摘要对热风炉采用新型高效蜂窝格子砖的条件进行了分析，并通过大量计算比较，论证了热风炉采用新型高效蜂窝格子砖的可行性和合理性，实践应用表明其使用效果良好。

关键词高炉热风炉格子砖

1引言   

精料水平的不断提高，为高炉接受高风温创造了有利条件；同时，焦炭价格上涨、喷煤量不断增加又对高风温提出了迫切需求，因此通过近年来炼铁工作者不懈努力，风温水平有了较大提高。据不完全统计，2004年250m³以上高炉平均风温1 074℃，有43座高炉的热风温度大于1100℃，风温最高的是宝钢3号高炉，达到1 249 ℃。然而，我国风温水平除个别高炉达到国际先进水平外，大多数高炉与国外先进水平相比还存在较大差距，仍然没有摆脱徘徊局面。影响风温的因素很多，归纳起来主要有燃料条件、热风炉结构以及热风炉操作三类。热风炉蓄热室结构是热风炉能否提供高风温的关键之一，本文从改进热风炉结构，特别是通过研制开发新型高效蜂窝格子砖、改进蓄热室结构人手，探讨提高风温的可行性及经济合理性。

2采用新型高效蜂窝格子砖的条件

热风炉蓄热室主要有块状格子砖蓄热体和耐火球蓄热体两种。块状格子砖蓄热体在大中型高炉热风炉上应用较为普遍，较早的热风炉主要采用5孔格子砖，格孔有矩形或正方形等，孔径普遍在50 mm×50mm(流体直径51．79mm)以上，格子砖换热面积小且当量厚度大。自宝钢1号高炉投产以后，开始推广格孔直径为Ø43mm的7孔格子砖，格子砖换热面积提高到38．06 m²／m³，当量厚度31 mm，格子砖热工特性得到较大提升。近几年，国内外格子砖格孔直径不断减小，从Ø43 mm逐步发展到Ø40mm、Ø35 mm，自俄罗斯卡卢金顶燃式热风炉开始采用格孔直径为Ø30 mm的新型19孔格子砖以来，其热工特性得到了进一步提高。

    格子砖格孔直径由大变小，是随着煤气、耐材和格子砖制造工艺提高而进行的。减小格子砖格孔直径，必须具备以下条件：一是煤气含尘量少；二是耐材具有优良的抗渣化性能；三是格子砖可以经济地制造出来。

    随着高炉冶炼技术进步和无料钟炉顶装料设备的普遍使用，炉顶压力得到较大提高，小型高炉一般在0．1 MPa以上，大中型高炉一般在0．15～0．25 MPa，可满足煤气净化所需顶压要求。煤气清洗系统设备技术进步为煤气净化创造了有利条件，如大型高炉采用旋风除尘器一环缝洗涤器工艺，净煤气含尘量降到5 mg／m³以下；中小型高炉普遍采用干式布袋除尘器，净煤气含尘量也降到5 mg／m³以下，有些高炉甚至只有2～3 mg／m³，为采用高效蜂窝格子砖奠定了基础。

       耐火材料技术进步，为采用高效蜂窝格子砖提供了可靠保证。目前大中型高风温热风炉在高温区普遍采用了硅砖，中小型高炉多采用低蠕变高铝砖，甚至采用了刚玉、莫来石等高档耐火材料，其高温性能好，抗渣化能力大幅度提高，基本解决了蓄热体上部渣化、粘结、变形等问题。在高温区格子砖表面涂微纳米高温远红外涂料，在格子砖表面形成一层致密保护层，不仅可增加格子砖吸收率和发射率，还可进一步提高格子砖抗渣化能力。

       格子砖加工工艺技术进步为采用高效蜂窝格子砖创造了条件。格子砖砖型复杂，加工制造难度较大，特别是当格孔直径和当量厚度减小时，制造难度更大。主要问题在于小格孔格子砖尺寸精度要求高，制造过程中难以保证，且格子砖成型困难，成品率低，格子砖体积密度和抗压强度指标不达标等。经过反复探索和试验，郑州安耐克实业有限公司已经掌握了小格孔高效蜂窝格子砖的全套制造技术，目前已经研制成功并批量生产出格孔直径为Ø35 mm、Ø33mm、Ø30mm、Ø28mm、Ø25mm、Ø23mm、Ø20 mm等不同孔径、不同孔型(圆型或多边型)的19孔、3l孔、37孔、61孔系列高效蜂窝格子砖，为热风炉采用高效蜂窝格子砖扩宽了产品选择范围。

3各种蓄热体热工性能比较

      格子砖单位体积换热面积和单位体积格子砖重量是两个最重要的特性参数，是由格孔流体直径和活面积两个基本参数决定的。单位体积换热面积保证在单位时间内格子砖和流体之间具有足够热交换面积，单位体积格子砖重量保证有充足的热储存量.格子砖优化的前提是在相同单位体积格子砖重量条件下获得更大的换热面积。研制成功的几种典型格子砖与传统7孔砖、耐火球热工特性见表1。表中只例举了4种比较典型的格子砖参数，实际应用可根据具体条件适当调整，例如Ø25mm31孔砖也可以设计成37孔砖，格孔直径可以在上述孔径之间进行选择，孔型也有圆孔或多边形孔之分等。

       Ø30mml9孔砖与传统Ø43mm7孔砖相比，由于19孔砖换热面积和填充系数(格子砖重量)都较大，在相同的蓄热室空间内，装入的格子砖重量和换热面积更大，即更有效地利用了热风炉炉内空间。对于新建热风炉，在蓄热室格子砖重量相同的条件下，总蓄热面积可以增加18．6％，格子砖体积(既蓄热室容积)减少7．1％，相应减少了热风炉投资。对于改造的热风炉，在相同蓄热室容积条件下，采用19孔砖比采用传统7孔砖换热面积增加27．5％，格子砖总重量增加7．6％；采用Ø20mm的37孔格子砖换热面积增加80．5％，格子砖总重量增加11．2％。由此可见，采用小格孔直径的高效蜂窝格子砖，热工特性得到优化，从而以更少的投资获得了更好的使用效果。

    针对中小型高炉，可采用Ø25mm的31孔格子砖或Ø20mm的37孔格子砖，其换热面积和填充系数分别相当于Ø65 mm和Ø55 mm耐火球蓄热体的热工特性参数，意味着通过优化格子砖热工特性，在耐火材料重量基本相同的条件下，可以达到与耐火球相当的换热面积，格子砖蓄热体完全可以取代耐火球蓄热体。

4  新型高效蜂窝格子砖使用效果计算和分析

    下面通过对比计算，分析采用不同形式蓄热体的可行性和合理性。需要说明的是，计算是基于相同的前提条件，只改变少数参数，计算结果具有较强的对比性，不同计算方法可能会导致计算结果有所出入。

4．1    Ø43mm传统7孔砖与Ø30mml9孔砖对比

    以4000m³级高炉热风炉为例，配备4座新日铁外燃式热风炉，采用交错并联工作制度，送风量7 200 Nm³／h，以高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气混合煤气为燃料，混合煤气和助燃空气进行双预热，后温度分别为135 ℃和122℃，冷风温度、拱顶温度和最高废气温度分别为180 ℃、1 450℃和300℃,在格子砖总重量相同条件下，分别计算采用格孔直径Ø43 mm传统7孔砖和格孔直径Ø30 mml9孔格子砖对操作参数的影响，计算结果见表2。

计算结果表明，4000m3级高炉热风炉在送风量相同，燃料条件相同，拱顶温度和废气温度相同,格子砖总重量相同，蓄热室燃烧期阻力损失相同等条件下，采用Ø30 mml9孔格子砖比Ø43 mm传统7 孔砖蓄热室总换热面积增加l 8．6％，煤气用量增加2．5％，热风温度达到1350℃，比Ø43mm7孔格子砖提高了38℃。采用小格孔高效蜂窝格子砖时热风炉可以消化更多的煤气量，一方面储备更充足的热量，另一方面由于换热面积增加，减小了热风温度与拱顶温度的温度差，从而可以取得提高风温的明显效果。

当4000 m3级高炉热风炉格子砖由Ø43 mm7孔格子砖改为Ø30 mml9孔格子砖时，应相应对蓄热室结构(断面积和高度)进行调整，以保证蓄热室总阻力损失维持在原来水平(约2300Pa)。若只是简单将Ø43 mm7孔砖改为Ø30 mml9孔砖，而蓄热室结构不变，虽可以取得更为显著的提高风温效果(约65℃)，但是蓄热室总阻力损失将大幅度增加(约增加 84％)。

4.2 Ø30mml9孔砖与Ø25mm31孔砖对比

以600m3高炉为例，送风量2 100Nm3／min，配备3座旋切式顶燃式热风炉，两烧一送工作制，助燃空气温度220 ℃，高炉煤气温度(无预热)130℃，热风炉其他主要结构和性能相同，分别计算采用格孔直径Ø30mml9孔砖和格孔直径Ø25 mm31孔砖，计算结果见表3。

 600m³高炉热风炉在送风量、燃料条件、蓄热室断面积和蓄热室高度、拱顶温度和废气温度等完全相同条件下，采用Ø25 mm31孔砖比Ø30mml9孔砖蓄热室总换热面积增加19．7％，煤气用量基本不变，送风温度从1 161℃提高到1180℃，表明格孔由Ø30mm进一步减小到Ø25mm，仍然能够提高19 ℃风温。提高风温的效果虽不如上例显著，但其增产节焦的效果也是可观的。提高风温的主要原因是由于换热面积增加减小了周期热风温度下降。当短送风周期时间匹配小格孔格子砖时，格子砖当量厚度相应减小，砖的利用率更高，此时应用小格孔格子砖效果更好。

 本例计算前提是蓄热室断面积和蓄热室高度完全相同，只是Ø30mml9孔砖更换为Ø25mm31孔砖，蓄热室阻力损失增加了17．5％。因为两种格子砖活面积基本相同(见表1)，两种蓄热室内介质流速基本相同，对阻力损失增加的主要原因是格子砖孔径减小导致摩擦阻力损失增加。

4．3  耐火球蓄热体与Ø25mm3l孔砖计算结果比较

 仍以600m³高炉为例，在同等条件下，对采用Ø60／Ø40mm两段式耐火球蓄热体和(Ø25 mm31孔格子砖蓄热体，使用效果比较见表4。

 600 m³高炉分别采用4座Ø60／Ø40 mm耐火球蓄热体旋切顶燃热风炉和3座Ø25mm3 l孔格子砖蓄热体旋切顶燃热风炉，当达到相同热风温度时，格子砖热风炉比球式热风炉总换热面积需要增加7．6％，蓄热体砖重增加36．4％。因为两种热风炉所采用的座数不同，实际上格子砖热风炉比球式热风炉耐火材料总量只是略有增加。若进一步将格子砖孔径减小到Ø20mm的31孔格子砖，达到同样风温所需要的耐火材料重量差别将进一步缩小。

因为小格孔高效蜂窝格子砖的热工性能得到大幅度提高，中小型高炉热风炉采用高效蜂窝格子砖热风炉也可以达到球式热风炉相同的高风温效果。Ø25mm31孔格子砖热风炉比Ø60／Ø40mm耐火球蓄热体热风炉蓄热室阻力损失降低46．3％，更有利于高炉强化冶炼和节能。采用格子砖蓄热体的热风炉，煤气压力达4kPa就可保证其全负荷运行，适应性更强。另外，格子砖热风炉寿命可达两代高炉炉役，避免了球式热风炉需1～3年更换一次耐火球对正常生产造成的影响和成本支出。由此可见，采用格子砖蓄热体的优点是很显著的。

5新型高效格子砖的加工和应用实践

随着单块格子砖孔数增多和孔径的减小，对格子砖加工精度提出了更高要求，给格子砖的制造增加了难度。原料的选择、颗粒级配、水的加入量、烧结方式、烧结过程中砖坯的摆放以及升温曲线的控制等都对格子砖的性能有很大的影响，各道工序的配合和加工工艺应有更高的标准。例如为了保证格子砖砌筑通孔率，格孔位置公差远高于规范要求，这就要求模具的加工要非常的精确。成型过程中压力过大容易造成层裂，压力太小体积密度难以保证，影响砖的抗压强度和蓄热能力，不但要求有先进的加工设备，而且工人应熟练掌握操作技巧并严格按规程操作。为了保证格子砖的使用性能，应选择拥有先进的生产设备和丰富制作经验厂家的产品。

天津钢铁有限公司1号高炉，有效容积为2000m³，采用3座新日铁外燃式热风炉，两烧一送工作制，以单一高炉煤气为燃料，热风炉蓄热室砌筑Ø30 mml9孔格子砖，格子砖换热面积48．06m²／m³，配备附加燃烧炉的煤气和助燃空气双预热系统。在附加燃烧炉没有投入运行，煤气和助燃空气预热温度约160℃的情况下，月平均风温达到了l 160℃以上。天钢l号高炉2006年2～4月主要技术经济指标见表5。

天钢l号高炉单一高炉煤气实现较高风温的原因除热风炉燃烧器燃烧完全以外，最主要原因是采用了小格孔高效蜂窝格子砖，单位炉容换热面积和蓄热体砖重较大。天钢1号高炉使用效果证明,小格孔高效蜂窝格子砖是完全可行和经济合理的。目前由郑州安耐克实业有限公司生产的19孔、37孔系列新型高效蜂窝格子砖已成功地应用于天钢3200m³、湘钢2800m³、承钢2500m³、首秦1 800m³、重钢1 350 m³、印度SISCOL钢铁厂550 m³、印度SUNFLAG钢铁厂550 m³等高炉配备的热风炉和预热炉上，并取得了良好的使用效果。其开发生产的31孔格子砖也已确定在承德建龙钢铁公司和唐山松汀钢铁公司600m³高炉上应用。  

6  结语   

(1)煤气除尘效果改善、耐材质量提高和格子砖加工工艺进步是热风炉采用小格孔高效蜂窝格子砖的条件。   

 (2)条件基本相同情况下，大型高炉采用Ø30mml9孔砖比Ø43 mm的传统7孔砖可提高风温38℃。   

 (3)中小型高炉采用Ø25 mm31孔砖比Ø30mm19孔砖送风温度提高19℃，送风期阻力损失增加17．5％。   

 (4)中小型高炉采用小格孔高效蜂窝格子砖可以达到球式热风炉同等送风温度水平，送风期阻力损失可以减少46．3％，而且可免除更换耐火球的麻烦。