截止到2013年2月，國(guó)家工信部認(rèn)定的166家企業(yè)鑄造高爐共計(jì)222座，高爐容積集中于450m3以下，由于長(zhǎng)期缺乏專業(yè)技術(shù)支持和行業(yè)規(guī)范要求，高爐系統(tǒng)在長(zhǎng)壽、能耗、環(huán)保等方面與鋼鐵行業(yè)大型高爐相比存在一定差距。這些企業(yè)已意識(shí)到革新改造的迫切性。

　　由于鑄造工序的間斷性生產(chǎn)、規(guī)模小、品種多等特點(diǎn)，決定了其作為原料——鑄造生鐵供應(yīng)環(huán)節(jié)的高爐爐容不宜過(guò)大;另外，鑄造用生鐵(GB/T718－2005)中Si含量多在1.20%以上，采用200m3級(jí)高爐可直接生產(chǎn)，而爐容級(jí)以上高爐一般采用爐外增硅的方式;兩種工藝各有其存在的意義，鑄造行業(yè)小型高爐(200m3級(jí)左右)的存在有其合理性，不宜按照鋼鐵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一味的淘汰，而應(yīng)加以科學(xué)的引導(dǎo)。

1 改造概述

? ? 河北春風(fēng)鑄造有限責(zé)任公司是國(guó)家認(rèn)定的鑄造用生鐵生產(chǎn)企業(yè)之一，共有2座128m3的高爐，2012年底在對(duì)號(hào)高爐進(jìn)行大修改造的同時(shí)，將所配套的球式熱風(fēng)爐進(jìn)行升級(jí)改造(見(jiàn)表)。由于鑄造高爐整體行業(yè)的裝備水平落后，球式熱風(fēng)爐初期送風(fēng)溫度約1000℃～1050℃，后期980℃～1000℃，且風(fēng)溫不穩(wěn)定，已造成高爐冶煉的燃料比上升，生產(chǎn)成本增加，再者球式熱風(fēng)爐每?jī)赡曜笥叶家M(jìn)行耐火球的更換，不僅生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本增加，而且降低了高爐生產(chǎn)的作業(yè)率。故本次改造遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，節(jié)能環(huán)保，充分體現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)操作、維護(hù)的方便性等因素，為頂燃式格子磚式熱風(fēng)爐在小型鑄造高爐上的應(yīng)用奠定方向。

序號(hào) ? ? ? ? 名稱 ? ? ? ? ? ? ? 球式

1 ? ? ? ?熱風(fēng)爐座數(shù) ? ? ? ? ? ?3 座

2 ? ? ? ?熱風(fēng)爐直徑 ? ? ? ? ? 5200 /?4100mm

3 ? ? ? ?熱風(fēng)爐總高度 ? ? ? ? ?15.32m

4 ? ? ? ?熱風(fēng)溫度 ? ? ? ? ? ? ?1050℃

5 ? ? ? ?煙氣溫度 ? ? ? ? ? ? ? 250℃

6 ? ? ? ?耐火球直徑( 上部) ? ? 60mm

7 ? ? ? ?耐火球直徑( 下部) ? ? 40mm

8 ? ? ? ?每 m3 耐火球蓄熱面積( 上部) 74m2 /m3

9 ? ? ? ?每 m3 耐火球蓄熱面積( 下部) 111m2 /m3

10 ? ? ? 每座熱風(fēng)爐加熱面積 ? ? 4880.6m2

11 ? ? ? 單位爐容加熱面積 ? ? ? 40.67m2 /m3

12 ? ? ? 球床斷面積 ? ? ? ? ? ? 7.55m2

13 ? ? ? 每座熱風(fēng)爐裝球量 ? ? ? 96t

14 ? ? ? 球床高度 ? ? ? ? ? ? ? 6m

2 設(shè)計(jì)條件

? ? (1)原熱風(fēng)爐基礎(chǔ)、煙囪利舊使用，其余設(shè)施、設(shè)備全部更新；

? ? (2)采用頂燃式格子磚；

? ? (3)熱風(fēng)爐風(fēng)溫1200℃以上。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 合理的爐型結(jié)構(gòu)

? ? 眾所周知，熱風(fēng)爐在工作時(shí)，由于爐殼與耐火材料的受熱上漲或收縮不同步，可導(dǎo)致耐火材料的坍塌或是爐殼的局部開(kāi)裂，為了避免此類現(xiàn)象發(fā)生，在頂燃式格子磚熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)時(shí)采用了三段式砌體結(jié)構(gòu)，包括熱風(fēng)爐爐體三段式砌體結(jié)構(gòu)和蓄熱室格子磚三段式砌體結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)爐爐體從上到下依次為燃燒器、燃燒室和蓄熱室三段。三段砌體采用完全脫開(kāi)的迷宮式連接，各段砌體可以自由伸縮，避免各段砌體膨脹相互影響。熱風(fēng)爐圓周方向?yàn)橥耆珜?duì)稱結(jié)構(gòu)，不存在外燃熱風(fēng)爐拱頂聯(lián)絡(luò)管或內(nèi)燃熱風(fēng)爐火井大墻等非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從根本上消除了由于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)造成不均勻膨脹而引起的破壞。

3.2 改進(jìn)型的燃燒器

? ? 同類型熱風(fēng)爐的陶瓷燃燒器采用普通小塊磚砌筑而成，由于小塊砌磚的整體穩(wěn)定性和砌筑水平及自身材質(zhì)相關(guān)，在長(zhǎng)期送風(fēng)、燃燒的操作環(huán)境下，易造成煤氣噴口磚和拱腳磚的變形、坍塌。為了防止此類事故發(fā)生，在本次設(shè)計(jì)中采用了最新的技術(shù)成果，在保留熱風(fēng)出口組合磚與燃燒室錐頂拱腳磚分開(kāi)處理的條件下，將拱角磚改為大塊組合磚砌筑，有效的提高了拱角磚的穩(wěn)定性;同時(shí)將煤氣噴口磚由原先的小塊砌磚改為大塊組合磚，組合磚的應(yīng)用有效的改善了局部的穩(wěn)定性，為延長(zhǎng)熱風(fēng)爐的使用壽命奠定了基礎(chǔ)。

　　另外熱風(fēng)出口處與燃燒室磚托距離較小，燃燒室大墻砌體熱膨脹上漲量很小，不會(huì)對(duì)熱風(fēng)出口造成剪切破壞。

3.3 合理耐火材料選型

? ? 頂燃式格子磚熱風(fēng)爐蓄熱室格子磚從上到下依次采用硅磚、低蠕變高鋁磚和低蠕變粘土磚三段式結(jié)構(gòu)。通常硅磚安全工作溫度不低于800℃，而粘土磚安全工作溫度不高于1000℃，其分界面理論上設(shè)置在溫度900℃處，硅磚和粘土磚各有100℃的安全波動(dòng)范圍?？紤]到蓄熱室格子磚各段高度存在設(shè)計(jì)偏差，以及熱風(fēng)爐操作條件的變化，特別是頂燃式熱風(fēng)爐蓄熱室格子磚總高度比內(nèi)燃式熱風(fēng)爐和外燃式熱風(fēng)爐顯著降低，蓄熱室格子磚溫度波動(dòng)范圍更大，熱風(fēng)爐實(shí)際操作中很難保證硅磚和粘土磚工作溫度不超出安全界限。若格子磚采用硅磚和粘土磚兩種材質(zhì)，或在硅磚和粘土磚之間只設(shè)高度很低的一段低蠕變粘土磚過(guò)渡，熱風(fēng)爐適應(yīng)大范圍溫度變動(dòng)的能力較差，給熱風(fēng)爐壽命留下隱患。頂燃式熱風(fēng)爐在蓄熱室中間設(shè)置一段安全溫度更高的低蠕變高鋁磚，可以保證熱風(fēng)爐操作大幅度波動(dòng)情況下，始終保持各種材質(zhì)都在安全工作溫度范圍內(nèi)，增加了熱風(fēng)爐的適應(yīng)能力和安全性。

3.4 新型格子磚的應(yīng)用

? ? 在通常設(shè)計(jì)時(shí)，熱風(fēng)爐蓄熱室的格子磚采用的上下兩層錯(cuò)臺(tái)平鋪，隨著格子磚高度的增加及格子磚在制造過(guò)程中存在的誤差，其通孔率無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)目前的國(guó)內(nèi)的施工經(jīng)驗(yàn)，格子磚的通孔率基本維持在80%～85%左右，再加上由于高爐煤氣中的粉塵的存在會(huì)造成格子磚格孔的堵塞，由此影響熱風(fēng)爐的對(duì)流換熱效果，勢(shì)必對(duì)熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度及使用壽命造成影響。

　　為了消除格子磚在制造、施工中的誤差造成對(duì)換熱效果的影響，本次改造采用新型環(huán)形通道的高效格子磚，該格子磚的特點(diǎn)是無(wú)論哪一塊格子磚發(fā)生格孔堵塞，熱煙氣流均可以通過(guò)環(huán)形通道繞過(guò)堵塞的格孔繼續(xù)向下上)流通，避免了由于某一塊格子磚格孔的堵塞，影響整體格孔的換熱效果?？杀ＷC足夠的加熱面積和熱儲(chǔ)存能力，使得熱風(fēng)爐的爐內(nèi)氣流分布更加均勻，送風(fēng)溫度更加穩(wěn)定。

3.5 帶橫梁結(jié)構(gòu)的多孔型爐箅子

? ? 將爐箅子兩條邊支撐在橫梁上，4個(gè)角通過(guò)橫梁落在支柱上，支柱固定在爐底板上，構(gòu)成了支撐格子磚的組合結(jié)構(gòu)。爐箅子與橫梁及橫梁與支柱之間有鎖扣相互鎖定，兩組橫梁間有固定螺栓固定，所有爐箅子、橫梁和支柱通過(guò)鎖扣和螺栓連接成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種方式可有效避免獨(dú)立支撐式爐箅子易出現(xiàn)爐箅子塌陷和傾斜問(wèn)題。

　　通過(guò)改進(jìn)爐箅子的孔型，不但強(qiáng)化了受力結(jié)構(gòu)，保證了通孔率不降低，同等孔徑和孔距、同等厚度條件下，強(qiáng)度比梅花孔爐箅子提高31%，使得氣流的分布更加均勻，不均勻度≥5%。

3.6 雙預(yù)熱系統(tǒng)的應(yīng)用

? ? 采用管式空氣、煤氣雙預(yù)熱換熱設(shè)施，預(yù)熱后的空氣、煤氣最高溫度可達(dá)190℃～200℃，與之前的無(wú)預(yù)熱系統(tǒng)相比，拱頂燃燒溫度提升了約140℃。

3.7 其他系統(tǒng)

? ? 所有閥門均采用電動(dòng)閥門控制，可實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程集中控制。改變了之前的手動(dòng)操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

4 使用效果

? ? 2013年5月，熱風(fēng)爐順利投產(chǎn)，同期送風(fēng)時(shí)間60min，風(fēng)溫1250℃;送風(fēng)時(shí)間90min，風(fēng)溫1200℃。達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益分析該熱風(fēng)爐總體投資約1500萬(wàn)元，目前風(fēng)溫為1200℃，噸鐵焦比降低50kg，現(xiàn)高爐日常生鐵約400t，每天節(jié)約焦炭約20t，現(xiàn)焦炭?jī)r(jià)格約為1200元/t(2012年5月)，每日降低焦炭成本約2.4萬(wàn)元，一年降低成本2.4萬(wàn)元×天=840萬(wàn)元，兩年即可收回投資。

5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益分析

? ? 原球式熱風(fēng)爐2年需要更換一次耐火球，費(fèi)用約為100萬(wàn)元，一代高爐爐役為8年，故節(jié)約400萬(wàn)元。每次換球停產(chǎn)時(shí)間約為3天，鐵水產(chǎn)量400t/天，共計(jì)減產(chǎn)1200t，每噸生鐵0.3萬(wàn)元，銷售額損失360萬(wàn)元，8年換四次耐火球銷售額共計(jì)損失1440萬(wàn)元。

6 結(jié)論

? ? 頂燃式格子磚熱風(fēng)爐在128m3級(jí)別的成功應(yīng)用，將鑄造高爐整體的裝備水平提升一個(gè)高度，打破大家對(duì)鑄造高爐的常規(guī)認(rèn)識(shí)，有利于鑄造行業(yè)內(nèi)的整體良性發(fā)展。