fā)明至今，已走過整整40年不平凡的歷程。大體上可劃分為三個階段：（1）發(fā)明、原始創(chuàng)新階段；（2）理論探索、改進階段；（3）工藝改進、大高爐應用階段。這期間不少煉鐵、熱工科技人員進行了大量研究。鞍鋼先后在3座2580m3高爐上，10號（1994年）、7號（2002年）和將來的新4號（2006年）都應用這種具有自主知識產權的熱風爐自身預熱工藝技術。隨著這一技術的發(fā)展與應用，相應的理論探索也取得了重要進展。通過計算機數值模擬，驗證了這一技術獨特的優(yōu)越性和耐火材料的合理性。輔助熱風爐法發(fā)展方興未艾用兩座輔助小型熱風爐，燃燒過剩的高爐煤氣，交替預熱大熱風爐的助燃空氣，經調溫后供大熱風爐燃燒用。大幅度提高助燃空氣物理熱，實現1200℃以上高風溫。此工藝技術可節(jié)省大量的高熱值煤氣，多利用高爐煤氣，經濟效益顯著。鞍鋼新建的兩座3200m3高爐采用這種輔助熱風爐法。德國和日本某些高爐也曾用蓄熱式熱風爐來預熱助燃空氣。這幾種工藝技術在理論上具有如下特點：（1）破除了低溫余熱回收傳統(tǒng)觀念，大幅度地提高燃燒介質預熱溫度。雖然在系統(tǒng)中增加了一定的能量和投資，但綜合分析總能耗和效益的關系，產出遠遠大于投入。（2）以利用劣質燃料為基本點，經工藝轉化后以低價值的高爐煤氣獲取高價值的高溫熱量。節(jié)省昂貴的高熱值煤氣供給更急需的部門，達到能源合理配置，創(chuàng)造更大的經濟效益和社會效益，是真正的“資源節(jié)約型”工藝技術。（3）燃燒介質預熱后帶入的物理熱比同樣數量的化學熱更有用。這是因為燃燒介質預熱后煙氣溫度下降，熱效率提高，或者煙氣帶走的熱量與不預熱時相同，回收的熱量更有價值。二、熱風爐的大型化、多樣化、高效化頂燃式熱風爐的跨越式發(fā)展近10年來，頂燃式熱風爐在我國的廣泛應用突飛猛進，一方面，在總結過去經驗的基礎上，自主研制開發(fā)出了多種多樣的結構形式，大膽應用；另一方面，引進國外先進技術，都取得了可喜的結果。頂燃式熱風爐具有諸多優(yōu)點被人認同。80年代初，我國首鋼新2高爐（1327m3）4座頂燃式熱風爐的工業(yè)應用，在國內引起不小的震動。邯鋼、石家莊高爐十幾座頂燃式熱風爐，湖南冷水江3號高爐有1座新型頂燃式熱風爐。個別小廠也有采用頂燃式熱風爐。后來的球式熱風爐把頂燃式推進了一大步，國內一些鋼鐵廠看準了它的潛質，紛紛采用并自主研究開發(fā)。目前球式熱風爐已成功地應用在1327m3級的高爐上。現在，多種多樣的頂燃式熱風爐在我國得到了廣泛采用。（1）卡魯金頂燃式熱風爐迅猛發(fā)展 這種結構的熱風爐已在俄羅斯和烏克蘭冶金工廠的1386～3200m3的高爐上建造使用。俄羅斯卡魯金（Kalugin）頂燃式熱風爐在我國迅速得以應用。例如，萊鋼750m1880m3，濟鋼3座1750m3，淮鋼兩座450m3，青鋼兩座500m3，遷安連城兩座480m3，國豐兩座1800m3，首秦1160m2200m3，天鋼3200m3，湘鋼2200m3，安鋼2800m3，唐鋼3200m3和重鋼高爐熱風爐都采用此結構形式的熱風爐。鞍鋼2580m3和首鋼曹妃甸5500m3高爐熱風爐擬采用俄羅斯卡魯金頂燃式熱風爐。（2）球式熱風爐的普遍應用 球式熱風爐也可劃為頂燃式熱風爐的一種，球式熱風爐的體積小，結構簡單，材料用量大大少于內燃式熱風爐，從而大大節(jié)省了投資。在河北新豐、廣西柳鋼、江蘇興澄和四川威遠等許許多多中小高爐得到很好的應用。目前球爐已成功地應用在1327m3級的高爐上。（3）其他頂燃式熱風爐的崛起 在國內，武漢宏圖、承德鴻博、中冶全泰、新興鑄管等也開發(fā)出了具有自主知識產權的旋流、旋切流頂燃式熱風爐，得到了很好的應用。達涅利霍戈文高風溫長壽熱風爐的應用達涅利霍戈文（Hoogovens）熱風爐集多項科學技術研究成果與一身，自1969年問世以來，迄今為止已在十幾個國家的幾十座高爐推廣應用。該熱風爐具有結構合理、投資省、占地少、熱效率高、風溫高、壽命長等優(yōu)點。國內20世紀70年代開始研究開發(fā)，稱之為高溫改造內燃式。限于當時的技術水平和耐火材料的成本，沒有很好地解決燃燒器、隔墻和送風系統(tǒng)等問題而“擱淺”。當時進行的1300℃高風溫試驗也是短期的，付出的代價是昂貴的。刮了一陣“高溫改造內燃式”風之后，不得不重新考慮引進真正的“霍戈文高溫長壽熱風爐”。武鋼4號2200m3（2001年）、5號3200m3（1991年）、6號3200m7號3200m3，鞍鋼11號2580m3（2001年）、鞍鋼新1號3200m3（2001年）、唐鋼2560m3（1998年）、2000m首鋼1726m太鋼1200m攀鋼1260m3（1996年）和上鋼一廠2500m3（1999年）、邯鋼新建兩座3200m3（2006年）等高爐均采用此種結構形式熱風爐。平均風溫達到1150～1200℃。大型外燃式熱風爐穩(wěn)定運行外燃式熱風爐是內燃式熱風爐的進化與發(fā)展。本鋼5號高爐熱風爐為地得式。鞍鋼6號高爐熱風爐（AWⅠ），實際為通常所說的馬琴——派根司特（Martin and Pagenstecher）外燃式，鞍鋼7號（AWⅡ）、10號高爐、寶鋼所有熱風爐都是新日鐵式（NSC：Nippon Steel Corporation）外燃式。值得一提的是，鞍鋼6號高爐（1050m3）熱風爐（AWⅠ）1976年投產，是我國第一座外燃式熱風爐，雖然經過幾次涼爐、再生產和更換燃燒器、格子磚，但確切地講，雙拱頂及連接管，大墻與爐殼，至今已工作整整30年，可謂是我國的長壽熱風爐。后來不久，鞍鋼自主研究開發(fā)的7號高爐（2580m3）熱風爐（AWⅡ）參照新日鐵外燃式也的確早于寶鋼，也一直沿用至今。20世紀80年代初，寶鋼引進了真正的新日鐵外燃式。雖然應用了大量的高熱值煤氣等不利因素，但確實長時間地實現了1200℃以上的高風溫和長壽，已引起國人的關注。鞍鋼10號高爐（2580m3）、太鋼4350m馬鋼兩座3600m3等大型高爐熱風爐都仍然采用新日鐵式外燃熱風爐。鞍鋼鲅魚圈新建4038m3高爐擬采用PW公司大型地得外燃式熱風爐。三、熱風爐的烘爐、保溫與涼爐技術高爐和熱風爐的烘爐技術鞍鋼6號高爐硅磚熱風爐是我國第一座硅磚熱風爐，當時采取的烘爐方式是成功的。后來國內陸續(xù)采用的硅磚熱風爐的烘爐都取得了成功，探索出非常寶貴的操作和維護經驗。由天津長冶熱能設備有限公司研制開發(fā)成功的內燃式烘爐器是近10年來廣泛采用的一種烘爐專用設備。用于高爐、熱風爐、加熱爐和其它工業(yè)爐窯的烘烤。該烘爐器使用油或燃氣，烘爐時火焰不直接接觸耐火砌體。經配風，調節(jié)溫度后噴入爐窯，確保烘爐曲線的完整性。結合用戶的需要，采用烘爐器烘爐已經取得了較好的經濟效益和社會效益。通過與啟動高爐鼓風機烘爐比較，該方法是既節(jié)約大量電費又獲得高質量的好方法，近10年來，采用該方法為國內外各大鋼鐵公司烘烤（128～2500m3）高爐及熱風爐已達百余座。目前，各種不同類型的爐子，各種不同種類的耐火材料，各種不同類型的燃燒介質都能夠很好地解決烘爐問題。硅磚熱風爐的長周期保溫技術熱風爐的保溫，重點是硅磚熱風爐的保溫，是在高爐停爐或熱風爐需要檢修時。如何保持硅磚砌體溫度不低于600℃，而廢氣溫度又不高于400℃。根據停爐時間的長短與檢修的部位和設備，可采用不同的保溫方法。鞍鋼首先采用的這種燃燒加保持爐頂溫度、送風冷卻、控制廢氣溫度的作法稱之為“燃燒加熱、送風冷卻”保溫法。這種保溫方法是硅磚熱風爐保溫的一項有效措施。不管高爐停爐時間多長，這種方法都是適用的。鞍鋼10號高爐（1994年）新舊高爐轉換，停爐期間，對硅磚熱風爐采用“燃燒加熱/送風冷卻”方法,保溫138天，效果非常好。寶鋼1號高爐熱風爐也成功地進行了硅磚熱風爐的長周期保溫。硅磚熱風爐涼爐再生產技術硅磚熱風爐的涼爐：硅磚具有良好的高溫性能和低溫（600℃以下）的不穩(wěn)定性。過去，硅磚熱風爐一旦投入生產，就不能再降溫到600℃以下，否則會因突然收縮，造成硅磚砌體的潰破和倒塌。經國內外大量的試驗研究，硅磚熱風爐的涼爐，大體上有兩種方法：自然緩慢涼爐和快速涼爐。硅磚熱風爐用自然緩冷涼爐是成功的，但由于工期的關系，自然緩冷來不及，還要做快速涼爐的嘗試。鞍鋼1985年在6號高爐硅磚熱風爐上進行了快速涼爐的試驗，用14天將爐子成功地涼下來。并成功地反復再生產?？焖贈鰻t是非常成功的，打破了“硅磚熱風爐一命貨”的論點，說明硅磚熱風爐快速涼爐是可行的，預示了“硅磚熱風爐跨代使用”的可能性和必然性。四、相關行業(yè)的進步起到了助推作用冶金設備制造技術的進步冶金設備制造技術的進步為熱風爐技術的發(fā)展起到了關鍵性的助推作用。高溫熱風閥的引進、研發(fā)和推廣應用解決了高風溫熱風爐閥門的壽命問題。各種不同類型的波紋膨脹器的應用，解決了熱風管道膨脹問題?？咕чg應力腐蝕鋼板的研制成功為高風溫創(chuàng)造了有利條件。耐火材料的大幅度進步具有自主知識產權的各種不同類型、不同材質的耐火材料給熱風爐按不同溫度區(qū)間選擇不同材質的耐火材料提供了廣泛的選擇空間和可靠保證?！　?各種不同類型結構形式的熱風爐高溫區(qū)采用的硅磚和低蠕變高鋁磚，重要部位所需的堇青石、莫來石磚，各交叉口采用的組合磚都能自主設計、制造和砌筑，并達到一個相當高的水平。耐火砌體涂覆高輻射材料最近，濟南慧敏科技開發(fā)的新型高輻射材料——微納米高溫遠紅外節(jié)能涂料在各種工業(yè)爐窯上廣泛應。該高輻射新材料工作溫度：300～1810℃；適合燃氣、煤、油、電等各種燃料種類，可縮短升溫時間；降低排煙溫度；提高爐溫及爐溫均勻度，燃料燃燒充分；提高熱效率，提高工效5%～15%；保護爐襯，延長爐窯使用壽命；節(jié)能5%～20%?？捎糜阱仩t、工業(yè)電爐、均熱爐、陶瓷窯爐、石油化工行業(yè)的加熱爐、裂解爐、冶金熱風爐、球團豎爐、軋鋼加熱爐等各種工業(yè)爐窯的節(jié)能。這種遠紅外涂料具有節(jié)能作用自20世紀50年代就被專家確定；70年代國外有產品面世；80年代國內有產品面世；半個世紀沒有得到全面推廣，其原因是施工工藝沒有得到良好解決?！?；耐火度大于1800℃；附著力2級以上；抗熱振性1200℃；室溫10次以上無脫落；粒度25～780nm。該項新材料自發(fā)明問世以來，迅速在各種爐窯上應用，如濟鋼、萊鋼、邯鋼、青鋼、長治、鞍鋼。經檢驗部門檢測及用戶使用，該產品粘接力強，高溫使用不易開裂、脫落，使用壽命長，主要技術指標達到了國際先進水平。五、基礎理論與應用研究起到了支撐作用2005年9月 “高風溫長壽熱風爐研討會”在秦皇島召開，知名教授、博士以及從事熱風爐研究和操作的專家學者聚集一堂，一致認為，提高我國風溫水平是使我國由煉鐵大國向強國轉變的重要標志之一。并提出熱風爐的設計和操作應首先把1250℃的風溫作為近期目標，把1400℃的風溫作為我們進入強國的研究目標。目前，一大批科研人員長期不懈的努力，解決了眾多不同層面的技術關鍵和研究開發(fā)出了具有國際先進水平和實用價值的新工藝、新技術、新材料，都取得了顯著的經濟效益。熱風爐傳熱過程數學模型的發(fā)展在我國，對熱風爐蓄熱室傳熱模型的研究與應用方興未艾。一些文獻從不同側面對熱風爐操作與控制進行了積極探索，其中，有些模型已應用于實踐。張宗誠、蘇輝煌應用熱風爐不穩(wěn)定態(tài)傳熱的數學模型較準確地計算出了熱風爐內格子磚和氣體沿著高度方向隨時間變化的溫度分布。從而為預測熱風溫度、廢氣溫度、送風時間和熱效率，以及分析各種不同操作制度下的熱工特征和選擇最佳的設計與操作制度提供了可靠的手段。張建來根據熱平衡方程及若干經驗公式建立了熱風爐熱量控制燃燒數學模型，其要點是以熱量控制熱風爐的燃燒，根據下一周期的加熱風量、風溫來確定所需要的煤氣化學熱，以達到最佳燃燒。數學模型的建立為計算機有效控制燃燒提供了基礎模型。根據不同的送風模型進行送風調節(jié)，獲得了滿意的結果。此外，熱風爐換爐的自動控制系統(tǒng)、自尋最優(yōu)化控制都是建立在不同的數學模型基礎上的。寶鋼高爐熱風爐數學模型應用20年的實踐證明，用數學模型控制熱風爐燃燒及有關操作制度，選擇合理的熱工參數，及時調整控制變量，可以達到節(jié)約能源、提高風溫的效果。由此可見，可靠的數學模型對于熱風爐的自動化操作和節(jié)能增效是十分有益的。燃燒器冷態(tài)、熱態(tài)模型實驗研究熱風爐由于空氣預熱溫度較高，使陶瓷燃燒器工作條件惡化，且易產生脈動燃燒。為解決這個問題鞍山鋼鐵學院的教授們與現場結合專門進行了陶瓷燃燒器的冷態(tài)、熱態(tài)試驗。在熱態(tài)模型上測量了不同燃燒能力、不同空氣預熱溫度時燃燒室內溫度分布、廢氣成分、火焰長度及燃燒穩(wěn)定性等。為開發(fā)能適應熱風爐不同工況下陶瓷燃燒器提供了依據并找到了解決燃燒振動的方法。并利用這一熱態(tài)模型為上鋼一廠、昆鋼等做了專項試驗研究，取得成功。煙氣和冷風均配技術氣流在熱風爐內的行為，早已引起人們的注意。20世紀70年代初，前蘇聯(lián)與前聯(lián)邦德國分別對此做了模擬試驗研究。近年來，我國也做了大量工作，并已著手采取措施改善氣流在蓄熱室內的分布。 20世紀80年代，武漢冶金建筑研究所研制成功“熱風爐冷風均勻配氣裝置”。它是由氣流整流器和數個阻流導向板組成。氣流整流器安裝在冷風入口的內側，其作用是整流和均勻分流，阻流導向板安裝在蓖子下空間，通過阻擋和導向破壞渦流，均勻分布氣流。這一技術已成功地應用于攀鋼3號高爐和鞍鋼9號高爐，收到了良好效果。北京科技大學、包頭鋼鐵學院的許多