1080m³高炉热风炉改造及烘炉实践

1080m³高炉热风炉改造及烘炉实践

谢成都 郑忠玉 邹佳均

福建三宝钢铁有限公司炼铁厂 福建 漳州 363000

摘要：介绍了三宝1080m³高炉大修。利旧原有的三座热风炉，增加一座热风炉及配套设施。阐述了大修后热风炉系统能力核算和新增热风炉设计特点等及烘炉过程。此次施工满足了两烧两送（交错并联）送风制度，能实现热风炉高风温、长寿的目的。

关键词：大修；利旧；增加；烘炉；两烧两送；目的

公司于2021年3月开始对2#高炉进行大修，炉容为1080m³不变，保留三座热风炉原有炉壳，煤气管路、阀门、补偿器等全部更新，在原有3#热风炉和烟囱之间增设一座热风炉，与原来的三座热风炉一列式布置，热风炉间距12000mm，配套改造、重新设计该区域的管路和换热器。本文对大修后热风系统能力进行了核算和热风炉设计特点进行了讲述，同时对烘炉操作进行总结分析。

1 热风炉改造情况及特点

1.2热风炉系统能力核算

原热风炉设置有3座顶燃式热风炉，采用热管换热器预热助燃空气和煤气，助燃风机一用一备，主要参数见表1。改造后，热风炉加热风量按4000Nm³/min计算。利旧原有的三座热风炉，增加一座热风炉及配套设施，热风炉格子砖孔径为φ25mm，将现有的助燃空气和煤气预热系统改造为采用板式换热器进行预热。新增热风系统主要参数（表2）、4座热风炉系统主要参数（表3）如下。

1.21 主要阀门的改造

对小阀门进行利旧，主要阀门使用情况如下：热风阀采用液动高温衬里水冷闸阀（DN1200），空气燃烧阀、煤气切断阀、煤气燃烧阀、烟道阀采用液动楔式闸阀（DN1300），冷风阀采用液动楔式闸阀（DN1200）,充气阀、废气阀采用液动楔式闸阀（DN250），煤气放散阀采用液动球阀（DN200）,煤气主管放散阀采用电动+手动球阀（DN250），倒流休风阀采用液动高温衬里水冷闸阀（DN700），混风切断阀采用液动楔式闸阀（DN600），冷风放风阀采用电动活塞式蝶阀（DN1400）。

1.22预热器的选择

原热管换热器更换为双预热板式换热器，配套设计换热器区域管路及阀门和补偿器，板式换热器设计参数见表3。

1.23其他改造

（1）新增一座热风炉的热风主管、支管及耐材、阀门、补偿器、拉杆、人孔等；现有热风炉主管利旧、围管更新；现有热风支管耐材、补偿器、拉杆更新，阀门利旧；所有三岔口上部采用浇筑，下部采用组合砖。

（2）新增一座热风炉的煤气管路及阀门、补偿器等；现有煤气支管、阀门利旧，补偿器更新；煤气主管更新，补偿器重新设计更新，管径DN2000。

（3）冷风主管（含放风阀、补偿器、人孔、富氧环管等附属设备）更换，管径DN1400;新增一座热风炉对应的冷风支管及阀门、补偿器等；现有冷风支管、阀门利旧、补偿器重新设计。

（4）现热风炉区域烟气管道、阀门利旧，内村补充喷涂；换热区域烟道、阀门、补偿器重新设计。

（5）两台助燃风机及配套设施更换，助燃风机风量133500m³/h，一用一备；助燃空气主管、补偿器重新设计，管径DN1600;助燃空气支管、阀门利旧，补偿器重新设计。

（6）增加智能润滑系统，更换液压及润滑管路。

（7）现有热风炉烟囱下内径φ5.2m，上部出口内径φ3.7m，高度60m，本体改造后，现有烟囱利旧。

1.3新增热风炉设计特点

（1）顶燃式高效燃烧器

本次新增热风炉采用高效顶燃式燃烧器，空、煤气在燃烧器内充分混合，以降低空气过剩系数。空气过剩系数≤1.03，相对于过剩系数1.1时，可以提高风温20-30℃。烟气分布均匀度≥95%，有利于格子砖换热和蓄热的充分利用，从而提高送风温度。热风炉系统热效率≥85%。

（2）优选耐材

根据热风炉各部位不同的工作特点合理选材，燃烧器在燃烧和送风周期工作中温度波动较大，但最高工作温度≤1000℃，设计选用具有优异热震稳定性的红柱石-莫来石-堇青石砖组合砖砌筑。燃烧室工作温度高，但在燃烧和送风周期工作中温度波动较小，该部位选用高温性能好的硅砖。位于燃烧室和燃烧器之间的喉口部位，既要承受较高工作温度，又要承受周期性温度波动，故在此部位选用抗热震和抗蠕变性能均优异的红柱石砖。蓄热室大墙和格子砖从上部高温区到下部根据温度分布情况分别采用硅砖、低蠕变黏土砖、黏土砖。

热风管系工作衬采用180mm厚，蠕变温度为1450℃的红柱石莫来石复合砖砌筑，隔热衬为轻质高铝砖、轻质黏土砖和轻质喷涂料，且管道上部范围内留有填充陶瓷纤维毯的膨胀缝，材料厚度475mm。设计能保证管壳温度低于100℃。

（3）结构稳定

a）本体设计采用三段式砌筑结构，混合室、燃烧室、蓄热式耐火材料分三段分别支撑在炉壳砖拖或炉底板上，相互之间采用迷宫式滑动缝连接，不受热膨胀影响；

b）燃烧器煤气喷口采用防微爆无位移结构，解决煤气喷口砖错位设置掉砖问题；

c）炉箅子采用带横梁多孔型技术，材质选用耐热铸铁，能够在450℃高温下长期稳定工作；

d）热风炉筒体和炉底以及炉壳变径处采用圆弧连接，各孔口全部采用组合砖砌筑（热风管道三岔口采用整体浇筑），合理设置径向和轴向膨胀缝等；

e）采用低应力热风管系技术。三岔口设置固定支座，固定支座之间设置波纹管以吸收支座间管道的热膨胀，热风总管和支管均设全程拉杆，热风总管自由末端设置波纹管以吸收全程拉杆的变形。为避免热风出口上部开裂，热风支管采用大抱箍拉缸结构，热风阀两侧采用弹簧支座支撑；

f）各三岔口上部采用整体浇筑，下部采用组合砖。三岔口外侧加挡环固定，防止管道砖受热膨胀对三岔口浇注料及组合砖产生挤压，导致三岔口耐材移位、破损。热风出口侧增加挡砖环结构，能有效避免热风支管管道砌对热风炉出口组合砖（浇注料）的挤压。

g）为保证复式波纹管变形后砖衬的密封性能，复式补偿器部位采用“关节管”砌体先预变形，正常生产后再愈合密封。

2 热风炉烘炉

根据顶燃式硅砖热风炉及硅砖升温特性,新增的4#热风炉烘炉时间定为20天，原1-3#热风炉烘炉时间定为12天。

2.1烘炉的目的

由于热风炉主体结构复杂，运行方式独特，蓄热材料量大，水份含量较多，施工结束后应严格根据材料的特性进行烘炉。因此，热风炉在正式投运前，烘炉是至关重要的一个环节，常温-300℃时的低温烘炉可将材料中的游离水的充分排出；300℃-600℃时的中温烘炉可以使材料中的结晶水的充分排出；600℃-1000℃时的高温烘炉可使材料完成晶格转变，达到应有的使用性能。

2.2烘炉的工艺要求

（1）烘炉燃烧器安装于热风炉上部热风出口平台 DN800烘炉人孔处,烘炉介质为高炉煤气，伴烧介质为瓶装液化气,火焰位于燃烧器内部,向热风炉内吹入高温烟气,按照烘炉曲线对热风炉进行加热烘炉。

（2）烘炉燃烧器本体直接与烘炉人孔连接,烘炉结束后直接拆除,封堵人孔,热风炉转主燃烧器烧炉。

（3）烘炉采用远程操作，配置安全联锁保护（熄火连锁、空气及煤气压力连锁)及视频监视技术。

（4）烘炉要求:烘炉结束后,拱顶温度达到1000℃以上,废气温度达到150℃以上。

2.3烘炉曲线

原1-3#热风炉烘炉曲线见图1，新增4#热风炉烘炉曲线见图2。

图1 1#、2#、3#热风炉烘炉曲线 图2 4#热风炉烘炉曲线

Fig. 1 1#, 2#, 3# hot blast stove oven curve Fig. 2 4#Hot blast stove oven curve

2.3烘炉准备工作

（1）烘炉全套设备运输到现场。

（2）烘炉设备电气部分的具体接线调试。

（3）热风炉各管道、阀门、设备的调试。

（4）完成临时敷设的高炉煤气管路进行压力试验和泄漏试验。

（5）每座热风炉保证有拱顶测温用K分度热电偶5支(4用1备）。

（6）完成烘炉用临时管道的压力、泄漏试验和管道吹扫、烘炉点火前的煤气爆发试验工作。

（7）烘炉前72小时将热风炉烟囱用劈材烘干，使烟囱有负压抽力。

（8）做好能源介质的供应及各关键部位的膨胀检查。

（9）做好安全、消防等一系列准备工作。

烘炉期间严格按照烘炉曲线升温、保温，现场布置见图3。

图3 烘炉现场布置

Fig. 3 Oven site layout

3 结束语

（1）将原有三座热风炉改为四座，保障风温的同时也利于灵活安排热风炉维修。

（2）通过优选材料、稳定设计结构、运用新工艺等手段，最大限度保证热风炉的稳定、长寿。

（3）科学制定烘炉曲线，保证材料中的水分蒸发干净，延长热风炉寿命。

（4）先进的建设方法和管理方法，从技术和经济层面，满足高炉的发展趋势。

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