記者 夏杰生

　　2024年9月23日，中國金屬學(xué)會（原副理事長）專家委員會名譽委員王天義、學(xué)會副秘書長郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻、江蘇南京華電節(jié)能環(huán)保股份公司總經(jīng)理趙天鵬等一行，到訪河南鋼鐵豫興冶金節(jié)能技術(shù)有限公司（下文簡稱豫興冶金節(jié)能公司），豫興冶金節(jié)能公司董事長李松出差，其接待工作由該公司熱風(fēng)爐技術(shù)專家劉世聚主持。雙方就熱風(fēng)爐系統(tǒng)節(jié)能減排重大技術(shù)問題進行了深入的交流研討。專家委員名譽委員王天義（原副理事長）開門見山的表明：此行的目的有兩個，一是期望在熱風(fēng)爐系統(tǒng)領(lǐng)域推廣成熟可靠的創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)成果，實行強強聯(lián)合，這將是節(jié)能技術(shù)實施領(lǐng)域大的突破。二是要落實2023年在京召開的熱風(fēng)爐技術(shù)研討會“安鋼爐殼開裂改造經(jīng)驗和降低熱風(fēng)爐煤氣消耗”技術(shù)的實際投入使用情況。豫興冶金節(jié)能公司技術(shù)專家劉世聚就上述問題向到訪的三位領(lǐng)導(dǎo)作了全面具體匯報。

　　科學(xué)解決爐殼開裂難題迫在眉睫

　　安鋼4747m3高爐熱風(fēng)爐始建于2013年，投產(chǎn)至改造工作開啟時已基本運行10年。該高爐配置四座國外頂燃式熱風(fēng)爐。其送風(fēng)制度為二燒二送（交叉并聯(lián)）。其設(shè)置兩座頂燃式前置預(yù)熱爐對助燃空氣進行二次預(yù)熱，預(yù)熱后助燃空氣溫度最高420℃。單燒高爐煤氣，熱風(fēng)爐設(shè)計拱頂溫度最高可達1400℃，煙道溫度最高400℃，設(shè)計最高風(fēng)溫1300℃。

　　安鋼這組熱風(fēng)爐運行兩年后的2015年，熱風(fēng)爐燃燒室高溫區(qū)域爐殼出現(xiàn)縱橫焊縫開裂。并持續(xù)向焊縫兩邊10-15厘米范圍內(nèi)母材擴展，經(jīng)焊補和挖補處理仍頻繁開裂。熱風(fēng)爐爐殼焊縫及焊縫周邊母材區(qū)域正向鋼材失效方面發(fā)展。已嚴重威脅熱風(fēng)爐安全運行。因此，消除熱風(fēng)爐安全隱患是一切工作的重中之重。同時熱風(fēng)爐預(yù)燃室拱頂也伴隨有持續(xù)垮塌。權(quán)威人士分析認為，熱風(fēng)爐燃燒器煤氣噴嘴爆震損壞是造成拱頂垮塌的主要因素。爐殼開裂存在安全隱患，燃燒器持續(xù)爆震損壞。上述綜合因素導(dǎo)致熱風(fēng)爐拱頂溫度不得不控制在1330℃～1340℃，風(fēng)溫控制在1180℃，送風(fēng)壓力降至0.41MPa。這就導(dǎo)致安鋼出現(xiàn)了產(chǎn)能不足，噸鐵煤氣消耗居高不下，成本升高，嚴重影響了高爐熱風(fēng)爐節(jié)能風(fēng)溫和企業(yè)效益等情況的發(fā)生。因此解決這組熱風(fēng)爐安全隱患和高消耗兩大問題迫在眉睫。

　　從宏觀上看，目前在我國采用特大型高爐配置的頂燃式熱風(fēng)爐幾個用戶無一例外都出現(xiàn)了爐殼嚴重開裂現(xiàn)象，面對突如其來的爐殼大范圍開裂，使用戶及技術(shù)專家束手無策，均采取補焊、貼鋼板補焊、挖出焊縫損壞部位鋼板補焊、采取全部焊縫更換、爐殼加不銹鋼復(fù)合板更換爐殼等等技術(shù)措施，但均收效甚微，依然導(dǎo)致爐殼持續(xù)發(fā)生開裂漏氣的危險弊端。必須迅速采取標本兼治措施，從結(jié)構(gòu)、選材、安裝、防腐等環(huán)節(jié)迅速采取標本兼治的綜合措施，才能有效解決這些頑疾難題。

　　為了維護生產(chǎn)，減少損失，一些用戶 采取降低風(fēng)壓使爐殼受力負荷降低到安全工作范圍；降低拱頂溫度可降低燃燒期的氮氧化物、硫化物、氯化物等腐蝕介質(zhì)的生成量。只有這兩個問題都得到解決，熱風(fēng)爐安全生產(chǎn)才能納入正常軌道。

　　借鑒西方理論結(jié)合東方實踐旗開得勝

　　早在上世紀70年代，豫興冶金節(jié)能總工程師符政學(xué)教授就特別關(guān)注熱風(fēng)爐爐殼應(yīng)力腐蝕開裂原因和研究采取相應(yīng)的技術(shù)措施。尤其是1980年歐洲《鋼鐵工程師》雜志第一期第43-48頁刊登的熱風(fēng)爐應(yīng)力腐蝕開裂文章，引起了符政學(xué)教授的高度關(guān)注。因為該文章詳細分析了歐洲129座大型高爐熱風(fēng)爐爐殼應(yīng)力腐蝕開裂形成的機理，其中指出的應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)腐蝕是導(dǎo)致爐殼開裂的重要因素。文章對應(yīng)力的產(chǎn)生和腐蝕介質(zhì)的產(chǎn)生做了詳細的研究分析說明，并提出一系列措施避免爐殼的應(yīng)力腐蝕開裂。這一系列理論及預(yù)防措施令符政學(xué)驚喜地親自一字一句地將原文章進行了翻譯，翻譯手譯本共計21頁（歐洲《鋼鐵工程師》雜志和符政學(xué)翻譯該文章手譯本完好保存在豫興冶金節(jié)能公司檔案中），這是我國最早也是迄今為止持續(xù)44年以上 拼盡全力研究熱風(fēng)爐爐殼應(yīng)力腐蝕開裂的唯一文字記錄和報道。由于上世紀我國熱風(fēng)爐風(fēng)溫還處在1050℃-1150℃送風(fēng)區(qū)間（鮮有1200℃），而風(fēng)溫低壓力低爐殼開裂尚不常見，但符政學(xué)教授的研究一刻也沒有停止，直到時隔30年后的2010年，山西建邦鋼鐵集團通才工貿(mào)有限公司籌建1860m3高爐配套的高壓高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐時，該公司自上而下對節(jié)能高風(fēng)溫要求異常高漲，結(jié)合此前在該公司2座450m3高爐配套豫興冶金節(jié)能公司擁有的豫興懸鏈線頂燃式熱風(fēng)爐取得了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高風(fēng)溫的良好業(yè)績和成果，該公司總裁和技術(shù)專家決策層決定1860m3高爐配套豫興懸鏈線頂燃式熱風(fēng)爐，設(shè)計風(fēng)溫1320℃（見2013年網(wǎng)上有關(guān)此文章報道），送風(fēng)時間60分鐘，風(fēng)壓0.454Mpa，配置4座熱風(fēng)爐，兩座預(yù)熱爐，空氣預(yù)熱溫度大于450℃，在設(shè)計這套頂燃式熱風(fēng)爐時，符政學(xué)提出，要拋棄現(xiàn)有引進國外且主流頂燃式熱風(fēng)爐的多個誤區(qū)，采取下列創(chuàng)新舉措就能出奇制勝。

　　一是拋棄頂燃式熱風(fēng)爐無一例外采用的具有焊接瑕疵、焊接氣孔、熱脆、冷脆特性的普通Q345C碳鋼，優(yōu)化設(shè)計為具有韌性強、具有良好焊接性能的Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼做熱風(fēng)爐爐殼，抵御焊縫質(zhì)量瑕疵導(dǎo)致的應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的腐蝕開裂。這也是借鑒歐洲應(yīng)力腐蝕開裂經(jīng)驗和自主研究完善防爐殼應(yīng)力腐蝕開裂成果在我國首次高規(guī)格高質(zhì)量設(shè)計應(yīng)用。時任山西建邦鋼鐵集團公司總工程師的武會卿非常認同符政學(xué)教授提出的設(shè)計理念，爐殼材質(zhì)理所當然選擇了Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼；

　　二是熱風(fēng)爐不采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且受力不合理、應(yīng)力集中的保齡球式小帽子頂燃式熱風(fēng)爐，選用結(jié)構(gòu)簡單，受力合理，國外普遍使用長達60年高風(fēng)溫驗證的懸鏈線拱頂結(jié)構(gòu)和爐殼結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計理念是避免爐殼應(yīng)力腐蝕開裂的一個重要環(huán)節(jié)；

　　三是廢除了頂燃式熱風(fēng)爐爐殼規(guī)范計算公式的直徑乘以經(jīng)驗?zāi)?shù)公式，改為壓力容器公式結(jié)合經(jīng)驗、爆炸負荷、壓力、腐蝕系數(shù)、焊縫系數(shù)、夾角系數(shù)的綜合編程計算公式，經(jīng)反復(fù)實踐驗科學(xué)計算設(shè)計爐殼；

　　四是在高風(fēng)溫工況條件下，一定會產(chǎn)生大量的氮氧化物、氯化物、硫化物等與助燃空氣中的水分、煤氣中的水分高溫蒸發(fā)形成蒸汽，在爐內(nèi)外溫差工況環(huán)境下、形成冷凝水懸掛在爐殼內(nèi)壁之上，與上述腐蝕介質(zhì)形成酸根腐蝕爐殼。富有研究  經(jīng)驗的符總帶領(lǐng)豫興技術(shù)團隊采取了更加有別于采取的防腐措施（包括不銹鋼襯板、防晶間涂料）徹底解決對爐殼焊縫更有效特殊防腐蝕技術(shù)。

　　上述技術(shù)措施在于2012年7月12日點火投產(chǎn)的山西建邦集團通才公司1860m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用，當年10、11月份實現(xiàn)兩個月平均風(fēng)溫1314.7度國內(nèi)高風(fēng)溫紀錄至今沒被超越。這是符政學(xué)教授歷盡幾十年心血率領(lǐng)設(shè)計研發(fā)團隊依據(jù)借鑒西方理論，結(jié)合符政學(xué)教授理論研究與實踐，旗開得勝取得的首個重大創(chuàng)新成果。至今12年過去了，該高爐熱風(fēng)爐爐殼都未出現(xiàn)絲毫龜裂網(wǎng)裂現(xiàn)象，熱風(fēng)爐也穩(wěn)定長壽。

　　而且，這是迄今為止我國第一例防應(yīng)力腐蝕開裂成功設(shè)計工程項目。為后期我國的防熱風(fēng)爐應(yīng)力腐蝕開裂和開展對目前國內(nèi)因應(yīng)力腐蝕而開裂熱風(fēng)爐的優(yōu)化改造工作，提供了科學(xué)的有據(jù)可循的設(shè)計改造依據(jù)。

　　創(chuàng)新之花延伸至特大型高爐熱風(fēng)爐綻放

　　我國安鋼4747m3特大型高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼嚴重開裂后數(shù)年持續(xù)采用焊補、補焊、挖補等措施無法遏制爐殼繼續(xù)快列開裂，使豫興冶金節(jié)能公司人在建邦鋼鐵通才公司取得的創(chuàng)新成果有了千載難逢用武之地。與安鋼人經(jīng)過兩年多六輪的技術(shù)交流，論證，考察使用豫興懸鏈線頂燃式熱風(fēng)爐用戶的實際應(yīng)用情況，最終于2022年確定其4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開裂及降本增效的節(jié)能改造工作，委托豫興冶金節(jié)能公司優(yōu)化設(shè)計改造。這一重大的光榮的重擔(dān)以符政學(xué)教授為首的豫興冶金節(jié)能公司挑了起來，該特大型高爐熱風(fēng)爐改造的基本要求有下列五條：

　　一是將結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力集中保齡球式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為受力合理結(jié)構(gòu)簡單的懸鏈線頂燃式結(jié)構(gòu)；二是與安鋼鋼研所共同研發(fā)了性能優(yōu)越于Q345R板材的AG490LK新精品鋼專用爐殼材料制品制作爐殼，材質(zhì)的焊接性能和抗腐蝕性能大大提高；三是在內(nèi)部焊縫及熱影響區(qū)域采用了特殊防腐工藝技術(shù)，徹底將高風(fēng)溫腐蝕介質(zhì)與爐殼焊縫及熱影響區(qū)域?qū)嵤┝烁艚^；四是焊接過程中采取了多項消除應(yīng)力措施；五是拋棄了經(jīng)驗計算公式，采用了綜合科學(xué)且實踐驗證的綜合計算公式確定爐殼幾何尺寸。上述技術(shù)措施優(yōu)化改造方案得到了供需雙方全員通過。

　　2023年5月9日，河南鋼鐵豫興冶金節(jié)能技術(shù)公司與河南鋼鐵集團安鋼公司正式簽訂安鋼4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開裂及降耗優(yōu)化改造工程合同，四座熱風(fēng)爐在線改造總工期400天，自2023年9月18日1號熱風(fēng)爐正式打響改造第一槍起，歷經(jīng)近100天緊張高效施工，于2023年12月25號烘爐結(jié)束，1號熱風(fēng)爐正式交付使用。2024年 3 月 23日啟動2號熱風(fēng)爐優(yōu)化改造，于6月25日烘爐結(jié)束投產(chǎn)，截至目前，改造后的風(fēng)溫實現(xiàn)了1200℃-1230℃風(fēng)溫的設(shè)計要求，單爐煤氣消耗每天降低5萬立方米，熱風(fēng)爐全部改造完畢后，四座熱風(fēng)爐每天可以降低煤氣消耗20萬立方米以上，預(yù)熱及系統(tǒng)優(yōu)化改造措施實施后，可實現(xiàn)噸鐵煤氣消耗降低80m3。安鋼4747m3高爐每天出鐵10500噸，按一年350天正常生產(chǎn)，煤氣消耗可以節(jié)約2.94億立方米，按照每立方米煤氣0.10元市場價格核算，每年可以節(jié)省2940萬元。

　　在對安鋼4747m3特大型高爐原頂燃式熱風(fēng)爐在生產(chǎn)實踐中總結(jié)查找出來的一系列技術(shù)缺陷實施了優(yōu)化改進之后，專家們認為，該熱風(fēng)爐及爐殼使用壽命將會大于25-30年。

　　劉世聚還介紹：安鋼4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開裂和煤氣節(jié)能改造,是國際國內(nèi)在3200m3以上高爐頂燃式熱風(fēng)爐領(lǐng)域首次切割爐殼爐型結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造和爐殼開裂優(yōu)化改造第一案例。這一成功的改造成果，為我國4000-5500m3特大型高爐爐殼應(yīng)力腐蝕開裂及節(jié)能改造積累了更豐富的理論和實踐經(jīng)驗，為遏制這些重大項目的爐殼開裂和節(jié)能改造，為頂燃式熱風(fēng)爐穩(wěn)定長壽節(jié)能高風(fēng)溫做出了重大貢獻。

　　學(xué)會專家委員會名譽委員王天義（原副理事長）、郝副秘書長，河鋼集團郭總及與會領(lǐng)導(dǎo)都對此重大成果和工程予以肯定和支持，并堅信豫興冶金節(jié)能公司科技創(chuàng)新道路會越走越寬廣，期望與該領(lǐng)域熱風(fēng)爐系統(tǒng)先進技術(shù)企業(yè)強強聯(lián)合，集成系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)走在世界前列繼續(xù)努力，并早日實現(xiàn)豫興冶金節(jié)能公司規(guī)劃的新的技術(shù)發(fā)展宏偉藍圖---熱風(fēng)爐二氧化碳零排放技術(shù)的中試成功并投放市場。