卡鲁金顶燃式热风炉的装备特点与理论分析

卡鲁金顶燃式热风炉的装备特点与技术分析
何丽珠
（昆明工业职业技术学院，云南昆明650302）
摘要：对昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉的内型结构、耐火材料、技术特征及工艺特点进行了全面的介绍和理论分析。

关键词：高炉顶燃式热风炉高风温耐火材料
Characteristics of Kalugin Top Combustion Hot Blast
Stove and Technical Analysis
He Lizhu
（Kunming Vocational Industrial and Technology College of Industry, Yunnan Kunming, 650302）Abstract: Give detailed introduction and theoretical analysis about inner structure, refractory, technique characteristics and process to KISCO 1350m3 Kalugin top combustion hot blast stove. Key words:blast furnace top combustion hot blast stove high blast air temperature refractory
0 引言
高风温是高炉节能降耗强化冶炼的有效措施。

随着高炉炼铁技术的发展，对风温的要求不断提高，顶燃式热风炉的优势日益明显，特别是卡鲁金顶燃式热风炉，以其高温长寿、节约资金等诸多优点，在国内迅速得到推广应用。

昆明钢铁股份公司下属的红河钢铁的有效容积为1350m3的3#高炉，配置了3座卡鲁金顶燃式热风炉，在使用单一的低发热值高炉煤气的情况下，达到了1200℃以上的高风温，取得了较好的技术经济指标。

1 卡鲁金顶燃式热风炉的特点
昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉是从俄罗斯引进的一种新型高效节能型热风炉。

具有如下特点：1）燃烧用的煤气和助燃空气的环形集管安置在热风炉炉壳内，节省了热风炉组的占地面积；2）改进了环形燃烧器煤气和助燃空气的供给方式，取消调节装置，改为微机控制的涡流供给，煤气与助燃空气混合很好，燃烧完全；烟道废气中CO含量仅为20mg/m3，有利于环保；3）热风炉火墙和燃烧器砖型简化；4）新设计的37孔新型蜂窝格子砖可大幅度增加蓄热面积，提高热风温度和热风炉的热效率；5）蓄热室热交换系数高；6）整个热风炉的投资节约了20%+ 。

2 卡鲁金顶燃式热风炉的主要性能参数见表1
表1 卡鲁金顶燃式热风炉的主要性能参数
Tab.1 Main Parameter of Kalugin Top Combustion Hot Blast Stove
序号名称单位指标
1 结构形式顶燃式
2 热风炉座数座 3
3 炉体高度m 38.85
4 格子砖总m339126
受热面积
5 单位体积格子m2/m364.0
砖加热面积
6 蓄热室格子砖段数段 3
7 格子砖孔径mm 20.0
8 废气温度℃450（最高）
9 冷风温度℃150
10 冷风压力MPa 0.36
11 一座热风炉m240980
总蓄热面积
12 单位高炉有效m2/m3 91.07
容积蓄热面积
13一座热风炉t 1068
格子砖总重
14 设计拱顶温度℃1350
15 设计风温℃1250
3 卡鲁金顶燃式热风炉的内型结构
卡鲁金顶燃式热风炉是一种新型高效节能型热风炉。

具体结构包括：较为独特的炉壳外型，拱顶选用受力结构很好的悬链线拱顶，高效陶瓷燃烧器与部分炉墙组成预燃室，圆筒形炉墙围成蓄热室，炉体下部为冷风室，冷风室与蓄热室之间用耐高温材质炉箅子及支柱支撑蓄热室内中放置的蓄热体，并布置有冷风入口和双烟道烟气出口，拱顶设有热风管道出口。

其主要特征是在拱顶上设置小直径的预燃室，采用煤气与空气切向进入在其中旋流混合后使燃烧过程稳定，有效避免燃烧脉动现象，从而增加燃烧强度，提高蓄热体中烟气流速，改善传热效果。

3.1 炉型结构特点
（1）取消了侧面的燃烧室或外部的燃烧室，从根本上消除了内燃式热风炉的致命缺点；
（2）利用拱顶空间直接在拱顶下燃烧，减少了燃烧时的热损失；
（3）炉顶是稳定对称结构，炉型简单，结构强度好，受力均匀；
（4）燃烧器结构坚固、简单合理，煤气与空气分配环道均设置在炉体大墙外，在热风炉燃烧周期与送风周期均能保持在不高的温度状态且变化较小，运行状态良好；
（5）热风炉炉壳转折点采用曲面连接，设计炉壳厚度增加，钢板用量较国内设计值增加了280t，较好地解决了炉壳的薄弱环节；
（6）热风炉大墙、燃烧器、拱顶互相分离，使炉体大墙和拱顶可以上下自由涨落，以此保证炉顶大墙、拱顶和燃烧器的长寿；
（7）热风炉大墙与炉壳、不同品种材质砖型错台；格子砖与大墙砖、燃烧器和炉体大墙之间均设有一层耐火纤维，热风炉上部砖全部采用上下互相咬合的凹凸槽砖，保证了在内衬受热、膨胀时隔热良好，避免温差过大造成损坏并减少热损失。

（8）各部位温度区域分明，改善耐火材料工作条件。

3.2 耐火材料
热风炉是一个高温高压系统，其工作层耐火材料砌体要能承受长期高温高压的作用，热风炉墙体与拱顶热风口及送风管道三叉口还要承受由于气流收缩、扩张及转向所产生的冲击和震荡作用，因此，要求热风炉工作层使用的耐火材料应具有荷重软化温度高、常温耐压与抗折强度大、密度大及低蠕变性能的特点，以承受炉内高温高压和气流冲击震荡，提高高温区域砌砖结构的稳定性，从而延长热风炉的使用寿命。

热风炉砌体由蓄热室、拱顶、陶瓷燃烧器、炉箅子、支柱热风管道组成。

昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉根据炉内温度分布情况合理选择各部位耐火材料。

热风炉炉衬在高温区采用硅砖，中温区采用低蠕变高铝砖，低温区采用粘土砖；隔热材料为轻质粘土砖、轻质高铝砖、耐火纤维毡；蓄热室采用37孔新型蜂窝格子砖，分三段砌筑，上段为硅砖，中段为低蠕变高铝砖，下段为粘土砖。

格子砖为凹凸形状，使蓄热室内格子砖的位置相对稳定。

热风炉各孔口及热风管道三叉口均为组合砖。

炉箅子及支柱采用耐高温材质，具有良好的高温性能，能在450℃以下长期稳定工作，各种耐火材料理化性能指标见表2。

此外，为防止卡鲁金顶燃式热风炉高温区存在NO
x
、
SO
x 与炉壳冷凝水作用生成H
2
SO
3
和H
2
SO
4
而发生晶间应力腐蚀现象，在钢壳内表面喷
涂有50mmMS-1型耐酸喷涂料，既增加炉子气密度，又有良好的隔热作用。

表2 卡鲁金顶燃式热风炉主要耐火材料理化性能
Tab. 2 Physical and Chemical Performance of Main Refractory in Kalugin Top Combustion Hot Blast Stove 项目体积密度 / 荷重软化耐火度 / 显气孔率 / 常温抗压强热震次数 / 高温蠕变率/
g·cm-3温度/℃℃ % 度/MPa 1100℃-水℃， %
燃烧器用≥2.35 ≥1400 ≥1750 ≤22 ≥ 45 ≥100 1200 ，0.8
高铝砖
热风口用≥2.8 ≥1650 ≥1790 ≤19 ≥ 80 ≥ 8 1500 ，0.7
高铝砖
大墙用≥ 2.15 ≥ 1400 ≥ 1750 ≤ 20 ≥ 40 ≥ 10 1250 ，0.8
粘土砖
大墙用≥1.8 ≥1650 ≥ 1710 ≤22 ≥ 45 ≥ 10 1550 ，0.8
硅砖
管道用≥ 1.2 ≥ 1600 ≥1790 ≤26 ≥60 ≥ 6 1400 ，0.8
组合砖
3.3 高效格子砖与陶瓷燃烧器
3.3.1 高效格子砖
蓄热室内砌筑的格子砖是热风炉的重要蓄热、传热载体，格子砖热交换能力的强弱是热风炉向高炉稳定输送高风温热风的关键。

一般要求格子砖应具有较大的蓄热面积进行热交换；有一定的砖量来蓄热，以保证送风周期内没有过大的风温降；气流在格孔内流动保持紊流状态以提高热效率。

昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉使用37孔新型蜂窝格子砖，格子孔直径φ20.0mm，格子砖高度195mm，每块格砖设有3格凹凸槽。

较小的格孔直径，可以大幅度增加蓄热面积，提高热风温度及热风炉的热效率；格子砖高度增加，增加了蓄热体的体积，且提高流体通道的利用率，可以提高热风炉蓄热与传热效率，使每座热风炉总蓄热面积达到40980m2，高炉单位有效容积具有的加热面积达到91.07m2，高炉单位有效容积鼓风的加热面积达到45.53m2/min。

3.3.2陶瓷燃烧器
燃烧器是热风炉的重要设备，是用来将煤气与助燃空气混合并送进燃烧室进行燃烧的设备。

其性能直接影响着烟气最高温度和煤气利用状况。

它应具有足够的燃烧能力和调节范围。

目前，国内外高风温热风炉均采用陶瓷燃烧器。

卡鲁金顶燃式热风炉不设燃烧室，涡流喷射式陶瓷燃烧器设置在热风炉预燃室内。

燃烧器煤气、空气两种喷口沿环形平行均匀布置。

空气、煤气顺时针切向25°进入预燃室内。

煤气进入形成环流后部分沿炉墙上升到炉顶，然后形成向下的旋流，与空气喷口喷出的空气混合形成更大的旋流，达到充分混匀效果。

形成的涡流经喉口收缩部位进入气流分布良好的悬链线拱顶后由于炉体横截面增大，
形成的旋流大部分沿炉墙下行，在炉膛中央形成低压区。

下行煤气、空气受低压区吸引，在拱顶进行完全燃烧。

由于形成旋流扩散燃烧，其火焰长短易于控制，不至于由于火焰太短造成拱顶局部热应力增大或火焰过长在拱顶格砖之内进行局部燃烧而影响热风炉的使用寿命。

卡鲁金顶燃式热风炉所配置的风机能力足够，满足在空气流量达70000m3/h、煤气流量5000m3/h时，取得较好的燃烧效果。

同时，空气过剩系数降低，烟气中CO含量可降至20~40ppm以下，有利于环保和进一步提高风温。

4热风炉附属设备
4.1 空气预热系统
预热助燃空气和煤气能有效地提高热风炉的理论燃烧温度，进而提高热风温度，特别是高炉降低燃料比以后，预热助燃空气和煤气显得更为重要。

热风炉排放的烟气较大，余热资源丰富，回收利用热风炉的烟气余热来预热助燃空气和煤气是节能降耗的重要措施。

昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉设有分离式热管换热器，利用热风炉烟气余热对助燃空气进行预热，预热后助燃空气平均温度可达220℃，提高了热风炉的热效率并有效地提高了热风温度。

4.2 阀门
热风炉的本体区除热风阀、倒流休风阀、混风阀采用水冷闸阀外，其余均采用单楔型闸阀或蝶阀，全部采用液压驱动；余热回收及助燃风机区闸门采用蝶型阀，电机驱动；可进行连续调节和定位调节。

高温阀门采用软水闭路循环冷却，水量400t/h,水压为0.40MPa。

4.3 检测装置
在拱顶设有测温热电偶、高温辐射测温仪及火焰检测仪；热风炉烟道管设有专用烟气采样口及采样阀，取样分析烟气残氧量及CO含量，为烧炉提供依据。

5 结束语
高风温是高炉最廉价、利用率最高的能源，每提高100℃风温约降低焦比4%～7%。

在当前能源紧张的形势下，提高风温更加具有现实意义。

昆钢1350m3高炉配置的卡鲁金顶燃式热风炉自2008年7月9日投产，到2008年10月底，风温已达到1240℃，为高炉炼铁节能降耗创造了有利条件。

参考文献
[1] 周传典主编.高炉炼铁生产技术手册[M]北京:冶金工业出版社,2005.。