热风炉无波动换炉技术前程似锦

本报记者 夏杰生
据今年 6 月 6 日出版的《中国冶金报》报道，河南省豫兴热风炉工程技术有限公司（下文简称豫兴公司）今年再次荣获中国冶金报社组织评选的“钢铁产业链绿色标杆企业”称号，其创新研发的专利技术——热风炉无波动换炉高效转换装置及控制方法（下文简称无波动换炉技术）首次荣获“钢铁行业绿色好技术”殊荣。 
豫兴公司为何能取得如此成绩？带着这个问题，《中国冶金报》记者采访了该公司董事长刘世聚、总工程师符政学、热风炉专家任金喜，以及沧州中铁装备制造材料有限公司（下文简称中铁装备公司）炼铁厂专家，并得出可喜的结论。 
刘世聚首先言简意赅地介绍说，高炉热风炉在由燃烧转为送风期间，为保证阀门能够安全启闭，必须对热风炉进行均压，常规均压是通过冷风管道上的均压阀进行均压。由于均压时分流了部分冷风，造成高炉风压、风量、炉内气流、透气性指数、炉顶压力等指标波动，这样对高炉的稳定运行造成破坏。为降低波动，采用均压阀门小开度、小流量进行均压。这种操作均压时间非常长，虽然波动减小，但是缩短了热风炉有效烧炉时间，降低了热风炉使用效率。为克服热风炉这种通病，豫兴公司组织专业团队，通过精心论证及设计，研究出独特的专利技术，利用外来气源进行均压，彻底解决了因为均压造成的运行弊端，并且延长了烧炉时间，提高了风温，为高炉稳定顺行及节能增效创造了条件。
                                                                                                                无波动换炉技术应用迫在眉睫
据任金喜介绍，山西吕梁建龙实业有限公司炼铁厂（下文简称吕梁建龙）1800m3 高炉及其配套的 3 座热风炉，采用“两烧一送”的工作制度，单炉送风时间为45分钟，高炉热风炉换炉充压方式为常规充压，充压由冷风均压管利用部分高炉冷风进行充压。高炉生产要求充压时对鼓风压力的影响≤10kPa，为了达到此目的，充压阀的开度非常小，一次充压时长为 14 分钟，致使换炉时间接近于18分钟，虽然控制了风压波动≤10kPa，但是极大地缩短了热风炉的蓄热时间，致使热风炉不能发挥最佳状态，严重制约了高炉节能降耗的能力。 
为改变这种操作弊端，吕梁建龙尝试采用鼓风机进行均压，即鼓风机“定压送风”技术，但鼓风机“定压送风”技术弊端也比较多，主要表现为如下几点： 
一是鼓风机正常生产时不能满负荷生产，需要一直保留15%~20%的风量，满足均压时的风量增加，但这样又会降低鼓风机的能效，使风机不能满负荷生产。   
二是根据使用效果，采用“定压送风”技术后，只能将鼓风波动控制在10kPa左右，仍然很难完全消除风压、风量及炉况波动影响。 
三是均压时间在7分钟左右，风机控制迟滞，均压时间较长，操作不灵活。 
四是在均压时风机负荷提升，容易对机械及电气系统造成冲击，造成电网波动。 
五是均压换炉时间受高炉生产制约，热风炉不能随时换炉，制约热风炉正常工作。 由于鼓风机“定压送风”技术存在以上弊端，很多单位已经弃用。
 综上所述，采用无波动换炉技术应用迫在眉睫。
                                                                                                       专利技术转化为生产力
据刘世聚介绍，热风炉无波动换炉技术是豫兴公司总工程师符政学20多年前在《河南冶金》杂志召开的炼铁会议上提出的大胆设想，但这一创新火花一直未形成科研成果并转化为生产力，即一直没有客户尝试使用而搁置至今。近几年，随着行业强化炼铁的技术进步，对改善高炉鼓风压力波动要求的呼声越来越高，这一技术逐渐提上日程。符政学总工及其技术团队走访客户进行调查和研究，逐步进行了技术完善，成为新的专利技术。 
该技术具有以下特点： 
一是采用空压机的风代替鼓风机的风，同属压缩空气，充压介质的性质没有发生改变。 
二是这套独立充压系统与高炉的鼓风系统分离，投入使用后，达到了稳定高炉炉况、延长烧炉时间，稳定和提高风温、降低焦比、节省煤气的目的。经理论核算，这项独立充压技术使高炉鼓风利用率更高、压力更稳定，综合分析其使用效果得出，该技术每年将为山西吕梁建龙炼铁厂提高效益上千万元。
 符政学指出：在此之前，热风炉炉内充压是利用高炉鼓风机的风，充压时会造成高炉鼓风压力急剧下降而波动较大，这种波动破坏了高炉内W型或倒V型软熔带，影响炉况顺行；若在出铁前换炉，操作不当会造成风口倒灌事故。为减小炉况波动，有的炼铁厂采用自动控制限流充压，但充压时间需要10分钟-15分钟，这导致炉况仍有波动，影响产量。 
采用豫兴公司创新研发的热风炉无波动换炉专利技术，充压时间比应用前大大缩短，可以使烧炉时间延长12分钟以上，高炉鼓风风压无波动，稳定了高炉内W型或倒V型软熔带，炉况稳定顺行，为高炉高产节能创造了有利条件。该技术可使热风炉换炉不受高炉值班室的控制，可以按照固定的送风、燃烧程序自动换炉，进而达到热风炉无人操作水平。此外，该技术还能按规定时间或规定温度换炉，不至于将底温拉得过低，因此稳定了热风炉的热负荷，有利于延长热风炉的寿命，提高热风炉的送风温度，从而降低高炉燃料消耗。
                                                                                                                         助热风炉提高风温
据中铁装备公司炼铁厂专家表示，他们的炼铁厂热风炉换炉的充压时间较长，需要12 分钟-15分钟。在没有额外的充压系统时，如果缩短充压时间，会使高炉风压和风量急剧下降，对高炉炉况造成较大影响；而延长充压时间，就会占用烧炉时间，影响风温。 
这一弊端导致他们炼铁厂高炉自投产以来，风温一直不理想，平均只有大约1170℃。他们后来了解到山西吕梁建龙1800m3 高炉2022年8月份采用豫兴公司专利热风炉无波动换炉技术，取得了不错的效果，平均风温达到 1210℃。这一消息使他们感到兴奋，遵循耳听是虚、眼见为实的原则，中铁装备公司委派炼铁厂设备部专家在今年3月份看到豫兴公司热风炉无波动换炉技术展示的魅力。 
吕梁建龙热风炉的单位风量换热面积为35.89m2/Nm3，中铁装备热风炉的单位风量换热面积为45.56m2/Nm3，吕梁建龙虽然比中铁装备公司热风炉配置参数低，但其烧炉时间与送风时间的比值更高，这意味着吕梁建龙热风炉可以缩短充压时间，延长烧炉时间，提高热风炉单位周期内的蓄热能力。另外，热风炉换炉不再受高炉生产制约，操作人员可以根据情况缩短送风时间，提高热风炉的工作效率，从而提高送风温度。
热风炉无波动换炉技术前程似锦
事实证明，吕梁建龙采用无波动换炉系统取得非常好的效果：换炉时间确实从18分钟缩短到7分钟，风温从1170℃提高到1210℃，高炉风压波动从10kPa减少至2kPa以下，为高炉的稳定顺行创造了有利条件。 
这位炼铁厂专家认为，豫兴无波动换炉技术有以下几点优势： 
一是延长烧炉时间和缩短换炉时间，提高风温。 
二是消除了换炉充压产生的风压风量波动，对高炉炉况顺行提供保障。
三是当一座热风炉检修时，使用两座热风炉一烧一送，尽可能减少风温对高炉生产影响。 
四是利用压缩空气代替冷风进行均压，可以提高高炉产量。 
目前，中铁装备公司大高炉的风温普遍偏低，一个重要原因就是高炉大修以后，热风炉受到限制；虽然也进行了一部分改造，但是蓄热能力没有实质性改观。对比山西吕梁建龙的热风炉蓄热面积和蓄热量指标，中铁装备公司热风炉还略有优势。“通过此次考察，我们坚信：热风炉无波动换炉技术是缩短换炉时间和换炉周期，进一步提高热风炉的效率，以及提高风温的有效技术。它对于中铁装备公司的高炉生产有很大的参考价值。”该炼铁专家说道。 
今年5月13日和22日，中铁装备公司以及鞍山宝得钢铁有限公司也都分别与豫兴公司签订了3座2500m3 和1250m3 高炉热风炉采用无波动换炉技术合同。 
目前，已经有十多家钢铁企业完成了采用该专利的技术交流、技术论证工作，并将该技术纳入其节能减排、提高风温发展轨道。随着形势的发展，炼铁厂面临节能环保、降耗增效的要求会越来越高，采用该技术的用户也会越来越多。 
不久的将来，豫兴热风炉无波动换炉专利技术将广泛推广，成为全国高炉普及配套节能降耗增效的必备技术。