我國鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐現(xiàn)在運(yùn)行的熱風(fēng)爐絕 大部分都是用高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行充壓，在實際操作中，當(dāng)打開充壓（均壓）閥時，高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓將突然降低，會造成高爐風(fēng)壓、風(fēng)量、爐內(nèi)氣流、 透氣性指數(shù)、爐頂壓力等指標(biāo)波動，影響高爐爐況穩(wěn)定，這會導(dǎo)致高爐能耗增加、產(chǎn)量降低，同時也會降低熱風(fēng)爐風(fēng)溫和縮短使用壽命。河南省豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)有限公司（下文簡稱豫興公司）自主創(chuàng)新研發(fā)的專利技術(shù)——一種使用獨(dú)立供風(fēng)系統(tǒng)的無波動換爐技術(shù)及其方案，經(jīng)過高爐生產(chǎn)實踐證明，這種無波動換爐技術(shù)可以穩(wěn)定高爐爐況、 增加產(chǎn)量、提升熱風(fēng)爐風(fēng)溫、穩(wěn)定熱風(fēng)爐熱負(fù)荷、延長熱風(fēng)爐壽命，增加鋼鐵企業(yè)利潤，具有良好的節(jié)能增產(chǎn)效果。
傳統(tǒng)熱風(fēng)爐換爐技術(shù)弊端顯而易見
在煉鐵高爐生產(chǎn)實踐中，采用最廣泛的方法是把高爐鼓風(fēng)機(jī)鼓出的風(fēng)鼓入高溫蓄熱的熱風(fēng)爐蓄熱體進(jìn)行換熱，再將高溫?zé)犸L(fēng)鼓入高爐進(jìn)行冶煉。實踐證明，鼓入風(fēng)溫越高節(jié)省的焦炭越多，節(jié)能增產(chǎn)的效果就越好，因此高風(fēng)溫一直是高爐工作者的追求。蓄熱式熱風(fēng)爐就是為高爐提供持 續(xù)、穩(wěn)定高風(fēng)溫的關(guān)鍵設(shè)備。實踐中高爐熱風(fēng)爐常用的配置及運(yùn)行方式主要有2 種：即配置3 座熱風(fēng)爐實施兩燒一送，配置 4 座熱風(fēng)爐實施兩燒兩送。其運(yùn)行方式由燃燒轉(zhuǎn)換為送風(fēng)過程必然有一個換爐環(huán)節(jié)。換爐前蓄熱（燃燒）的熱風(fēng)爐爐內(nèi)壓力為低壓（微正壓），而熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道內(nèi)則是 高壓（壓力在 0.4MPa~0.5MPa）；冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥靠 熱風(fēng)爐側(cè)為低壓，靠近熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道側(cè)為高壓，這樣就會造成冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥兩側(cè)壓力相差幾十倍，無法打開，因此必須對蓄熱（燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)）的 熱風(fēng)爐進(jìn)行高壓充壓，使冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥兩側(cè)的管 道內(nèi)和熱風(fēng)爐內(nèi)壓力相等，冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥才能打 開進(jìn)行換爐送風(fēng)。我國鋼鐵企業(yè)現(xiàn)在運(yùn)行的熱風(fēng)爐絕大部分都是用高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行充壓，在實踐操作中當(dāng)打開充壓（均壓）閥時，由于均壓時分流了部分鼓風(fēng)機(jī)冷風(fēng)，又因熱風(fēng)爐的容積較大，使高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓突然降低，會造成高爐風(fēng)壓、風(fēng)量、爐內(nèi)氣流、透氣性指數(shù)、爐頂壓力等指標(biāo)波動，這樣對高爐的穩(wěn)定運(yùn)行造成破壞。為了降低 波動，有的采用高爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量預(yù)留 15%~25%的富余量用于充壓；有的將高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)均壓閥門開小，以小流量進(jìn)行均壓，這種操作均壓時間非常長，雖然波動減小，但是縮短了熱風(fēng)爐的有效燒爐時間，降低了熱風(fēng)爐的使用效率。
具體說，傳統(tǒng)熱風(fēng)爐換爐技術(shù)的弊端有以下幾種：
一是利用高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行充壓換爐會影響高爐爐況，降低高爐產(chǎn)量，增加消耗。高爐在正常運(yùn)行時，會形成塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口帶等五帶。其中軟熔帶對冶煉過程最為關(guān)鍵，也是 影響高爐爐況順行和高產(chǎn)低耗的關(guān)鍵。若不采用 其他技術(shù)措施，而在高爐滿負(fù)荷生產(chǎn)的條件下對 熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓，高爐鼓風(fēng)壓力會產(chǎn)生 60kPa 以上的壓力降，這種壓力降會破壞高爐內(nèi) W 型或倒 V 型軟熔帶，高爐必須經(jīng)過一段時間運(yùn)行才能形成 新的 W 型或倒 V 型軟熔帶，如此必然會增加高爐消耗，降低高爐產(chǎn)量。
二是采用將高爐鼓風(fēng)機(jī)留出 12%以上富余量降低換爐時高爐爐況波動的技術(shù)措施會增加成本。以河北某廠 1 號高爐為例，正常生產(chǎn)時鼓風(fēng)量為 5250m3/min，風(fēng)量富余率 13%，則高爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 6000m3/min，風(fēng)壓為 440kPa，鼓風(fēng)機(jī)需配 電機(jī) 38000kW，實踐操作中 60 分鐘換一次爐。高爐鼓風(fēng)機(jī)配有變頻器（理論富余量節(jié)電率為 40%），則每小時鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)將浪費(fèi) 2964kWh 的電能，實踐中變頻器基本達(dá)不到節(jié)電 40%的目標(biāo)，因此實際 浪費(fèi)的電能將超過 3000kWh。即便如此，該廠 1 號高爐在充壓 3 分鐘時，高爐風(fēng)壓依然降低了26kPa，還會對高爐爐況產(chǎn)生較大影響，如果要進(jìn)一步降低這種影響就必須進(jìn)一步提高鼓風(fēng)機(jī)富余量，浪費(fèi)的電量也將會更多。
三是均壓換爐時間受高爐值班室限制。由于高爐生產(chǎn)過程中要求風(fēng)量和風(fēng)壓處于相對穩(wěn)定狀 態(tài)，因此熱風(fēng)爐換爐操作受到高爐值班室的嚴(yán)格 控制，操作人員在進(jìn)行熱風(fēng)爐換爐操作前需發(fā)一信號至高爐和燃?xì)獠块T，得到認(rèn)可后方可進(jìn)行。工作人員在進(jìn)行換爐操作時需按照既定程序根據(jù) 每次換爐時的不同情況準(zhǔn)確控制多個閥門的開合程度，包括調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)靜葉開度、調(diào)節(jié)均壓閥開度、觀察熱風(fēng)爐內(nèi)壓力變化控制充壓時間、開關(guān)冷熱風(fēng)閥門等多個步驟以完成換爐操作。
四是容易造成設(shè)備故障。一方面均壓時風(fēng)機(jī)負(fù)荷提升，容易對機(jī)械及電氣系統(tǒng)造成沖擊，造成電網(wǎng)波動；另一方面換爐操作時需頻繁調(diào)整靜葉和防喘閥，造成靜葉磨損大和防喘閥易損壞，影響高爐生產(chǎn)，在出鐵前換爐還可能造成風(fēng)口倒灌事故。
無波動換爐技術(shù)優(yōu)勢明顯
為克服上述熱風(fēng)爐換爐技術(shù)的弊端，豫興 公司研發(fā)了“一種熱風(fēng)爐無波動換爐高效轉(zhuǎn)化 裝置及控制方法”的專利技術(shù)專利號為CN202110862040.7）。該技術(shù)使用一套獨(dú)立的供風(fēng)系統(tǒng)，由獨(dú)立的高壓氣罐、空壓機(jī)、調(diào)壓閥組及相關(guān)管道閥門組成。采用這種換爐技術(shù)，熱風(fēng)爐換 爐充壓不用高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)，而另加一臺空壓機(jī)對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓，空壓機(jī)的風(fēng)與鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)同屬壓縮空氣，充壓介質(zhì)的性質(zhì)沒有發(fā)生改變。改造時，只需將壓縮空氣管連接在冷風(fēng)支管上（冷風(fēng)閥與熱風(fēng)爐之間），原管道及系統(tǒng)不做調(diào)整，在管道上增加一個液動或氣動閥門，即可滿足用壓縮空氣進(jìn)行充壓的要求，熱風(fēng)爐原工藝不做改變。
這種無波動換爐技術(shù)除了換爐時不引起高爐鼓風(fēng)壓力波動外，還具有以下特點：
一是可避免風(fēng)口倒灌。采用高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)充壓換爐會引起高爐鼓風(fēng)爐壓突然降低，如果鐵水罐不到位，高爐快出鐵時，爐壓突然降低會引起風(fēng)口倒灌，因此目前熱風(fēng)爐換爐必須受高爐值班室控制。如采用無波動換爐后，熱風(fēng)爐換爐時不會引起高爐熱風(fēng)壓突然降低而保持無壓力波動狀態(tài)，從而避免風(fēng)口倒灌事故的發(fā)生。
二是可實現(xiàn)全自動無人操作，穩(wěn)定熱風(fēng)的熱 負(fù)荷，延長熱風(fēng)爐壽命。采用無波動換爐后，熱風(fēng) 爐換爐不會引起高爐爐壓波動，熱風(fēng)爐保證高爐的風(fēng)溫即可。混風(fēng)調(diào)節(jié)閥和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可以由高爐值班室直接控制。熱風(fēng)爐可以采取定時或定溫 全自動換爐，因此熱風(fēng)爐可實現(xiàn)全自動無人操作。熱風(fēng)爐如能保證按時換爐，也就穩(wěn)定了熱風(fēng) 的熱負(fù)荷。比如高爐要求1250℃的風(fēng)溫，拱頂溫度燒到1350℃，開始送風(fēng)時混風(fēng)閥自動開大，保證1250℃的風(fēng)溫，在運(yùn)行中混風(fēng)閥自動關(guān)小，當(dāng)混風(fēng)閥全關(guān)閉而不能滿足1250℃的風(fēng)溫時將自動換爐。這確保了送風(fēng)末期 1250℃風(fēng)溫底溫，不會發(fā)生延時換爐把底溫降低到1200℃甚至更低的情 況。因此無波動換爐穩(wěn)定了熱風(fēng)的熱負(fù)荷，延長 了熱風(fēng)爐壽命。
三是可以提高風(fēng)溫。對于滿負(fù)荷的高爐，原來的換爐技術(shù)換爐充壓會占用13分鐘~15 分鐘，縮短了熱風(fēng)爐燒爐時間，也就降低了其蓄熱能力。采用無波動換爐后，可以延長燒爐 時間，或適當(dāng)縮短送風(fēng)時間，可提高送風(fēng)溫度。
四是可以提高產(chǎn)量。采用無波動換爐后爐況穩(wěn)定順行，可以增產(chǎn)降耗。對于已建成 的高爐，如果已滿負(fù)荷運(yùn)行，采用無波動換爐后可將高爐鼓風(fēng)機(jī)用于向熱風(fēng)爐充壓的風(fēng)用于煉鐵，充壓使用的風(fēng)量與熱風(fēng)爐的大小、熱風(fēng)爐的座數(shù)有關(guān)，一般可增產(chǎn)0.3%~0.5%。對于預(yù)留鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量富余 15%~25%的高爐，采用無波動換爐后可實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)量可提高15%~25%。
五是無波動換爐可以降低投資。對于新建高爐采用無波動換爐，可采用滿負(fù)荷設(shè)計， 高爐風(fēng)機(jī)可不留15%~25%的充壓富余量，可選用小一號的鼓風(fēng)機(jī)，其設(shè)備投資在扣除空壓機(jī)費(fèi)用后，可減少10%以上投資。以河北縱橫豐南 1 號高爐為例，原方案裝機(jī)容量為 38000kW，若使用無波動換爐技術(shù)裝機(jī)容量 僅需 33650kW。這樣加上變頻器等配套設(shè)備，新方案可節(jié)約投資11%以上。
為用戶創(chuàng)造實實在在的價值
山西呂梁建龍實業(yè)有限公司煉鐵廠（下 文簡稱呂梁建龍）1800m3 高爐及其配套的3 座 熱風(fēng)爐，在采用無波動換爐系統(tǒng)后，換爐時間從18分鐘縮短到 5 分鐘，風(fēng)溫從 1170℃提高到 1210℃，高爐爐況運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線得到全面改善，生鐵質(zhì)量得到明顯提高，每年可增加利潤 1000 余萬元：一是呂梁建龍采用無波動換爐后，延長燒爐時間，可提高風(fēng)溫 20℃，降低 焦比0.5%，以目前520千克/噸計算，燃料比可降低2.6千克/噸；高爐以日產(chǎn)4500噸 計，日節(jié) 焦11.7噸，年節(jié)焦4095噸，以焦炭價格為2500 元/噸計，一年節(jié)約焦炭價值1023.75萬元。二是利用壓縮空氣代替熱風(fēng)爐冷風(fēng)均壓，相當(dāng)于高爐增加了風(fēng)量，每日可增加生鐵產(chǎn)量 44 噸，每年可增鐵 15400 噸，生鐵利潤按照 150 元/噸，每年增產(chǎn)生鐵利潤為 231 萬元。三 是使用壓縮空氣進(jìn)行均壓，每次均壓需要壓 縮空氣 1600 立方米，壓縮空氣成本為 0.1 元/立方米。每次均壓成本為160 元，40分鐘換爐，每年壓縮空氣費(fèi)用為 201.6 萬元。每年利潤合計為 1053.15 萬元，因此，呂梁建龍工程投資（利舊空壓站）回收期僅需4個月。
實踐證明：采用獨(dú)立空壓機(jī)充壓的無波動換爐技術(shù)，可以避免高爐爐況波動，縮短充壓時間，提高風(fēng)溫，降低能源消耗，提高生鐵質(zhì)量和生鐵產(chǎn)量；同時熱風(fēng)爐換爐不受高爐值班室限制，可按時或按溫度換爐，穩(wěn)定了熱風(fēng)爐熱負(fù)荷，延長熱風(fēng)爐壽命。山西呂梁建龍無波動換 爐技術(shù)實踐取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，證明此技術(shù)是一項可行、可推廣的節(jié)能增產(chǎn)的好技術(shù)。（符政學(xué) 劉力銘 劉力源 艾水生）
圖為豫興公司為中鐵裝備公司的3X2500m3高爐配套熱風(fēng)爐承建的無波動換爐裝裝置。
圖為由豫興公司建設(shè)的遼寧鞍山寶得鋼鐵公司1080m3高爐熱風(fēng)爐無波動換爐裝置配套的儲氣罐設(shè)備。
圖為本文作者、豫興公司總工程師、國家專利熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)的首席發(fā)明人符政學(xué)教授。
