刘全兴
（青岛特钢有限公司）
摘 要：本文对高炉热风炉操作方面的一系列问题，诸如热风炉煤气单耗究竟多少为正常？热风炉热效率能够达到多少？富氧燃烧，煤气压力波动如何解决？长时间“焖炉”的危害和热风炉充压时间过长对烧炉的影响。提高风温的关键技术有哪些？以及硅砖热风炉长周期保温和凉炉再生产问题和热风炉“纠偏”操作问题等进行了探讨。
关键词：高炉热风炉；操作；讨论
1 前言
我国改革开放40多年，钢铁实现跨越式发展，高炉炼铁系列技术日臻成熟，取得了令人瞩目的发展成果。全国粗钢产量连续多年在10亿吨/a上下，在全球遥遥领先。炼铁热风温度有了大幅度提升，特别是获得1200℃以上的高风温成为常态化。俄罗斯卡鲁金顶燃式热风炉技术的引进和消化，真正起到了助推和引领作用，彻底改变了热风温度长期徘徊不前的局面。尤其是在炼铁原燃料价格高企的条件下，提高风温的作用愈加受到钢企的高度重视，已经成为炼铁高质量发展，降低制造成本的重要内容。然而，在热风炉操作某些重要环节，例如热风系统的节能降耗、能效提升；如何解决煤气压力波动问题；长时间“焖炉”；热风炉充压时间过长；硅砖热风炉长周期保温和凉炉再生产操作等相关细节还有需要认真思考、提高、修正和规范的问题。
2 对热风炉操作提升能效的探讨
2.1 如何看待吨铁煤气单耗，热风炉煤气单耗是多少？
在炼铁生产成本控制中，降低热风炉煤气单耗，提升能效 是企业能源管理的重要内容之一。在冶金企业说到吨铁煤气单耗并不是指炼一吨铁消耗了热风炉所需要提供风温的多少煤气。而是包括与炼铁有关全系统其它用途，例如炉前烤出铁沟、撇渣器，烤流咀，烤铁口泥套，烤铁水罐，喷煤加热炉，矿槽流嘴保温、原料场防冻用煤气等等。其它防寒保温项目的煤气都应该纳入到吨铁煤气单耗之内。因此说热风炉为其单耗和吨铁单耗是两个概念。某些媒体报道的煤气单耗322m3/t铁，较低，数据来源值得推敲。热风炉煤气单耗只是构成工序能耗的一部分，其指标与多种因素有关，例如热风炉结构形式、热效率、炉料结构、高炉产量、配套设施、操作水平等。
我们知道，热风炉是钢铁厂用能大户，据不完全统计，热风炉用高炉煤气约占发生量的35％左右。煤气单耗与多种因素有关。
热风炉自身煤气单耗举例: 某1080m3高炉，产量3600t/d。热风炉“两烧一送”，換炉约10分钟。煤气用量45000m3/h.座，煤气热值3300kJ/m3，则煤气单耗为：45000x22ⅹ2x3300÷3600=1.815GJ/t铁。即550m3/t铁。在计量准确的前提下，通常热风炉煤气单耗在540~600m3/t铁之间。
高风温热风炉五大技术关键：(1) 燃烧技术 ；(2) 传热技术；(3) 气流流动 ；(4) 结构稳定 ；(5) 环保达标。
提升热风炉能效的途径：
（1）淘汰落后高耗能工艺，选择先进工艺路线进行改造，优化装备水平；
（2）选择先进炉型，优化系统配置；
（3）优质耐火材料；
（4）选用节能减排成熟可靠的燃烧器；
（5）自动化、信息化支撑的智能化操作法；
（6）热风炉系统绝热保温，提高热效率；
（7）对标。学先进，找差距，提升水平；
（8）加强能源管理，科学合理用能。
2.2热风炉热效率可达到多少？
通常分为热风炉本体热效率和热风炉系统热效率两个概念。
热风炉热效率：一般指热风炉以送出的热风温度支出的热量占热风炉加热（包括冷风带入热量）总能量收入的百分比。一般情况下这个比值在70％～75％之间。对某些热风炉公司所言的热风炉热效率可达85%以上不知所云。按现有条件热风炉热平衡现状，热风炉炉体散热、热风管道散热，烟道散热、换热器散热和烟气带走的热量，冷却水、冷却风带走的热量还是不可小觑的。参考某厂2580m3高炉热风炉采用自身预热工艺后的能流图实测数据，研究表明：高炉煤气带入系统的热量占80.24%，助燃空气带入0.43%，冷风带入4.43%，预热助燃空气（550℃）带入11.67%，预热煤气带入3.86%；热风带出热量68.8%，排入烟囱废气带出8.72%，热损失及计算误差占7.55%。采用自身预热工艺（助燃空气预热到550℃）热效率由原来73%提高到78%。
热风炉系统热效率：包括热风炉烟道的余热回收利用，纳入到热风炉系统热效率之内，这个热效率远远的高于热风炉本体热效率。一般也不会超过80%。
3 硅砖热风炉的维护操作技术
3.1 硅砖热风炉长周期保温注意哪些问题？
热风炉的保温，重点是硅砖热风炉的保温，是在高炉停炉或热风炉需要检修时。如何保持硅砖砌体温度不低于600℃，而废气温度又不高于400℃。根据停炉时间的长短与检修的部位和设备，可采用不同的保温方法。鞍钢的经验是：
(1) 高炉6d以内的休风，热风炉又有较多的检修项目，在休风前将热风炉烧热，将炉顶温度烧到允许的最高值即可。
(2) 高炉10d以内的休风，热风炉又没有什么检修项目，在高炉休风前将热风炉送凉，特别是将废气温度压低，保温期间炉顶温度低于700℃就烧炉，可以保持10d废气温度不超过400℃。
(3) 如果是长时间(大于10d)的保温，则须采取炉顶温度低于750℃，就烧炉加热；废气温度高于350℃就送风冷却，热风由热风总管经倒流排放大气中。为了不使热风窜到高炉影响施工，在倒流休风管和高炉之间的热风管内砌一道挡墙或在高炉弯头处堵胶板或薄铁板，做到有效隔断。
硅砖在600℃以下体积稳定性不好，不能反复冷热，因此在高炉较长期休风停止使用硅砖热风炉时，要求保持热风炉硅砖不低于此温度。
加热/送风冷却”方法, 即当炉顶温度低于75 鞍钢6号高炉中修一个月，对硅砖热风炉采用“燃烧0℃，就烧炉加热；废气温度高于350℃就送风冷却 ，热风由热风总管经倒流排放大气中。为了不使热风窜到高炉影响施工，在倒流休风管和高炉之间的热风管内砌一道挡墙。成功保温138天。
宝钢1号高炉（4063m3）停炉期间，对硅砖热风炉保温。
3.2硅砖热风炉凉炉再生产
硅砖热风炉凉炉再生产在生产实践中非常重要。经过长期探索我们总结出硅砖在炉内的变化规律：“晶格转化部分完成，体膨胀减弱，敏感性降低”。再生产时可以适当快速升温，大大缩短烘炉时间。德国以及俄罗斯卡鲁金也提出来同样的方案。
无论是凉炉还是保温操作，要注意：
（1）控制废气温度是关键。不能一味地正面加热、加热、再加热，保持上部温度；忽略蓄热室下部格子砖降温，这十分危险。废气温度出现假象，致使炉箅子烧坏、掉砖，国内这种操作事故案例不少。
（2）一定做好“倒送风”各项准备工作，制订操作规程，气流流动状态下接近规定的废气温度上限，必须降低下部温度，此时，废气温度是不真实的。
4 热风炉操作规范化、标准化问题
4.1 富氧燃烧的利与弊
富氧燃烧可以提高燃烧强度，理论空气需要量减少，有利于提高拱顶温度，提高风温，排烟量减少，解决助燃风机能力不足，适宜富氧降低氮氧化物排放，大量富氧NOx生成量会增加。
还要考虑以下几个问题：
成本因素；
烟气量减少，总换热量会减少；
挖掘其它方面潜力，如煤气平衡，保热风炉用气，提高和稳定煤气压力，智能化燃烧技术。
4.2 煤气压力波动怎么办？
稳定煤气压力操作非常重要。但是，许多厂家没有煤气稳压装置，造成煤气压力随意波动，工人被动烧炉，影响风温。应采取两项措施：
（1） 有条件的厂适当提高煤气管网运行压力到 15kPa左右，燃烧效果会更好；
（2） 采用带有执行器的煤气压力自动调节装置，可减少波动，提高煤气使用
效率，进而提高风温；
（3）能源动力部门制订科学合理的调度平衡管理制度，优先保证热风炉用煤气。
4.3 长时间“焖炉”危害大
热风炉烧好之后不送风，称为“焖炉”。长时间“焖炉”一定会使得大量高温热量下传，造成炉体损坏。主要原因：顶燃式热风炉供热强度大，砖柱低矮，传热速率快，废气温度区间窄（170~350 ℃ ），废气温度测点出现“假象”，炉箅子材质耐热性差（Si4Mo稍好一些）。温度超出限制会出现烧坏炉箅子或拱桥，掉砖或漏球，甚至后果更严重。国内不乏此类事故案例。
某些厂家硅砖热风炉以冬季保温为由，不具备生产条件就把热风炉烘好，然后自然冷却降温。殊不知这种“焖炉”对炉子危害很大。
必须强调，不具备生产条件不要烘炉。
4.4 热风炉充压时间过长好吗？
热风炉充压，即灌风均压，一般180s足矣。时间过长（5~10min）势必占用宝贵的燃烧时间。传统的“三勤一快”（勤观察、勤调节、勤检查，快速换炉）操作方法就是争取烧炉时间，保证蓄热量，进而保证风温稳定。
少数厂家出于减少换炉风压波动的目的，把充压时间一味延长是非常错误的。
4.5 热风炉送风先开冷风阀后开热风阀真的一样吗？
热风炉燃烧转为送风操作程序：
（1）通知煤气调度室，要求停止烧炉；
（2）关闭煤气、空气调节阀。
（3）关闭煤气切断阀。
（4）关闭煤气燃烧阀。
（5）关闭空气切断阀。
（6）关闭烟道阀。
（7）开冷风小门（或充压阀），向炉内充压，充压时要慢，使之风压波动<9kPa).
（8）全开热风阀。
（9）全开冷风阀。
（10）关充压阀。
在实践中，存在两种情况：一是充风均压后，开冷风阀，开热风阀；二是充风均压后，开热风阀，开冷风阀。两者有何不同？
高炉送风系统保持畅通是首要原则。在以上程序中，若单炉送风时，只要开充压阀和热风阀的情况下，高炉不会断风。若先开冷风阀，没开热风阀，此时送风炉热风阀下滑，正换炉的热风阀尚未打开，会造成高炉断风，酿成事故。这种情况发生的几率虽小，但不怕一万，就怕万一。
4.6 热风炉“纠偏”问题
案例：云南某厂2010年5月27日450m3高炉热风炉纠偏操作。
到现场实地查看：1#炉正常燃烧时高炉煤气量为17000—18000 m3／h。燃烧中后期由于废气温度上升较快，不得不减少煤气用量到13000 m3／h以下，甚至到10000 m3／h左右。
由于风温低，送风波动大，高炉操作人员为防止热风温度波动大，影响高炉顺行，而人为缩短了送风时间。致使与其它炉差别进一步拉大。属于“瘸腿”操作。造成“风温低---送风波动大---早换炉---人为缩短了送风时间---废气快---减煤气---烧不好---风温低--- ---”的“怪圈”或“不良循环”。
处理方法：1#炉送风时间和其它炉送风时间一致，或有意识地与1#炉并联送风，降低废气温度由目前的210℃到160℃-170℃。再次烧炉时可从“低位”起步，延长燃烧时间，用正常煤气量强化燃烧。在保证废气温度不快的前提下，不减或少减煤气量，保证热风炉高温部位蓄足热量。对1#炉进行“操作纠偏”。这样“纠偏”数次之后，慢慢地恢复高温烟气对格子砖的有效蓄热和放热的能力，结果是风温提高，波动减少，三座炉趋于一致。
强调一点：纠偏过程中，高炉要允许风温波动大，做出适当配合。
要校核高炉煤气量，助燃空气量及各部热电偶，调整燃烧，重点是控制废气温度。在20分钟之内把炉顶温度烧到最佳值，然后摸索“保温规律”。避免“自由式”烧炉。一定最大限度的把高温热量集中在格子砖中上部，预计可提高风温50℃。进而实现1150—1200℃风温，给高炉创造更好的条件。
必须强调，这种同一组热风炉之间的“偏差”或多或少是存在的，不是什么“抽力差异”，而是长期操作不一致造成的，应当引起重视和纠正。
5 结束语
5.1 降低热风炉煤气单耗，提升能效是企业能源管理的重要内容，提出了提升能效的途径。介绍了热风炉煤气单耗和热风炉热效率的概念与计算方法，在计量准确的前提下，通常热风炉煤气单耗在540~600m3/t铁之间。热风炉热效率高于80%具有相当的难度。
5.2 硅砖热风炉的广泛应用是炼铁热工技术进步一个方面。对硅砖热风炉用耐火材料的维护提出了更高要求，对长周期保温和凉炉再生产重要操作环节提出了正确方法 。
5.3热风炉操作要强调规范化、标准化，但是在实际操作过程中出现的某些不正常现象，例如长时间“焖炉”，特别是硅砖热风炉在不具备生产的条件下烘炉再自然降温是具有风险的。对热风炉富氧燃烧，充压时间过长，稳定煤气压力，减少波动和热风炉“纠偏”等操作提出了解决方案。
参考文献
[1] 刘全兴，高炉热风炉操作与煤气知识问答，冶金工业出版社，2005
[2] 刘全兴，超高风温热风炉与送风系统的改进，炼铁交流，2020（4）：1-4.
[3] 刘全兴，高炉热风炉技术改造问题，炼铁共性技术研讨会，2015
[4] 刘全兴译. 适用于高炉高效可靠操作的热风系统的设计准则. 国外钢铁，1993（3）：13-20
[5] 刘全兴.关于钢铁工业能源合理配置的思考，中国钢铁业，2004(4)：25-27