我國鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐現(xiàn)在運行的熱風爐絕大部分都是用高爐鼓風機的風進行充壓換爐，在實際操作中，當打開充壓（均壓）閥時，高爐鼓風機的風壓將突然降低，會造成高爐風壓、風量、爐內(nèi)氣流、透氣性指數(shù)、爐頂壓力等指標波動，影響高爐爐況穩(wěn)定，這會導致高爐能耗增加、產(chǎn)量降低，同時也會降低熱風爐風溫和縮短使用壽命。河南省豫興熱風爐工程技術有限公司（下文簡稱豫興公司）自主創(chuàng)新研發(fā)的專利技術——一種使用獨立供風系統(tǒng)的無波動換爐技術及其方案，經(jīng)過高爐生產(chǎn)實踐證明，這種無波動換爐技術可以穩(wěn)定高爐爐況、增加產(chǎn)量、提升熱風爐風溫、穩(wěn)定熱風爐熱負荷、延長熱風爐壽命，增加鋼鐵企業(yè)利潤，具有良好的節(jié)能增產(chǎn)效果。

　　在煉鐵高爐生產(chǎn)實踐中，采用最廣泛的方法是把高爐鼓風機鼓出的風鼓入高溫蓄熱的熱風爐蓄熱體進行換熱，再將高溫熱風鼓入高爐進行冶煉。實踐證明，鼓入風溫越高節(jié)省的焦炭越多，節(jié)能增產(chǎn)的效果就越好，因此高風溫一直是高爐工作者的追求。蓄熱式熱風爐就是為高爐提供持續(xù)、穩(wěn)定高風溫的關鍵設備。實踐中高爐熱風爐常用的配置及運行方式主要有2種：即配置3座熱風爐實施兩燒一送，配置4座熱風爐實施兩燒兩送。其運行方式由燃燒轉(zhuǎn)換為送風過程必然有一個換爐環(huán)節(jié)。換爐前蓄熱（燃燒）的熱風爐爐內(nèi)壓力為低壓（微正壓），而熱風主管、冷風管道內(nèi)則是高壓（壓力在 0.4MPa~0.5MPa）；冷風閥、熱風閥靠熱風爐側(cè)為低壓，靠近熱風主管、冷風管道側(cè)為高壓，這樣就會造成冷風閥、熱風閥兩側(cè)壓力相差幾十倍，無法打開，因此必須對蓄熱（燃燒轉(zhuǎn)送風）的熱風爐進行高壓充壓，使冷風閥、熱風閥兩側(cè)的壓力相等，冷風閥、熱風閥才能打開進行換爐送風。我國鋼鐵企業(yè)現(xiàn)在運行的熱風爐絕大部分都是用高爐鼓風機的風進行充壓，在實踐操作中當打開充壓（均壓）閥時，由于均壓時分流了部分鼓風機冷風，又因熱風爐的容積較大，使高爐鼓風機的風壓突然降低，會造成高爐風壓、風量、爐內(nèi)氣流、透氣性指數(shù)、爐頂壓力等指標波動，這樣對高爐的穩(wěn)定運行造成破壞。為了降低波動，有的采用高爐鼓風機風量預留15%~25%的富余量用于充壓；有的將高爐鼓風機的風均壓閥門開小，以小流量進行均壓，這種操作均壓時間非常長，雖然波動減小，但是縮短了熱風爐的有效燒爐時間，降低了熱風爐的使用效率。

　　具體說，傳統(tǒng)熱風爐換爐技術的弊端有以下幾種：

　　一是利用高爐鼓風機的風進行充壓換爐會影響高爐爐況，降低高爐產(chǎn)量，增加消耗。高爐在正常運行時，會形成塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風口帶等五帶。其中軟熔帶對冶煉過程最為關鍵，也是影響高爐爐況順行和高產(chǎn)低耗的關鍵。若不采用其他技術措施，而在高爐滿負荷生產(chǎn)的條件下對熱風爐進行充壓，高爐鼓風壓力會產(chǎn)生60kPa以上的壓力降，這種壓力降會破壞高爐內(nèi)W型或倒V型軟熔帶，高爐必須經(jīng)過一段時間運行才能形成新的W型或倒 V型軟熔帶，如此必然會增加高爐消耗，降低高爐產(chǎn)量。

　　二是采用將高爐鼓風機留出12%以上富余量，以降低換爐時對高爐爐況的波動。以河北某廠1號高爐為例，正常生產(chǎn)時鼓風量為5250Nm3/min，風量富余率13%，則高爐鼓風機風量為 6000Nm3/min，風壓為440kPa，鼓風機需配電機38000kW，實踐操作中60分鐘換一次爐。高爐鼓風機配有變頻器（理論富余量節(jié)電率為40%），則每小時鼓風機電機將浪費2964kWh的電能，實踐中變頻器基本達不到節(jié)電40%的目標，因此實際浪費的電能將超過3000kWh。即便如此，該廠1號高爐在充壓3分鐘時，高爐風壓依然降低了26kPa，還會對高爐爐況產(chǎn)生較大影響，如果要進一步降低這種影響就必須進一步提高鼓風機富余量，浪費的電量也將會更多。

　　三是均壓換爐時間受高爐值班室限制。由于高爐生產(chǎn)過程中要求風量和風壓處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，因此熱風爐換爐操作受到高爐值班室的嚴格控制，操作人員在進行熱風爐換爐操作前需發(fā)一信號至高爐和燃氣部門，得到認可后方可進行。工作人員在進行換爐操作時需按照既定程序根據(jù)每次換爐時的不同情況準確控制多個閥門的開合程度，包括調(diào)節(jié)風機靜葉開度、調(diào)節(jié)均壓閥開度、觀察熱風爐內(nèi)壓力變化控制充壓時間、開關冷熱風閥門等多個步驟以完成換爐操作。

　　四是容易造成設備故障。一方面均壓時風機負荷提升，容易對機械及電氣系統(tǒng)造成沖擊，造成電網(wǎng)波動；另一方面換爐操作時需頻繁調(diào)整靜葉和防喘閥，造成靜葉磨損大和防喘閥易損壞，影響高爐生產(chǎn)，在出鐵前換爐還可能造成風口倒灌事故。

　　為克服上述熱風爐換爐技術的弊端，豫興公司研發(fā)了“一種熱風爐無波動換爐高效轉(zhuǎn)化裝置及控制方法”的專利技術專利號為CN202110862040.7）。該技術使用一套獨立的供風系統(tǒng)，由獨立的高壓氣罐、空壓機、調(diào)壓閥組及相關管道閥門組成。采用這種換爐技術，熱風爐換爐充壓不用高爐鼓風機的風，而另加一臺空壓機對熱風爐進行充壓，空壓機的風與鼓風機的風同屬壓縮空氣，充壓介質(zhì)的性質(zhì)沒有發(fā)生改變。改造時，只需將壓縮空氣管連接在冷風支管上（冷風閥與熱風爐之間），原管道及系統(tǒng)不做調(diào)整，在管道上增加一個液動或氣動閥門，即可滿足用壓縮空氣進行充壓的要求，熱風爐原工藝不做改變。

　　這種無波動換爐技術除了換爐時不引起高爐鼓風壓力波動外，還具有以下特點：

　　一是可避免風口倒灌。采用高爐鼓風機的風充壓換爐會引起高爐鼓風爐壓突然降低，如果鐵水罐不到位，高爐快出鐵時，爐壓突然降低會引起風口倒灌，因此目前熱風爐換爐必須受高爐值班室控制。如采用無波動換爐后，熱風爐換爐時不會引起高爐熱風壓突然降低而保持無壓力波動狀態(tài)，從而避免風口倒灌事故的發(fā)生。

　　二是可實現(xiàn)全自動無人操作，穩(wěn)定熱風的熱負荷，延長熱風爐壽命。采用無波動換爐后，熱風爐換爐不會引起高爐爐壓波動，熱風爐保證高爐的風溫即可?；祜L調(diào)節(jié)閥和風量調(diào)節(jié)閥可以由高爐值班室直接控制。熱風爐可以采取定時或定溫全自動換爐，因此熱風爐可實現(xiàn)全自動無人操作。熱風爐如能保證按時換爐，也就穩(wěn)定了熱風的熱負荷。比如高爐要求1250℃的風溫，拱頂溫度燒到1350℃，開始送風時混風閥自動開大，保證1250℃的風溫，在運行中混風閥自動關小，當混風閥全關閉而不能滿足1250℃的風溫時將自動換爐。這確保了送風末期1250℃風溫底溫，不會發(fā)生延時換爐把底溫降低到1200℃甚至更低的情況。因此無波動換爐穩(wěn)定了熱風的熱負荷，延長了熱風爐壽命。

　　三是可以提高風溫。對于滿負荷的高爐，原來的換爐技術換爐充壓會占用13分鐘~15分鐘，縮短了熱風爐燒爐時間，也就降低了其蓄熱能力。采用無波動換爐后，可以延長燒爐時間，或適當縮短送風時間，可提高送風溫度。

　　四是可以提高產(chǎn)量。采用無波動換爐后爐況穩(wěn)定順行，可以增產(chǎn)降耗。對于已建成的高爐，如果已滿負荷運行，采用無波動換爐后可將高爐鼓風機用于向熱風爐充壓的風用于煉鐵，充壓使用的風量與熱風爐的大小、熱風爐的座數(shù)有關，一般可增產(chǎn)0.3%~0.5%。對于預留鼓風機風量富余 15%~25%的高爐，采用無波動換爐后可實現(xiàn)滿負荷運行，產(chǎn)量可提高15%~25%。

　　五是無波動換爐可以降低投資。對于新建高爐采用無波動換爐，可采用滿負荷設計，高爐風機可不留15%~25%的充壓富余量，可選用小一號的鼓風機，其設備投資在扣除空壓機費用后，可減少10%以上投資。以河北縱橫豐南1號高爐為例，原方案裝機容量為38000kW，若使用無波動換爐技術裝機容量僅需33650kW。這樣加上變頻器等配套設備，新方案可節(jié)約投資11%以上。

　　山西呂梁建龍實業(yè)有限公司煉鐵廠（下文簡稱呂梁建龍）1800m3高爐及其配套的3座熱風爐，在采用無波動換爐系統(tǒng)后，換爐時間從18分鐘縮短到5 分鐘，風溫從1170℃提高到1210℃，高爐爐況運行數(shù)據(jù)曲線得到全面改善，生鐵質(zhì)量得到明顯提高，每年可增加利潤1000余萬元：一是呂梁建龍采用無波動換爐后，延長燒爐時間，可提高風溫 20℃，降低焦比0.5%，以目前燃料比520千克/噸計算，燃料比可降低2.6千克/噸；高爐以日產(chǎn)4500噸計，日節(jié)焦11.7噸，年節(jié)焦4095噸，以焦炭價格為2500元/噸計，一年節(jié)約焦炭價值1023.75萬元。二是利用壓縮空氣代替熱風爐冷風均壓，相當于高爐增加了風量，每日可增加生鐵產(chǎn)量44噸，每年可增鐵15400噸，生鐵利潤按照150元/噸，每年增產(chǎn)生鐵利潤為231萬元。三是使用壓縮空氣進行均壓，每次均壓需要壓縮空氣1600立方米，壓縮空氣成本為0.1元/立方米。每次均壓成本為160元，40分鐘換爐，每年壓縮空氣費用為201.6萬元。每年利潤合計為1053.15萬元，因此，呂梁建龍工程投資（利舊空壓站）回收期僅需4個月。

　　實踐證明：采用獨立空壓機充壓的無波動換爐技術，可以避免高爐爐況波動，縮短充壓時間，提高風溫，降低能源消耗，提高生鐵質(zhì)量和生鐵產(chǎn)量；同時熱風爐換爐不受高爐值班室限制，可按時或按溫度換爐，穩(wěn)定了熱風爐熱負荷，延長熱風爐壽命。山西呂梁建龍無波動換爐技術實踐取得了巨大的經(jīng)濟效益，證明此技術是一項可行、可推廣的節(jié)能增產(chǎn)的好技術。（劉力銘 劉力源 符政學 艾水生）

圖為豫興公司為中鐵裝備公司的3X2500m3高爐熱風爐無波動換爐裝置配套的儲氣罐設備。

圖為由豫興公司建設的遼寧鞍山寶得鋼鐵公司1080m3高爐熱風爐無波動換爐裝置配套的儲氣罐設備。