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中冶南方顶燃式热风炉技术

热风炉是高炉生产的重要辅助设施。热风炉通过燃烧煤气在热风炉内蓄积

热量，然后放出热量加热高炉所使用的空气并进入高炉。高的热风温度可以增加

带入高炉的热量，降低高炉的消耗。热风炉性能的优劣直接影响到自身和高

炉的正常运行，使用效率及使用。由于高炉炉容扩大、冶炼强化等方面

的需求，对热风炉风温提出了更高的要求。进一步提高热风炉温度，延长热风炉

，便成为高炉降低焦比、提高生铁产量、提高煤粉喷吹量、降低高炉生产成

本、提高经济效益的有力措施。高温、长寿、高效率热风炉就是热风炉的发

展方向。

目前工业上使用最多的热风炉结构形式为内燃式、外燃式和顶燃式三种。

其中内燃式热风炉的隔墙为薄弱环节，长期使用容易产生鼓包、穿孔等问题，

不仅热风炉使用受到影响，风温也受到影响。内燃式热风炉的气流分布不均

匀度较高，影响到蓄热格砖的使用效率。外燃式热风炉燃烧室和蓄热室分开，结

构形式稳定，但占地面积较大，投资较高，适合于大型、特大型高炉使用。

顶燃式热风炉技术我国在70年代就进行了开发，并在部分高炉上使用。但

旧式顶燃式热风炉是在拱顶上直接开孔设置燃烧器，该部位交变温度应力大，燃

烧器使用不长，限制了该技术的广泛推广使用。

近10年来，顶燃式热风炉在我国的应用取得了突飞猛进的发展。一方面，

引进国外先进技术，取得了可喜的成果；另一方面，在总结过去经验的基础上，

自主研制开发了多种多样的结构形式，大胆应用。

顶燃式热风炉从上至下均是对称性结构，且炉型简单、结构强度好，与外燃

式热风炉相比，它排除了各种外燃式热风炉不能从根本上消除炉体结构的不对称

性问题；与内燃式热风炉相比，它没有隔墙，从而消除了由复杂的隔墙结构带来

的隔墙不稳定性问题，而且在外径不变的情况下，其蓄热室面积较内燃式增加了

25~30%，有利于提高风温。由于顶燃式热风炉具有燃烧强度大，火焰距离短，充

分利用拱顶作为燃烧空间，气流分布均匀、结构相对简单等优点，近年得到了越

来越广泛的应用。

中冶南方在研究了国外及国内各种顶燃式热风炉技术的基础上，联合华

技大学进行了关于顶燃式热风炉的全面技术开发。该研发通过建立实物模型实验

与数值模拟相结合，相互验证，并从燃烧理论、结构形式、材料选择等方面进行

综合研究，形成了具有自主知识的新型顶燃式热风炉的技术，并运用到

了大量的工程实践冶南方已经取得了“多层对流强混高效燃烧器，专利

号：ZL200620097132.1”；“火焰长度可调的高效燃烧器，专利号：

ZL200610019312.2”；“高炉热风炉用炉篦子及支柱装置，专利号：

ZL2007200866654”；“热风炉自动寻优燃烧智能控制方法，专利号：

ZL200910258938.2”等多项专利。

1.高效长寿燃烧器

一般而言，高炉煤气中所含可燃物质约24%左右，大部分成分是氮气，所以

热风炉燃烧器的工作情况是，煤气体积大于空气体积，燃烧过程中可燃组分与氧

气间的混合过程是一个十分重要的、制约性的关键环节。大型燃烧器要求具

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有1×10m/h以上的煤气通过能力，改善气流混合的方法之一是使用多个燃烧

器，以降低对单个燃烧器所要求的混合强度，但此方法在我国七十、八十年代进

行过研究与使用，潜力不大；更有效的方法可能是，适当地组织气流，加强气流

的流动混合。

顶燃式热风炉必须有一套强有力的燃烧器装置，使火焰长度短，即必须在热

风炉拱顶内，把需要的高炉煤气燃烧完毕，火焰区域不能进入格子砖。目前热风

炉用的各种陶瓷燃烧器，火焰长度由长到短的顺序是套筒式燃烧器、矩形燃烧器、

新日铁三环燃烧器、中空栅格燃烧器；套筒式燃烧器的火焰最长，其平均火焰长

度可达20m以上；这些都是以扩散火焰为主的燃烧器，除火焰长外，在结构上

也还有很多