1979年在首钢新2号高炉（1327m3）应用的顶燃式热风炉是国内外首创技术，而首创者就是北京首钢国际工程技术有限公司。2002年5月，首钢2号高炉（1780m3）大修后投产。在这座高炉上首次使用了高温预热助燃空气新技术，其技术核心采用了顶燃式热风炉技术。

高温预热助燃空气新技术在首钢2号高炉的应用，是通过将助燃空气预热到600℃和煤气预热到180℃，使高炉稳定地获得1250℃风温，在国内处于领先地位。这项技术提出了一种全新的高炉高风温理念，就是在没有高热值煤气富化条件下，高炉也可以长期、稳定地使用1250℃以上的风温。

自此以后，首钢国际工程公司对这项技术的改进和创新始终没有停止，研发经历了模型试验研究、工艺参数积累和调整、结构和材料的优化，始终坚持在不同规模高炉的不同类型热风炉上进行推广和应用，其节能环保效益获得业内一致好评。

1、高炉高风温技术研发背景

首钢迁钢4000m3高炉于2007年开始设计，2010年初投产。高炉设计阶段适逢国家“十一五”建设第二年。国家在“十一五”规划中提出将节能降耗指标列为国民经济和社会发展的主要目标，要求“十一五”期间每年节能降耗4％左右。在此目标下钢铁工业作为高能耗、高污染产业必须将产业技术升级改造，以实现节能减排和可持续发展。因此，首钢迁钢4000m3高炉的设计理念被确定为：“高效、低耗、优质、长寿、清洁、安全”，通过积极采用各项先进技术和工艺，实现高炉“大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁化”生产。在热风炉系统的技术设计上则充分体现了这一指导思想。

首钢迁钢4000m3高炉热风炉系统主要由4座高温改造型内燃式热风炉和2座新型顶燃式小热风炉（预热炉）构成。设计平均风温1280℃，焦比305kg/t，煤比190kg/t，热风炉寿命达到30年以上。

高风温系统的先进技术集成主要体现在以下几方面：

1）高温、高效、长寿的热风炉；

2）在全烧高炉煤气条件下实现平均风温1280℃，采用高效、先进、节能环保的高温助燃空气预热系统（首钢专利技术）和烟气余热回收煤气预热技术；

3）设置合理、安全和可靠的高风温输送系统（热风管道系统）。

图1：首钢迁钢4000立方米高炉预热炉实景

2、高炉高风温技术主要技术特点

2.1首钢迁钢4000m3高炉配置4座高温改进型内燃式热风炉主要技术特点

1）采用矩形陶瓷燃烧器，煤气与助燃空气经细流分割后能充分混合，调节性能好，燃烧稳定，强度大，效率高。燃烧出的热烟气经拱顶反向后，能均匀地在蓄热室分布。

2）热风炉拱顶为悬链线形，内衬结构受力合理稳定。在球顶硅砖设计中采用提高整体稳定性的板块式结构和关节砖，可有效解决拱顶在膨胀、收缩时的不稳定现象，使拱顶耐火衬的设计温度达到1480℃。拱顶与大墙脱开，使大墙耐火砖能独立膨胀或收缩，消除了大墙不均匀膨胀对拱顶的影响。

3）燃烧室与蓄热室的隔墙为独立结构，与大墙之间不咬砌。隔墙与大墙之间设置滑动缝和膨胀缝，两者之间可以自由滑动和膨胀。隔墙下部设置隔热砖，以减少隔墙的温度梯度和热应力，防止隔墙开裂短路。隔墙局部镶嵌耐热不锈钢板，防止窜风。

2.2在热风炉工艺及操作上应用和开发的高风温技术

1）研究热风炉燃烧器在多种工况下的燃烧机理，实现了燃烧器的最佳工作效率；

2）应用新型高效格子砖，格孔直径Ф30mm，蓄热面积达到51.58m2/m3，提高了热风炉的蓄热能力和适应高温、短周期的工作能力；

3）开发了高风温热风炉控制专家系统：包括蓄热室传热及热量蓄积模型、拱顶温度监测及控制模型、废气温度监测及控制模型、双预热控制模型、最佳燃烧状态控制专家系统等；

4）首钢和迁钢根据上述研究自主开发了自动烧炉和新型热风炉自动燃烧技术，实现了热风炉的优化操作。

2.3低热值煤气高效利用实现风温1280℃

由于首钢迁钢高热值煤气（焦炉煤气、转炉煤气）资源紧缺，用于热风炉的燃料只能是单一高炉煤气。根据首钢迁钢4000m3高炉设计的操作水平，煤气利用率将旧能提高，使高炉煤气热值会降低到3100kJ/m3以下，热风炉的理论燃烧温度将低于1300℃。要达到设计风温，理论燃烧温度则应高于1455℃；另外根据环保要求，应充分利用低热值高炉煤气，以减少或完全不排放多余的高炉煤气。这些限制性条件为热风炉系统设计提出了必须解决的课题。

针对首钢迁钢实际情况，设计采用了由首钢国际工程公司开发的热风炉高温预热专利技术，可为热风炉提供600-700℃的高温助燃空气。这项高温空气预热系统的核心组件顶燃式热风炉（预热炉）采用了首钢国际工程公司自主研发的专利技术：新型顶燃式热风炉及其高效旋流扩散式燃烧器。预热系统主体由2座新型顶燃式热风炉和1座混风炉组成。内燃式热风炉的助燃空气量中预计有53%进入预热炉，预热到1100℃；然后在混风炉中与未预热的47%的冷助燃空气混合，将温度调整到600-700℃，送到内燃式热风炉使用。新型顶燃式热风炉作为预热炉使用，具有寿命长（超过30年）、工作及换热能力稳定、不会出现日久失效的问题等突出优点。

为更有效地提升热风炉的热效率，配套设计了热风炉烟气余热回收煤气低温预热系统，采用分离式热管换热器预热高炉煤气。在空气预热到650℃和煤气预热到180℃时，可将热风炉的拱顶温度提高到1430℃以上，使热风温度稳定达到1280℃。

图2：首钢迁钢4000m3高炉热风炉高温空气预热系统流程图

2.4高风温下的热风输送管道系统

首钢迁钢4000m3高炉热风管道属于高温、高压和大直径、长路由管道。在高炉大型化后，随着热风温度和压力的提高，热风安全输送问题日益突出，合理进行管道设置和设计已成为高炉能否使用高风温的重要限制性环节。为此，首钢国际工程公司总结以往热风管道出现的各种问题，分析热风管道在温度、压力、环境等变化时的工作状况，对管道设计进行系统优化，重点采用了以下维护稳定和长寿的措施：

1）选择合适的耐火材料，特别是使用高温蠕变率低的红柱石砖，提高管道内衬耐温及耐压能力。适当增加砖层厚度，使砖型楔度增大，提高砌筑结构稳定性。采用新型轻质保温材料，减少管道散热损失和输送中的温降，并将钢壳温度保持在150℃以下。