豫兴何以因“预”而“兴”--中国冶金报访刘世聚

但凡蒸蒸日上、欣欣向荣的企业，总有其发展秘诀。郑州豫兴热风炉科技有限公司（下文简称豫兴公司）发展的秘诀就是“预先”。“预”者，事前、超前；“先”者，时间、次序在前的、先进的、走在前头的，值得推广和学习的。不久前，中国冶金报社党委书记、社长陈玉千以及中国冶金报社副社长熊余平一行，借双方签署战略合作协议的时机参观访问了豫兴公司，对其发展的秘诀“预先”有了深切感受。

1984年毕业于有“钢铁摇篮”称誉的北京钢铁学院（现为北京科技大学）的陈玉千，从毕业至今37年一直在冶金行业工作，堪称行业专家。他带领《中国冶金报》采访组与豫兴公司董事长刘世聚、总经理刘力铭边参观边就发展理念与科技创新等话题，进行了深入沟通探讨。

敢为天下先：抗热震砖称雄全球大型高炉

 

《中国冶金报》采访组：我国“十四五”期间，钢铁工业的重点任务之一就是要提升绿色低碳发展的科技创新能力。大力推广应用高效先进适用的节能环保工艺技术装备，更大范围地推进超低排放改造，进一步提升节能环保水平；积极推动低碳冶金技术的研发与应用，在“碳达峰”“碳中和”目标的约束下，引领世界钢铁工业科技发展潮流、保持钢铁工业持续发展能力。豫兴人是秉承怎样的理念来引领行业技术进步和产品研发的？

刘世聚：豫兴公司自成立以来正是按照这种理念运作，终使企业由小变大、由弱变强的。豫兴人一共荣获180多项与耐材和热风炉相关的国家发明专利和实用新型专利。到目前为止，全世界共有618座新型豫兴热风炉在运行。更引以为豪的是豫兴公司目前拥有在全国乃至全世界独领风骚的4项先进技术成果。这也是豫兴公司实现跨越式发展的关键成果。

具体而言，豫兴公司树立以质量为生存之本，敢为天下先的思想理念，在耐材产品研发中，做到人无我有、人有我优，研发的抗热震砖这一惠及全球的专利技术产品至今未被行业所超越。

当年，俄罗斯卡鲁金公司委托豫兴公司负责研制代号为HRK的卡鲁金顶燃式热风炉抗热震制品。豫兴人百折不挠，经历数以千次的调整工艺和配比，反复实验研究和验证，终于研制出符合俄方要求的HRK抗热震制品。该制品不仅在性能质量上满足俄方要求，还取得了在1100℃热风温条件下抗100次破坏试验不损坏的惊人效果。为此，卡鲁金公司总裁卡鲁金先生亲自到豫兴公司查看和了解了HRK的工艺制作、检验测试情况，并现场取样送俄罗斯乌拉尔工业大学，按照俄罗斯国家标准，进行在1300℃热风温条件下的抗破坏试验，同样取得了抗170次破坏试验不损伤的效果。此后，卡鲁金先生毫不犹豫地将豫兴公司研发的HRK制品使用在包括首钢京唐钢铁公司5500m3、日本JFE5000m3、俄罗斯北方5578m3、中国宝武湛江钢铁基地5050m3等全世界所有的4000m3~5000m3高炉配套的卡鲁金顶燃式热风炉工程核心部位。这种HRK抗震制品及其工艺技术，至今还没有被国际上任何一家耐材公司所超越。目前，国内外所有的大型高炉配套的卡鲁金顶燃式热风炉无一例外都采用了豫兴人的这一专利技术和产品，在世界耐火材料领域诠释了什么是“中国创造”。

高瞻远瞩：1314℃高风温纪录至今未被超越

 

《中国冶金报》采访组：如果热风炉风温提高100℃，会使风口理论燃烧温度提高60℃，有效补偿因喷煤引起的风口理论燃烧温度降低。风温提高100℃，可以降低焦比20kg/t～40kg/t，允许多喷煤粉约35kg/t。多喷煤粉具有明显的节能效果，还可以降低炼铁生产成本。多喷煤粉，少用焦炭，可以缓解我国主焦煤的短缺，少建焦炉，还可减少炼焦过程中对环境的污染。您是怎样看待风温问题的？

刘世聚：热风炉实现1300℃以上高风温，是我国炼铁科技工作者多年的梦想。因为高风温给高炉提供五分之一的冶炼用能量。它是依靠燃烧约40%高炉煤气所获得的，煤气在企业内得到充分利用，有力地促进了钢铁企业能源利用效率的提高。

早在2008年国家建设部公布的《高炉炼铁工艺设计规范》要求，新建或改造的热风炉要能够提供1200℃以上的高风温，其寿命要在20年～25年。目前，我国热风炉寿命大多数短于10年，一些生产铸造铁的高炉的热风炉寿命甚至短于5年。这些热风炉大多难以提供高风温，风温水平大多数保持在1050℃～1200℃之间，对企业节能减排和降低生产成本十分不利。

《中国冶金报》采访组：豫兴的热风炉风温最高达到了多少？核心技术是什么？

刘世聚：凡事预则立，不预则废！早在9年前，豫兴人就创新研发出了荣获国家专利的热风炉高风温技术成果，并敢于做第一个“吃螃蟹”者，将其成功应用于山西建邦钢铁集团通才工贸公司新建1860m3高炉配套的4座豫兴悬链线顶燃式热风炉上，2012年10月份、11月份实现了两个月平均风温为1314.7℃，创造了中国热风炉高风温历史奇迹，达世界先进水平。这一高风温技术至今未被国内高炉配套的热风炉超越。

这几座热风炉的最核心技术是：燃烧器置于拱顶拱角的下部，利用热风炉蓄热室大墙的外围和拱角下部的非高温工作的低温区域环形均布的煤气、空气喷嘴交错上喷实现混合燃烧。其优点是：拱顶空间大，气流避开对拱顶内衬的冲刷，混合燃烧形成的火焰长，气体混合充分，燃烧的高温区结构对称，温度区间分明，燃烧室中心是高强度高温燃烧区，并使烟气流场分布均匀，提高了格子砖的热利用率，缩小送风和拱顶温度差、实现了氮氧化物超低排放和风温的有效提高。

独辟蹊径：悬链线顶燃式、四段式热风炉风靡全国

 

《中国冶金报》采访组：我们在考察豫兴热风炉热态冷态实验测试室时了解到，这个实验测试室的成果为豫兴四段式、悬链线顶燃式热风炉设计提供了科学的依据，对这两种创新炉型热风炉的发展功不可没。那么，四段式、悬链线顶燃式豫兴热风炉有何特点？

刘世聚：豫兴四段式和悬链线顶燃式热风炉全部采用的是热风出口直段与拱顶断开技术。热风出口直段和燃烧室拱顶断开，非常巧妙地将耐材膨胀热应力和综合集中的应力分散和转移至炉壳之上，使拱顶和热风出口直段结构双稳定，可以长期稳定使用高风温而不存在任何隐患，也不会产生炉壳因综合应力作用而开裂以及耐火材料损坏垮塌现象。生产应用实践证明，该热风炉完全可以实现长期高风温运行。

目前，很多炼铁厂都将其非顶燃式热风炉改造成豫兴型悬链线顶燃式热风炉或者是豫兴四段式热风炉。这将是顶燃式热风炉发展的大趋势。

未雨绸缪：超前创出低氮、低碳绿色热风炉

 

《中国冶金报》采访组：《中国冶金报》曾报道过山西建龙热风炉低氮燃烧技术。文中提到，豫兴公司委托权威部门测试的十几座大型高炉配套的豫兴热风炉污染物排放量。测试结果表明，氮氧化物含量均没有超过每立方米45毫克。这是个很先进的指标。目前热风炉氮氧化物超低排放是绿色低碳发展的要求。请问为什么豫兴热风炉氮氧化物都能控制在每立方米20毫克~45毫克，采取什么技术，什么原理？

刘世聚：2019年生态环境部、国家发展和改革委员会、财政部、工业和信息化部、交通运输部五部委联合下发环大气〔2019〕35号文件，对炼铁热风炉制定了超低排放标准，并于2019年4月份施行。新标准要求除烧结机机头、球团焙烧烟气之外的污染源排放中的氮氧化物、二氧化硫、粉尘颗粒物要分别低于200毫克/立方米、50毫克/立方米、10毫克/立方米。为了达标，钢铁企业纷纷耗巨资安装了专业的脱硫脱硝除尘设备，这大大增加了企业生产运行成本。

当前，实现碳达峰、碳中和宏伟目标的口号响彻华夏大地，然而，早在十多年前，“双碳”意识就深深根植在豫兴人脑海里。“炼铁人遇到的环保难题，就是豫兴人研发的课题”，为用户排忧解难，豫兴人责无旁贷。我们在热风炉氮氧化物的排放技术研究上下功夫，研发并实践了低氮燃烧技术，有效解决了热风炉高氮排放这一污染问题，使有毒有害的NOx排放量小于50毫克/立方米，平均在32.83毫克/立方米～42.83毫克/立方米之间，比2019年生态环境部规定的超低排放标准200毫克/立方米减少了78.6%~83.5%。这一成果为热风炉面临的达到超低排放而需要高额的设备投入和高额的运行成本问题，提供了科学的解决方案，受到了炼铁人的欢迎。

刘世聚：豫兴公司的超低排放热风炉低氮燃烧综合技术，可在不投入脱硝治理设备和不增加成本、不降低风温的条件下，仅从优化热风炉燃烧技术本身和设备结构性能方面，就能彻底实现有毒有害气体的超低排放，可显著降低炼铁企业投资成本和运行成本，有效保证环保达标和企业效益。这对炼铁企业来说，是一场减轻环保压力降本增效的“及时雨”。豫兴公司低氮绿色热风炉的综合技术特点是：主要采用低氮燃烧器技术和孔孔互通高效格子砖技术，格子砖的孔孔互通可以使烟气流场和冷风流场实施自行调节，提高格子砖的利用率，送风初期和送风末期的温差缩小到50℃左右，采用这样的综合技术来实现氮氧化物超低排放。

河北某钢铁公司今年建成投产的2000m³高炉配套的豫兴低氮悬链线顶燃式热风炉，（送风温度控制在1250摄氏度，经测试其氮氧化物排放小于30毫克/立方米）。

豫兴公司创新研发的热风炉燃烧器采用的是环形均布的煤气和空气喷嘴交错排列上喷混合燃烧的多孔低氮燃烧技术，和悬链线拱顶最佳组合，煤气和空气快速上喷过程中对没有混合部分的煤气和空气进行辐射高温预热，气流上喷到拱顶部位折返形成涡流和上喷的煤气形成了顶部激烈旋流，涡流和旋流使煤气和空气快速激烈混合，完全燃烧，在过剩空气系数为1.02~1.05之间燃尽。简而言之，就是带进热风炉内的有氧空气量少，比其他顶燃式热风炉的过剩空气系数1.1~1.2要少得多，折返的高温烟气体积急剧膨胀，可使烟气流分布均匀，加之孔孔互通格子砖的自行调节，这一系列综合作用使得热风炉拱顶温度和送风温差小于50℃，而传统顶燃式热风炉的拱顶温度和送风温差则在120℃~150℃，如实现1250℃风温，其拱顶温度就要高达到1400℃，氮氧化物的生成量在100毫克/立方米~300毫克/立方米之间，当拱顶温度达到1420℃以上时，氮氧化物生成量直线上升。可以说，豫兴顶燃式热风炉氮氧化物能实现超低排放的原因是高效率低氮燃烧技术和格子砖的有效结合，也是流场自行调节、涡流、旋流、预热综合技术的结果。

《中国冶金报》采访组：科学研究是无止境的，在实现“双碳”目标的新征程中，豫兴人还有哪些新的思路和打算？

刘世聚：我们正紧锣密鼓研发如何降低热风炉二氧化碳排放这一课题。这是豫兴公司热风炉低氮排放技术开发成功并广泛推广应用之后的又一重大环保研发课题。早在2011年，以公司总工程师符政学为首的研发团队就开展了这一课题研发并取得理论成果，并在当年召开的全国低碳炼铁研讨会宣读，在会议文集中刊登。2020年末，豫兴人已经与建邦钢铁集团山西通才工贸公司召开论证研讨会，讨论该技术在其热风炉上实施的可行性。但由于疫情和自然灾害，使该技术实施推迟。目前，豫兴人又有了新的热风炉减碳技术成果充实在该研究之中，按照该研究成果的理论结果推算，完全可以实现热风炉系统二氧化碳零排放，同时也可实现二氧化硫在高温风口区域超微量分解排放，以及氮氧化物零排放，可使产能提高30%~50%。但这一理论推算需要在生产实践中调试验证才能实现。一旦实现，将会为炼铁工序创造出更大的环保和经济效益。豫兴人力争在短期内将这一成果从中试阶段转向工业化应用。就在最近，豫兴人将这一研发成果申报了国家发明专利。

《中国冶金报》采访组：豫兴因“预”而“先”，因“先”而“兴”，值得点赞。热风炉氮氧化物生成少，烟气量同样少，二氧化碳排放同样低，符合“碳中和”“碳达峰”目标的绿色环保要求，相信具有广阔的应用前景。