豫兴新型四段式热风炉走进国企

中国冶金报  夏杰生

在2017年12月21日～22日广西北海市召开的第三届全国炼铁设备与设计研讨会上，以创新研发长寿命、高风温、节能降耗热风炉而遐迩闻名的河南省豫兴热风炉工程技术有限公司（下文简称豫兴公司）介绍并展示的一种新型四段式热风炉技术，引起了与会代表的极大关注。因为这种热风炉是豫兴公司独辟蹊径，创新研发而成。用其对传统三段式热风炉进行改造或新建，可避免三段式热风炉燃烧室存在的易垮塌，易降低风温的缺陷；可大大提高热风炉使用寿命，获得了用户的好评。2017年第四季度这种四段式热风炉还首次被国内大型钢铁企业的超大型高炉热风炉配套及改造使用。

从美中不足的三段式热风炉受力分析中探索改造思路

据豫兴公司董事长刘世聚介绍：自2003年我国引进三段式顶燃式热风炉至今十几年来，其使用量已占市场份额的50%左右。这种热风炉以其性价比合理、炉体低、投资低、见效快、风温高而受广大用户青睐，市场占有率逐年提高，为我国钢铁工业的发展做出了贡献。

但是，该热风炉并非十全十美。其第一段预燃室，（煤气、空气预混室），第二段燃烧室（锥形拱顶和热风出口大墙），第三段蓄热室（装格子砖和冷风室）的分段结构存在着结构设计缺陷，燃烧室频繁出现垮塌、热风口易产生高温、最终导致热风炉风温降低，炼铁成本增大的致命缺陷，以及由此对炼铁生产造成的危害经常发生，使用户深感美中不足。

据豫兴公司专家分析，这种三段式顶燃式热风炉燃烧室结构，是锥形拱顶直接坐落在热风出口直段之上，导致来自拱顶自身重力、膨胀力、叠加膨胀力、扩张力、下滑力、剪切力、送风冲击力和送风结束后的钢壳反弹力等集中复杂的应力作用，从而导致了热风炉出口和拱顶垮塌的事故频发。更使热风炉在高风温时不能正常使用，造成了巨大的资源和能源浪费。

为用户排忧解难是豫兴人持之以恒的追求，从2003年开始，豫兴公司对全国数百座450-2500m³高炉配套的三段式顶燃式热风炉热风出口结构和锥形拱顶结构，进行了现场诊断和不同程度的大修及改造，均取得良好的使用效果。

其具体改造思路是，首先解决燃烧室拱顶结构的受力应力集中问题，旨在使燃烧室拱顶和热风出口结构稳定，不出现高温侵蚀、也不会垮塌，从而可完全适应长期高风温的安全运行环境及要求。

豫兴公司专家坚信：只有结构稳定，才能确保热风炉实现节能和高风温。

通过大量的数据和热风炉解剖状态实例分析，参照国际上先进的已拥有30-40年的稳定长寿、高风温实用结构细节案例的对比，豫兴公司专家提出将热风炉在高温环境条件下的薄弱环节——热风出口结构和锥形拱顶结构实施分离，旨在使热风出口之上的应力转移、分散、吸收，从而保持其结构稳定。按照这种改造方案，热风炉的锥形拱顶就直接独立坐落在钢壳的托板之上，即使有一定的应力，也会被钢壳吸收和分解。热风炉一旦形成这样的分离结构，就可使集中的应力分散转移，从而被炉壳吸收，可保证拱顶结构和热风出口结构的双稳定。即使热风出口砌筑不好、不规范、耐火材料材质不好，热风出口也会因没有应力作用而不会损坏，更不会产生损坏拱顶导致拱顶垮塌发生的条件，从而避免出现拱顶垮塌和损坏的隐患及事故。

新型豫兴四段式热风炉在创新中成熟

从2017年9月9日开始，豫兴公司对河北中铁装备制造有限公司（下文简称中铁装备）3X2500m³高炉配套的9座三段式顶燃式热风炉实行不停产逐步优化改造。其改造的方法就是将原来应力集中复杂的热风出口和锥形拱顶合为一体的易垮塌、易损坏燃烧室结构进行分离，使改造后的顶燃式热风炉形成了预燃室段、锥形拱顶段、热风出口直墙段、蓄热室段的四段分段结构，简称为四段式顶燃式热风炉结构。其具体改造措施是：利用原预燃室锥形拱顶原装钢壳结构，在燃烧室结构和锥形拱顶结构之间增加一段加粗后的炉壳，使拱顶内衬砖直接坐落在加粗并焊接在炉壳托板之上的部位，与下方热风出口大墙实现分离。目前，中铁装备2号高炉上的1号热风炉已经改造完工并于2017年11月12号投入使用，其风温已经达到1200℃以上，风温比改造前提高了20-40℃。2号高炉3号热风炉和3号高炉3号热风炉同样同时进行类似的改造，目前，已改造结束进入烘炉状态。3座高炉配套的其余5座三段式热风炉已经进入倒计时的2018年3月3号至6月底之前全部完成四段式结构改造。

中铁装备3座高炉的9座三段式顶燃式热风炉，因热风出口和拱顶结构常年高温氮气冷确，风温维持在1200℃以下，多年来的经济损失不可估量。中铁装备公司领导层痛下决心，再花费8000万元将其全部改造成豫兴公司四段式结构，的确是无奈的正确选择。

新型四段式热风炉首迎国企用户

近日，河北、江苏等区域的三个大型国有钢企（三家国企共有6座2500m³级别高炉配套的20座三段式顶燃式热风炉），多次邀请豫兴公司专家参加顶燃式热风炉技术改造座谈交流会，并充分听取了豫兴公司的四段式顶燃式热风炉的锥形拱顶独立支撑与热风出口大墙分离结构的优化原理介绍。在交流中，三家国企炼铁专家领略了宝钢具有独立锥形拱顶支撑在炉壳托板之上这种稳定结构的4350m³高炉热风炉使用寿命超过34年这一历史现实，还感受到了国外同类型热风炉使用寿命更长的真实纪录。据此，与会各方达成以下共识：一是对各企业自有三段式顶燃式热风炉结构出现的燃烧室坍塌、热风出口坍塌的原因表示完全认同；二是三段式顶燃式热风炉的锥形拱顶和热风出口合为一体的应力复杂结构，在我国还没有超过10年的稳定使用寿命记录；三是豫兴公司倡导的将锥形拱顶独立支撑于炉壳托板之上与热风出口大墙分离的结构，是消除复杂应力隐患的稳定结构。因此，将三段式结构优化改造为四段式结构十分必要。这些国企均决定请豫兴公司技术专家尽快提出针对本企业高炉热风炉进行四段式技术优化的改造方案。而且在座谈会召开前后，这些国企均安排专家频繁赶赴河北中铁装备公司对其三段式优化改造为四段式热风炉改造前后的状况进行调研、考察，并建立热线沟通，了解其热风炉拆除改造前后的内部情况。之后他们进一步达成共识：豫兴公司的四段式热风炉结构，是在三段式结构基础上的优化型结构，虽然增加了一段结构，但采用国际通用的成熟的迷宫联接，其结构会更加稳定。该创新成果彻底解决了三段式热风出口复杂应力集中的结构缺陷，是今后我国乃至世界高风温顶燃式热风炉因结构瓶颈限制的重大技术突破，将真正实现节能、高效、长寿、低成本的高风温运行。

刘世聚认为，能为我国大型国有钢铁企业提供四段式超大型顶燃式热风炉技术支持或技术改造，是豫兴公司莫大荣幸！豫兴人将全力以赴为钢铁企业合作提供技术支持和优质服务。

该些项目一旦投产并成功运行，就为豫兴公司创新研发的四段式热风炉树立起一面面国有钢企采用的旗帜，从而为该炉型被广泛采用奠定坚实的基础。

刘世聚还认为，豫兴四段式顶燃式热风炉技术，同样适用内燃式热风炉切割炉壳进行的顶燃式热风炉技术改造。