高風溫

19世紀20年代以前高爐使用冷風煉鐵，燃料消耗很高，生產率低。1828年英國尼爾森（D．Neilson）建議在高爐上使用“熱鼓風”煉鐵，並於1829年在蘇格蘭克拉依特廠首次實現了這一建議，風溫雖然只有149℃，但效果驚人，每噸生鐵的燃料消耗由8．06t/t降到5．16t/t．降低了30%以上，產量提高46%，而用於加熱鼓風消耗的燃料只有0.4t/t生鐵。1831年該廠將風溫提高到316℃，燃料消耗降到了2．25t/t，產量比用冷風煉鐵時翻了一番。從此熱風很快被推廣，它成為高爐煉鐵史上極重要的技術進步之一。

170餘年來風溫水平不斷提高，在日本、西歐、北歐、北美高爐的風溫普遍達到1200℃，有的先進高爐的風溫達到1350℃，前蘇聯的全蘇平均風溫到1990年已達1150℃左右。中國重點企業的平均風溫在1997年為1047℃，梅山冶金公司、包頭鋼鐵公司高爐的風溫在1100℃以上，寶山鋼鐵（集團）公司3號高爐的風溫在1997年達到1230℃。而地方骨幹企業的平均風溫在1997年為971℃，雖然其中個別鋼鐵廠高爐的風溫在1000℃以上，但總體上說中國高爐的風溫水平要比工業先進國的低150～200℃。

（1）風口前燃燒碳量減少

在冶鍊單位生鐵的熱收入不變的情況下，熱風帶入高爐的顯熱替代了部分風口前焦炭燃燒放出的熱量，這種替代給高爐冶鍊帶來很大的節焦效果。因為熱風帶入高爐的熱量能在高爐下部全部被利用，而焦炭燃燒放出的熱只利用了大部分，有一小部分隨煤氣帶出高爐而損失。但是隨著風溫的提高，風口前燃燒碳量減少的數值是遞減的，例如風溫由 0℃提高到100℃，燃燒碳量減少20.6%；而由1100℃提高到1200℃，燃燒碳量只減少5.2%。這也是風溫提高降焦效果遞減的主要原因之一。

（2）高爐內高度上溫度發生再分佈

高爐內高度上溫度發生再分佈表現為：（1）t理升高，每100℃風溫t理上升60～80℃，因而爐缸溫度升高，1000℃以上的高溫區下移；（2）爐身和爐頂溫度降低，因為風口前燃燒碳量減少造成煤氣量減少，使煤氣和爐料水當量比值下降。這種爐身溫度與爐頂溫度的下降也是隨風溫進一步提高而減緩的，例如風溫在500～800℃範圍內，爐頂溫度降低值為30℃/100℃風溫，而在700～1000℃範圍時，該降低值降為22℃/100℃風溫，到1000～1100℃範圍時，它只有15℃/100℃風溫；（3）中溫區（1000℃以下）略有擴大，這是高溫區下移造成的。這種溫度的再分佈無疑對高爐內的還原和煤氣運動有影響。

（3）直接還原度上升

採用高風溫以後，風口前燃燒碳量減少使形成的CO減少，再加上爐身溫度降低，使鐵氧化物的間接還原減少，儘管中溫區略有擴大有利於間接還原進行，但是前兩者的影響大於後一影響，所以使直接還原度有所上升。應當說明的是，風溫提高以後有時觀察到爐頂煤氣中CO含量增加，這給人一種誤解，似乎風溫提高以後，間接還原發展了。實質上那是冶鍊單位生鐵所生成的CO絕對量減少的結果，只要單位生鐵焦炭消耗和爐頂煤氣量減少的程度大於CO絕對量減少的程度，就會出現間接還原減少而煤氣中CO增加的現象。

（4）爐內料柱阻損增加

使用高風溫以後，焦比降低，料柱內焦炭減少，料柱透氣性變壞，同時爐子下部的溫度升高，煤氣的實際流速增大以及爐子下部溫度過高造成SiO大量產生等，使爐內壓差升高，爐子下部尤為嚴重。這給爐料下降造成困難，如果不採取措施改善料柱透氣性，為使高爐順行，將迫使高爐降低冶鍊強度，據統計風溫每提高100℃爐內壓差升高約5kPa，冶鍊強度下降2%～2.5%。

在生產實踐中，往往出現爐子不接受高風溫，也就是風溫提高到一定水平，開始出現爐況難行，嚴重時引起懸料，不得不將風溫降下來。造成這種現象的主要原因是下部溫度過高，料柱透氣性與高風溫不相適應，所以在使用高風溫時，必須注意冶鍊條件的改善，即：（1）加強原料準備。鐵礦石整粒以改善料柱透氣性；提高冶金焦強度，特別是其高溫強度，保證軟熔帶焦窗和死料柱的透氣性和透液性；提高礦石品位，減少渣量以及採用酸性球團礦與高鹼度燒結礦配合的合理爐料結構等，改善爐腹和爐缸工作條件。（2）提高爐頂壓力。用高壓操作對還原和降低壓差的有利影響來彌補高風溫對還原和爐況順行的不利影響。（3）噴吹燃料。用噴吹燃料降低t理，解決高風溫使爐子下部溫度升高造成的難行問題，在沒有高爐噴吹燃料時可用加濕鼓風達到同樣目的。

提高風溫的措施主要有改進熱風爐結構，優化熱風爐操作和改進其管道和閥等。

（1）高溫熱量的獲得

要獲得高風溫，重要的是將熱風爐拱頂溫度提高到高於風溫150～200℃，現代高爐焦比低，高爐煤氣的熱值下降（已達2800～3000kJ/m），單用它已不能達到要求的拱頂溫度，現在廣泛採用的提高熱風爐拱頂溫度的措施有：（1）用高熱值煤氣富化發熱。例如加入焦爐煤氣（熱值16300～17600kJ/m）、天然氣（熱值33500～41900kJ/m）以及氧氣轉爐煤氣（熱值8000～10500kJ/m3）等。（2）預熱助燃空氣和煤氣。已經成熟的方法有煙道預熱，就是利用熱風爐廢氣的餘熱在煙道設熱交換器將助燃風和煤氣預熱到150～200℃，這種預熱法提高拱頂溫度是有限的，不可能使風溫達到1200℃；熱風爐自身預熱助燃空氣可以將助燃風溫度提高到600～800℃，這樣在單用高爐煤氣燒爐時可使拱頂溫度達到1500～1550℃；設置專門的預熱器預熱助燃空氣和高爐煤氣達到所要求的溫度（例如雙預熱到400～600℃），然後送到熱風爐燒爐用，使拱頂溫度達到1500℃左右。

（2）改進熱風爐結構

通常採用的內燃式熱風爐不能適應拱頂溫度超過1450℃，需要改造。主要是爐頂選用懸鏈線型並直接由爐殼支承，高溫區爐殼採取防晶界腐蝕措施（避免應力集中、消除焊接、加工和裝配過程中的殘餘應力、爐殼內表面噴塗防酸料，加帽防止煙氣中形成的HO冷凝與NO和SO結合等），高溫區採用硅磚以及採用陶瓷燃燒器，燃燒室隔牆下部增設隔熱層以保護隔牆等。現在公認，有條件的話宜採用外燃式熱風爐或頂燃式熱風爐。外燃式熱風爐技術已經成熟，而頂燃式熱風爐的大功率燃燒器和環形燃燒器還處於研製階段。

（3）優化熱風爐操作

使風溫更接近於拱頂溫度是優化操作的主要目標。首先要用合理的燃燒制度，在單位時間內，完全燃燒最大的煤氣量，達到並控制好所能達到的最高拱頂溫度，在燃燒期蓄有足夠的熱量；採用半交叉並聯或交叉並聯送風制度獲得最高的熱風溫度。

（4）熱風管道和熱風閥的改進

熱風爐加熱的高溫熱風要通過熱風支管、總管、圍管以及風口裝置送入高爐。生產實踐表明，熱風爐出口溫度和高爐風口處入爐風溫有相當大的差別，一般這個溫度差為50～100℃，有些高爐甚至更高，所以要重視這個問題。所有熱風管道都要噴塗既耐熱又絕熱的高鋁質耐火纖維或墊襯高鋁質耐火纖維氈，並適當加厚隔熱保溫層。熱風閥是決定高風溫水平的熱風爐設備，要選用填注高鋁質不定型耐火材料和用耐熱合金鋼板焊接結構的熱風閥。