以质量求生存  以品质求发展

——敬业集团42座豫兴顶燃式热风炉背后的秘密

    敬业集团是以钢铁为主业的跨国企业集团，在全国500强企业名列166位，在全国制造业企业500强名列68位，在2021年9月25日中国500强企业高峰论坛上，河北敬业排名位居中国钢铁行业前五。2021年首次荣登《财富》世界500强榜单，排名375位。荣获“钢铁行业改革开放40周年功勋企业”、“钢铁企业A级竞争力特强企业”、“中国钢筋品牌计划‘科技创新榜样’”、“2018年度十大卓越建筑用钢生产企业品牌”、“2018年‘百年匠星’中国建筑业特色品牌”、“河北省工业旅游示范企业”等诸多殊荣。是全球大型螺纹钢生产基地，国家高强钢筋生产示范企业、国家高新技术企业；其产品出口到80多个国家和地区，应用于北京大兴国际机场、世博会中国馆、三峡工程、南水北调、石家庄地铁、呼市地铁、雄安市民服务中心、文莱跨海大桥等国内外重点项目工程；被中国中铁、中国电建、中国路桥、中国建筑等多家央企列为优秀供应商。

    敬业集团自2011年至今新建高炉或高炉升级改造配套（含敬业收购乌兰浩特钢铁公司2014年新建一座616m³高炉配套3座豫兴悬链线顶燃式热风炉）使用了高风温、节能、稳定长寿、低氮环保豫兴热风炉技术42 座。近10年来，敬业集团通过产能升级改造和产能置换，淘汰了一批套筒球式、套筒格子砖式、仿卡鲁金式等具有高耗能、高氮氧化物排放、易损坏缺点的热风炉，实现了清一色豫兴热风炉技术群。敬业集团2011年新建1260m³高炉3座配套豫兴悬链线顶燃式热风炉9座，热风炉结构由豫兴公司设计、采用了豫兴悬链线顶燃式热风炉技术，核心产品由豫兴公司制造，建成至今（第二炼铁事业部11、12、13号高炉）送风温度稳定控制在1220℃左右，烟道温度稳定在360℃左右，氮氧化物排放小于50mg。2012年新建1260m³高炉3座配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉9座，热风炉结构由豫兴公司设计、采用了豫兴悬链线顶燃式热风炉技术，核心产品由豫兴公司制造供应，建成至今（第三炼铁事业部1、2、3号高炉）送风温度稳定控制在1226℃左右，烟道温度稳定在360℃左右，氮氧化物排放小于50mg。2020年产能置换新建A号1500m³高炉配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉4座，由豫兴公司EPC总承包，建成至今送风温度稳定控制在1220-1240℃（混风30%条件下）之间，拱顶温度稳定控制在1300-1320℃，烟道温度稳定在350-370℃之间，氮氧化物排放在50mg以下。2021年产能置换新建B号1500m³高炉配套豫兴悬链线顶燃式热风炉4座,由豫兴公司PC承包，现热风炉工程正处于烘炉阶段。

    热风炉作为钢铁企业至关重要的基础设施，身为世界500强企业的敬业集团为何会如此青睐于豫兴悬链线顶燃式热风炉；豫兴悬链线顶燃式热风炉又是以什么样的优异性能在众多类型热风炉的竞争中脱颖而出，赢得了敬业集团上下的一致认可？

    长期以来，敬业集团采用的套筒球炉、套筒格子砖和仿卡鲁金热风炉经常出现蓄热体板结、变形、压力变大，蓄热换热能力变差，热风出口、燃烧口和燃烧器损坏、垮塌等问题，致使热风炉风温基本无法达到1200℃的设计和使用要求；从而造成高炉燃料比居高不下，极大的制约了敬业集团的产量和效益。尤其是2008年建成投产的9、10号高炉仿卡鲁金顶燃式热风炉，为了实现风温大于1200℃的设计使用要求，全部采用了每座高炉配置3座仿卡式热风炉和一套空气加热燃烧炉的超高配置，即便是在这样的情况下热风炉风温也仅是刚刚超过1200℃。2010年第四季度，运行仅仅2年的这六座仿卡式顶燃式热风炉锥形拱顶便出现大面积垮塌，不得不停炉大修，直至2011年2月才大修完成，因热风炉损坏停产给敬业集团造成的减产和焦比攀升等损失高达数亿元。

    在敬业集团饱受公司各种热风炉问题困扰之际，其公司高层知晓了2007年投产的山西通才2座450m³高炉配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉高风温稳定运行的情况。敬业集团迅速组织专家进行了现场考察，多次邀请豫兴公司专家进行技术交流，组织行业专家学者科学论证，查阅到了环形上喷燃烧器在国际上高风温实践长达30年的资料和报道，充分肯定了豫兴悬链线顶燃式热风炉结构稳定，寿命长，风温高的技术特点，定下了使用豫兴悬链线顶燃式热风炉炉型的这一正确决策。按照敬业集团的要求，2011年建成投产的3座高炉配套的9座豫兴悬链线顶燃式热风炉依然配置了空气燃烧炉，但在实际运行中因为豫兴热风炉特殊的煤空气混合燃烧方式、较大的悬链线燃烧空间、较好的烟气流场分布和较高格子砖利用率，即便在不启动空气燃烧炉加热空气的条件下，依然达到了风温1250℃以上的设计和使用要求，因此配套的空气加热炉自开炉至今从未使用过。这9座豫兴热风炉的优异性能彻底打消了敬业集团的疑虑，此后集团所有新建高炉配套的热风炉工程上全面淘汰了空气加热炉配置，仅此一项便为敬业集团节省了上亿元的投资。

    那么豫兴热风炉都具有哪些优异的性能呢？

一、高风温与低氮环保完美结合。

    更高的风温一直都是热风炉最核心的性能指标，但是随着我国环保政策的收紧，热风炉的节能环保性能正在成为一个能与高风温比肩的核心性能指标。对热风炉而言，所有的污染物排放中氮氧化物排放是制约热风炉环保性能最关键的指标，这是由氮氧化物的产生机理决定的。根据多年的生产实践观测，热风炉拱顶温度≥1350℃是氮氧化物大量产生的先决条件；而提高热风炉风温却又要求更高的拱顶温度，因此从理论上讲热风炉的高风温与低氮环保这两项性能指标刚好是一对矛盾体。解决这个矛盾体的关键在于热风炉能在拱顶温度＜1350℃的条件下达到高送风风温的目的，具体在技术上来就是要使热风炉的烟气流场分布更加均匀。因为热风炉烟气流场分布均匀能够降低热风炉拱顶和送风温度的差值，从而使得热风炉能够以较低的拱顶温度实现较高送风温度的目的。敬业集团使用的豫兴悬链线顶燃热风炉通过三项核心科技创新，使整个热风炉的烟气流场分布更加均匀，从而很好的平衡了高风温与低氮氧化物排放之间的矛盾，实现了热风炉高风温与低氮燃烧的完美平衡。

    （一）采用环形煤气、空气对冲上喷燃烧器结构。豫兴悬链线顶燃式热风炉采用煤气与空气交错布置的对冲上喷环形燃烧器结构，形成了独特的涡旋搅扰混合燃烧技术，保证了空气和煤气的充分混合，使得在过剩空气系数α=1.02-1.05之间时即可实现煤气的充分燃烧，同时因为α值小使得燃烧器喷嘴处火焰形态为短焰燃烧。配合独特的悬链线拱顶结构，混合燃烧的火焰运行距离长，使环形燃烧器具有了长短焰混合燃烧的低氮氧化物燃烧器特征。

    （二）采用独特的悬链线拱顶结构。豫兴悬链线顶燃式热风炉采用的悬链线拱顶与安装在拱顶基脚部位的环形燃烧器一起能够起到改善燃烧室烟气流场分布的作用。由于这种独特的拱顶结构和燃烧器位置，使得燃烧器上喷的气流折返在热风炉燃烧室内形成独特的旋流加涡流烟气流场分布状态。高炉煤气和空气的混合气流达到拱顶后折返向下，在燃烧室中心位置形成涡流；根据温度分布的有关知识我们知道局部涡流会形成局部高温区，因此这种烟气流场分布状态使得热风炉燃烧室中心成为真正的高温区域，燃烧室高温区结构对称、温度区间分明、热效率高、拱顶和燃烧室底部温差小。同时由于这种烟气流场分布状态使相当量的下降气流加入到上升气流中，淡化了高温区燃气和空气浓度，降低了上升气流温度，拉长了火焰，使高向加热更加均匀，其原理与低氮燃烧器的废气循环技术相似，降低了氮氧化物排放。

    （三）采用孔孔相通的格子砖技术。豫兴悬链线顶燃式热风炉蓄热室格子砖优化了传统热风炉蓄热室格子砖形状。以19孔格子砖为例，19孔格子砖一个平面底部设计有15毫米深的联接18格孔的联通凹槽，当气流通过格砖第19个孔径（即中心孔径）时，由于流动的阻力和压力，其气流会在联通的18个凹槽区域内均匀调节，放大到整个蓄热室，就形成了互联互通的均压均流平面状态。这种均压均流平面状态解决了普通格子砖格孔错台、错位影响气流通过的弊端，提高了格子砖蓄热换热性能和传热效率，优化了热风炉冷气流场分布状态，缩小了拱顶温度与鼓风温度的差值，在实现热风炉超低氮氧化物排放中起到了重要作用。

正是上述三个核心科技的创新，敬业集团现正在运行的34座豫兴悬链线顶燃式热风炉才能够实现运行风温大于1200℃，氮氧化物排放小于50mg的惊人目的。

二、安全性与经济性相得益彰。

    热风炉作为钢铁行业重要的基础设施，在整个运行期间都一直处于高温高压状态，其结构稳定性和安全性对钢铁企业的安全运行至关重要；如果热风炉的安全性出现问题甚至会影响企业的生存，因此热风炉的结构稳定、运行安全是该型热风炉能够被用户接受的前提。相比于安全性，经济性则是所有企业都追求的核心目的，企业就是创造利润的，企业的一切经济行为都要围绕着这一核心目的展开。敬业集团现正运行着的34座豫兴悬链线顶燃式热风炉就很好的具备了安全性与经济性特征。

        （一）安全性。自2011年首座豫兴悬链线顶燃式热风炉建成投产至今，敬业集团已经新建和改造了42座豫兴悬链线顶燃式热风炉，特别是2011年相继投产的3座高炉9座热风炉至今已安全运行10年有余，从设计使用寿命来看，这3组热风炉还将安全稳定运行15年以上。豫兴公司从设计和选材两个方面保证在全寿命期间豫兴悬链线顶燃式热风炉的安全性。

    一是设计上。1.采用悬链线拱顶结构。敬业集团使用的42座豫兴悬链线顶然式热风炉使用的是悬链线结构拱顶，悬链线是力学上一种自稳定结构。世界上首座采用悬链线拱顶的霍戈文内燃式热风炉是上世纪70年代投产的荷兰克鲁斯钢厂7号2500m³高炉，它实现了在长期1250-1280℃高风温条件下可靠服役47年没有大修和损坏的记录。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉完美继承了霍戈文内燃式热风炉安全稳定的结构精髓，并结合顶然式热风炉特点对其进行了进一步优化。2.全方位采用消除应力的连接方式。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉为了确保拱顶结构的稳定性，将拱顶和具有热应力的大墙结构断开，釆用应力分隔的滑动式迷宫连接方式，并在拱顶内衬、拱顶轻质砖、拱顶炉壳之间采用了全方位的应力消除设计理念，促使耐火材料在加热后不存在应力作用。3.采用压力容器的方式计算炉壳尺寸和厚度。热风炉炉壳的稳定性是影响热风炉稳定长寿的重要因素之一，炉壳焊缝网状开裂是制约我国大型热风炉寿命的常见因素，为了保证炉壳的稳定长寿必须准确计算炉壳尺寸并选择合适的材料。热风炉在1200-1300℃高风温工况下运行时，炉壳直径最大、温度最高的部位需要承受的压力达到每平方米3000-6000吨之多；因此热风炉的炉壳不仅是一个承受重力的结构，更是一个大压力容器，必须依据压力容器的标准来计算炉壳的几何尺寸及厚度。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉充分尊重热风炉高压高温工作工况的实际情况，采用压力容器的标准计算炉壳尺寸和厚度，有效避免了炉壳网状开裂现象的发生。

    二是选材上。1.悬链线拱顶结构的选材。热风炉悬链线拱顶燃烧室虽为力学上一种自稳定结构，但在高温环境下要保持稳定也需要选择合适的耐材。由于燃烧室中烟气温度的变化与不均都会导致炉墙结构的局部改变或产生较大内应力，这常常是燃烧室损坏的根本原因，因而对材料的高温热稳定性要求较高，它既要耐高温、又要有抗热震性、还要有大的耐压强度。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉拱顶主要釆用性能优异的硅砖，有效保证了热风炉拱顶结构的安全稳定。2.燃烧器的选材。燃烧器内温度变化特征一般是在燃烧阶段温度较低而送风阶段温度较高，唯有喷嘴部位是暴露在温度较高的燃烧室区域。应该指出燃烧器本身是多孔与多通道的结构，存在结构应力分布不均，会在温度变化导致的热变形作用下出现结构性损坏。因此,从燃烧器整体结构的稳定性上考虑，一定要使用热稳定性高的耐火材料制品。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉燃烧器使用的是豫兴公司独家开发的高热稳定性抗热震砖（HRK）,使燃烧器在长期的温差变化下保持结构稳定而不会出现局部或整体的变形与损坏;燃烧器的内墙部位（也是蓄热室内墙）是釆用红柱石高铝砖（上部）和硅砖（下部）砌筑，因其耐高温、抗热震、高承压的特性使该部位能在高温下保持结构稳定。3.炉壳关键部位选材。炉壳钢材是影响炉壳焊接缝质量的关键因素之一，相比于其它热风炉使用的Q345C钢材，敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉在热风炉几何尺寸过渡段和热风炉高温段使用S、P含量更小的Q345R作为热风炉构成材料以加强热风炉炉壳结构强度和稳定性。这是因为对钢材而言，S、P都是一种有害元素，当钢中的S＞0.02%时，钢材极易产生热脆现象，同时S还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝产生气孔和疏松，降低焊缝强度；而当钢中含P量高时，会发生钢的冷脆从而影响钢材的焊接性能，同时P还会降低钢的抗裂性能，提高钢的偏析度，促进晶粒粗化。因此，为了热风炉炉壳的安全稳定，豫兴悬链线顶然式热风炉在热风炉炉壳关键部位使用了S、P含量更小的Q345R作为炉壳的构成材料。  

• 经济性。敬业集团使用的豫兴悬链线顶然式热风炉设计使用寿命为25年；设计风温大于1250度，设计氮氧化物排放小于50mg。豫兴悬链线顶然式热风炉的这些优异性能给敬业集团带来了良好的经济性。

        一是节约脱硝设备投资和运行带来的经济性。敬业集团现正在运行的34座豫兴悬链线顶燃式热风炉氮氧化物排放小于50毫克，远远小于现行环保法规要求的低于150mg氮氧化物排放标准。因此即便是在环保政策日趋收紧的未来预期下，豫兴悬链线顶燃式热风炉也不需要配备脱硝设备。以敬业集团1260m³高炉为例，如果需要采购脱硝设备，则配套脱硝设备的建设成本约为2000万元，每年投入化学药剂成本约为1000万元，即便假设每年脱硝运行成本不变（实际上大概率成本会逐年增加），以热风炉25年使用寿命为计算期，以成熟工业企业平均7%的利润率为复利计算，25年的年金现值系数约为11.65，则整个运行期间，化学试剂的成本大约为11650万元；那么豫兴悬链线顶燃式热风炉因具备低氮氧化物排放的特性而节约的成本约为13650万元。

    二是热风炉效率高而节约的煤气费用。敬业集团使用的豫兴顶燃式热风炉比旋流顶燃式热风炉效率高出3.5%-8.41%，其煤气节省10%左右，按照5%-10%节省率计算。以敬业集团1260m³高炉2012年12月月产钢铁86651.16吨为均值，其年年产钢量按100万吨计算，吨铁煤气消耗570m³（鞍钢吨铁煤耗），按照节约5%-10%核算，全年煤气消耗节省2850万m³-5700万m³。即便以0.1元/m³计算煤气价值，以5%的最低节约率计算，每年也能节约煤气消耗285万元，以热风炉设计使用寿命25年期，同样7%的复利现值11.65计算，在全寿命期间可节约煤气成本至少3320万元。

    三是减少建设投资费用。敬业集团使用的豫兴悬链线顶燃式热风炉与其它热风炉系统相比较，悬链线顶燃式热风炉总高度比旋流热风炉约低15%，系统框架及钢材使用量减少10%左右，按照平均5000元每吨加工的钢材总量约4000吨核算，可节约投资200万元。

    以上计算中尚没有估算因热风炉稳定的高风温带来的焦比节约而减低的焦煤成本，也没有估算因热风炉结构稳定而减少的损失；即便如此以敬业集团1260m³高炉为例，使用豫兴悬链线顶燃式热风炉即可在25年的使用期限内为企业节约至少17170万元的成本或费用，充分展现了豫兴悬链线顶燃式热风炉良好的经济性。

三、好产品与优服务相辅相成。

    好产品。敬业集团使用的豫兴悬链线顶燃式热风炉集高温长寿、高效节能、低氮环保等诸多优异性能于一身，是豫兴公司几十年如一日深耕热风炉市场的技术结晶，是当今热风炉市场最耀眼的“明星”产品之一。其荣获了河南省科技进步二等奖、河南省工业和信息化“科技成果一等奖”、“2018年度河南省装备制造业十大标志性高端装备”、郑州市“科技进步特等奖”等诸多殊荣。豫兴悬链线顶燃式热风炉自2006年投入市场以来，获得了市场的一致好评和青睐，到目前已有650余座豫兴悬链线顶燃式热风炉屹立在全国各地，更有6座要求入炉风量6000m³以上的高炉配置了此炉型的热风炉。2017年至2020年之间确定和建设的河北省18座2000m³-3580m³高炉配套的顶燃式热风炉共56座（不含2015年确定的京唐3号高炉热风炉），其中的47座采用了豫兴顶燃式热风炉技术（河北省内豫兴顶燃式热风炉已有近300座）。疫情最严重、经济影响最大的2020年元月1号至12月31号在建和投产的豫兴顶燃式热风炉120座。这些业绩充分证明了豫兴悬链线顶燃式热风炉已经获得了市场和用户的广泛认可。

    优服务。河南省豫兴热风炉工程技术有限公司是一家集热风炉技术研发、设计、建造、技术服务和材料制造为一体的EPC工程总承包公司。豫兴公司一直秉承“一切以用户为中心”的发展理念，坚持走“科技为本，服务立身”的朴素发展道路；二十年如一日，醉心高温热风炉技术研发，苦练内功，不断提升自身服务用户的能力和水平；豫兴公司坚持结合客户实际为每个用户提供个性化产品，满足每个用户独特需求；豫兴公司坚持为每个豫兴热风炉用户提供跟踪式服务、伴随化保障，旨为让每一个用户都能放心、舒心的使用豫兴公司的产品。

    正是因为豫兴悬链线顶燃式热风炉的优异性能，赢得了敬业集团上下的一致认可，使敬业集团毫不犹豫的选择豫兴热风炉作为其唯一选项。坚守做更好的热风炉产品这个初心不改，豫兴公司的全体人员仍将砥砺奋进、不断创新。目前，豫兴公司已经开发出了新的热风炉系统配套技术，并已于有关钢铁企业开展了合作实验。该技术致力于在2025年底以前实现二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物均小于50毫克以下接近零的排放目标，届时豫兴公司将为我国完成碳达峰、碳中和目标做出更大贡献。