豫兴热风炉的发展与技术创新

豫兴公司是集设计、研究、开发高炉热风炉、热风炉用燃烧器及热风炉关键部位抗震耐火制品和高性能孔砖蓄热体为一身的自主创新型企业。自研发热风炉以来，依靠自主创新，豫兴公司先后发明了豫兴悬链式顶燃式热风炉、四段式顶燃式热风炉、旋流交错顶燃式热风炉以及适应卡鲁金顶燃式热风炉的燃烧器等，形成了具有自主知识产权的热风炉产品系列，使豫兴热风炉成为具有竞争力的品牌。为此，《世界金属导报》专访了豫兴公司董事长刘世聚先生。

记者 ：十几年前，什么原因促使豫兴公司研发热风炉？

刘世聚 ：豫兴公司最初主要从事耐火材料生产制造，产品集中于高炉热风炉用耐火材料。耐火材料是各类高温热工装备和窑炉不可或缺的基础材料，品种繁多，但公司走专业化发展道路，专心于热风炉用高端耐火材料的创新与研究， 研发的抗热震砖系列产品获得国际认可，在国内外具有一定的影响力。但当时，我国高炉用热风炉却全部采用引进技术，大型高炉配套的热风炉制品也是高价从日本、德国、荷兰等国的进口产品。为了填补国内空白，自 2003 年起，豫兴公司在专心做精、做专、做强高炉热风炉耐火材料的同时，着手跟踪研究分析引进的顶燃式热风炉，并对各种热风炉在生产中出现的问题和故障进行跟踪研究。在长期的生产实践及研发中，豫兴申请并获得了一系列国家发明专利，例如《旋流交错顶燃式热风炉》、《燃烧器用预燃室的抗热震砖（HRK）工艺》、《环形上喷顶燃式热风炉》等，逐步具备了开发热风炉的条件和能力。为此，豫兴公司组建了自己的研发团队，坚定不移地走上热风炉技术发明和优化改进的道路。十余年来，取得了不凡的业绩，成就了豫兴热风炉品牌。

记者 ：十几年来，豫兴热风炉技术经历了哪些发展历程？

刘世聚 ：2005年，豫兴公司发明了旋流交错混合燃烧顶燃式热风炉技术，该技术已应用在水钢、德钢、达钢、川威、燕钢等 140 多座顶燃式热风炉中。

2006年，为了提高热效率，降低能源消耗，实现热风炉稳定长寿，豫兴公司开发了悬链线拱顶顶燃式热风炉技术，目前已有266座热风炉采用这种设计。2012年10月山西通才 1860m³高炉豫兴悬链线顶燃式热风炉实现月平均风温 1314.7℃，创造中国最高风温纪录。

2013年豫兴公司受河北省澳森钢铁公司委托，对2009年建成投产正处于服役期的6号1288m³高炉配套的三段式顶燃式热风炉进行改造，将其炉型改造成悬链线顶燃式热风炉炉型。改造前，热风炉热风出口和拱顶严重垮塌，致使热风炉有风温不能用，严重影响了企业的效益。改造后，风温提高，由原来的1200℃左右提高到 1250℃左右，并且实现了结构稳定。

2016 年豫兴公司受建龙集团山西建龙公司委托，将该公司运行9年的 1380m³高炉配套的内燃式热风炉，在外部管网、平台、炉壳不做变动的情况下，由内燃式改造为顶燃式热风炉，风温得到较大幅度提高，最高风温达到 1280℃。目前，由于老热风管道内衬没有拆除和改造，风温控制在1240℃左右。

2017年， 针对三段式顶燃式热风炉存在的燃烧室结构易垮塌、易高温烧红等结构缺陷，豫兴公司对其进行了优化改进，并开发了四段式顶燃式热风炉炉型。与此同时，豫兴发明了切割三段式热风炉改造成四段式结构热风炉的方法。2017年，河北省中铁装备公司决定采用该方法对其3座2500m³高炉配套的9座三段式顶燃式热风炉进行四段式改造。2018年， 河钢集团乐亭公司 3850m³高炉决定采用豫兴四段式顶燃式热风炉。

除此之外，豫兴公司还对100多座低风温、低寿命落后炉型进行了一系列改造尝试， 例如，套筒顶燃式改造为悬链线顶燃式或旋流交错顶燃式、耐火球蓄热体改造为格子砖技术等，为用户提高风温、稳定寿命、节能高效做出了一定的贡献。

总之，经过十几年的发展，豫兴公司在深入钻研各类热风炉技术的理论设计和实践特点的基础上，汲取各类热风炉技术精华，不断进行自主创新，形成了豫兴热风炉系列化产品，创出了豫兴热风炉品牌。

记者 ：豫兴悬链线拱顶顶燃式热风炉具有什么特点？

刘世聚 ：悬链线拱顶顶燃式热风炉具有合理的结构特征，它将原直接坐落在热风出口直段大墙和燃烧器之上的悬链线拱顶相分离，将悬链线拱顶、热风出口大墙、燃烧器各自单独支撑在炉壳之上，使炉体受力结构得到有效转移和改善。这样使热风炉燃烧室、燃烧器、热风出口结构更加稳定，可以实现长期稳定、长寿、高效、高产、节能的高风温。豫兴独立悬链线拱顶顶燃式热风炉可以安全可靠地适应更高的热风炉温度，解除了用户最头疼的结构短寿的后顾之忧。

此外，悬链线拱顶顶燃式热风炉还具有环形上喷预热、纵横涡流加旋流双旋流混合燃烧等主要特点。双旋流可以强化混合，实现均匀完全燃烧，又可以通过纵横旋流的结构特征调节烟气流场的分布，提高格子砖的利用率和风温。豫兴悬链线拱顶顶燃式热风炉拱顶温度与送风温差可以控制在30-94℃范围，这一特点可以控制拱顶温度在 1420℃以下， 将风温提高到1350℃以内， 有效避免了大量氮氧化物的生成，防止了对炉壳的晶间腐蚀和对大气的污染，提高了热风炉本体和炉壳寿命，并获得节能环保的效果。

记者 ：豫兴公司开发四段式顶燃式热风炉的原因？

刘世聚 ：自2003年以来，我国高炉配套了大量的三段式顶燃式热风炉。顶燃式热风炉包括预燃室段、燃烧室段、蓄热室段三段，它们互相分离、段段独立支撑在炉壳之上，体积最小的预燃室在最上面。它具有风温高、投资省、施工周期短、占地面积小等优点。但是在使用过程中，三段式顶燃式热风炉频频出现预燃室、燃烧室结构损坏、热风口炉壳高温、拱顶垮塌等问题。通过对大量的数据进行分析研究发现，三段式顶燃式热风炉其他部位均完好，但频繁出现一个共性的问题，即热风出口和砌筑在热风出口之上的锥形拱顶结构稳定性差，导致燃烧室结构损坏，该部位频繁损坏的事实证明，该部位存在累积热应力和其他方向的应力集中现象。通过热风出口部位的热应力计算可以证明（以3800m³高炉热风炉热风出口直径1800mm×450mm面积计算），热风出口即使采用钢制的横梁也难以承受如此之大的热应力而产生弯曲。即使热应力释放率只有 80%-90%，其热风出口的热应力仍有0.64万吨-1.92万吨。而热风炉耐火材料的承重力应该在1万吨左右，当热应力小于爆炸负荷时（计算爆炸负荷为1.2万吨），热风出口和拱顶就会坍塌。热应力超过爆炸负荷时，会将热风炉炉壳焊缝拉开，加大吸收膨胀缝隙和纤维棉的使用量， 从而出现漏风烧失纤维棉，导致炉衬与炉壳之间高温储留，增加热损失，甚至具有烧坏炉壳的风险。为此，设计开发了四段式顶燃式热风炉。四段式顶燃式热风炉结构合理，解决了三段式顶燃式热风炉燃烧室结构多方向应力集中的问题，可以确保热风出口和拱顶稳定高风温。

记者 ：与三段式顶燃式热风炉相比，四段式顶燃式热风炉在哪些方面进行了改进？优点有哪些？

刘世聚 ：三段式顶燃式热风炉燃烧室锥形拱顶和热风出口连体结构实施再分离，形成了新的预燃室段、燃烧室锥形拱顶段、燃烧室热风出口直墙段、蓄热室段四段分离结构， 耐火衬结构段段独立支撑在炉壳之上，段与段采用迷宫联接，体积最小的预燃室在最上面，将三段式优化为新的四段式顶燃式热风炉，图1进行了两种炉型局部结构应力分析。

四段式顶燃式热风炉彻底改进了三段式顶燃式热风炉的结构设计缺陷，消除了隐患， 可以实现20-30年甚至更长时间的高风温寿命。

河钢集团乐亭钢铁基地在选择热风炉时，针对目前三段式顶燃式热风炉热风出口高温、炉壳发红、严重垮塌率高达90%以上常态化问题，组织专家进行了四轮充分讨论，最终达成共识，指出除了提高耐火材料质量、监督砌筑和炉壳精准焊接外，采用将锥形拱顶和热风出口直段断开、分离的结构，这样可以有效防止热应力的形成，有效转移和分散其他多方向应力集中，实现热风炉结构稳定长寿。最终，河钢集团乐亭钢铁基地决定采用四段式顶燃式热风炉，这是对四段式顶燃式热风炉的肯定。

记 者 ：进入2017年之后，中国河北省境内有9座3000m³高炉工程项目配置了豫兴顶燃式热风炉，面对如此强劲的发展势头，公司未来的目标和愿景是什么？

刘世聚 ：本着“以科技谋发展，以质量求生存，以信誉求发展”的指导理念，豫兴公司不仅面向国内钢铁市场，提前布局，而且成立了国际业务部，通过与国际知名制造企业合作，推动豫兴热风炉走向国际市场。2014年3月5日，豫兴公司与达涅利公司签署了热风炉合作协议，授权达涅利公司在国际市场上推广使用豫兴热风炉技术的权利。2016年8月2日，豫兴公司与西门子奥钢联公司（普锐特冶金技术公司）签署了热风炉合作协议，授权该公司在国际市场推广使用豫兴热风炉技术的权利。

今后，豫兴公司仍将不断加大研发投入，依靠科技创新， 以专利技术带动企业生产与发展，采用纵向一体化战略，不断完善豫兴热风炉技术平台， 努力将具有自主知识产权的豫兴热风炉发展成为世界主流热风炉技术。