罗仕佳、徐小红、左自平
重庆钢铁集团电子有限责任公司 重庆市 400080
摘要：热风炉作为一种热交换设备，目的是为高炉冶炼提供持续、稳定的高温热风。目前被广泛采用的是蓄热式热风炉，其工作过程包括：高炉煤气燃烧放热、蓄热室格子砖蓄热、蓄热室格子砖对冷风加热并为高炉送风。为保证高炉能够获得持续、稳定的热风，以上过程需要在多个热风炉同时进行。高炉生产过程中要求风量和压力都处于稳定状态，冷风机将冷风送到热风炉，冷风在热风炉内获得热量、温度升高，一般进入到高炉内的热风温度在 1 000～1 300 ℃之间。
关键词： 热风炉；技术；应用
1立项的必要性
热风炉的任务为燃烧燃料蓄热、加热鼓风，连续将高炉生产所需的热风送往高炉。重钢4号高炉热风炉系统现有3座顶燃式热风炉，加热风量3450m3/min，运行风温1140℃。余热回收区采用分离行热管换热器回收烟气余热，并对煤气和助燃空气进行预热。风机区配置两台助燃风机，一用一备。原有3座顶燃式热风炉2006年在重钢大渡口厂区建成投入使用。2009年停产后2014年搬迁至长寿再次投产运行。2015年又再次停产，至2017年后再次投产。因06年原建成高炉炉容为1350m3，高炉搬迁至长寿后，炉容扩容至1780m3，风量增加至3450m3。高炉扩容后热风炉保持了原样搬迁，故原有热风炉加热和蓄热能力在新的送风量下不能满足1200℃的送风温度。且原有分离型热管换热器经过长年运行使用，随着时间的推移，其换热能力基本失效。本项目通过在现热风炉余热回收区位置新建一座顶燃式热风炉（4号），4号热风炉与现有的三座热风炉组成热风炉组，提升热风炉系统的平均风温。
2传统热风炉换炉技术的特点和不足
1.1传统热风炉换炉操作
操作人员在进行热风炉换风操作时，需要先和高炉及燃气主管部门报备，各项手续完成之后方可进行下一步操作。
（1）撤掉燃烧炉的操作步骤：关闭或者减小高炉煤气的用量；降低助燃风机的气体流量；关掉煤气调节开关和煤气闸板；关掉助燃风机的电源或者集中鼓风炉的空气调节开关；关掉燃烧闸板并开启煤气安全放散阀门。
（2）撤掉燃烧炉之后，开始送风的操作步骤： 缓慢开启冷风口以控制热风和冷风管道之间的压力平衡；待炉内充满风后依次开热风，冷风和冷风大闸阀门并平衡风温。
（3）停止送风，再次进行点火烧炉的操作步骤：依次关闭冷风阀门和小门，热风阀门，然后开启废风控制阀排出废风，以调节炉子和管道之间的压差；再开启烟气管道阀并关闭废风控制阀；之后开空气阀进气并打开燃烧闸板和煤气闸板。
传统的热风炉换炉技术主要遵循的原则：换炉时尽量减小造成的波动，提高换炉速度从而降低跑风量；换炉时控制风压的波动，一般来说，大高炉波动低于 20 kPa，小高炉波动低于 10 kPa；控制换炉过程中可能出现的风温波动。
2.2传统的热风炉换炉存在的问题
（1）热风炉换炉过程中会出现高炉风压波动， 会使得风量减小，炉内压力减小，造成炉料异常。
（2）换炉结束后，高炉压力会出现上升情况， 导致气流不通畅，压差增大，这时会造成局部崩料或者滑料。
（3）若换炉时正处于高炉出铁，可能会引起铁口提前喷出铁水花，导致出铁不完全。
（4）当前虽然有采用风机恒压鼓风换炉模式， 但也存在风压、风量调节的滞后性，仍存在约 5 kPa 左右风压波动，以及风机高频次模式转换带来的隐患问题。
3立项的目的和意义
为了为高炉提供稳定高温的热风，确保高炉的稳定顺行生产，重钢4高炉热风炉改造工程热风炉系统原有3座顶燃式热风炉，现设计增加1座顶燃式热风炉与原有3座热风炉组成4座热风炉组。自动换炉操作在原来的单炉自动、一烧一送、两烧一送基础上新增加两烧两送。本系统的二次仪表、热风炉HMI画面操作均设在高炉控制室内。
热风炉主要有三种工作状态：燃烧状态、送风状态和换炉过程。热风炉处于燃烧状态时，向热风炉送入煤气和助燃空气，燃料燃烧产生热量使热风炉蓄热；热风炉处于送风状态时，向燃烧结束的热风炉送入冷风，经热风炉加热后送入高炉。
上述二种状态间的转换定义为换炉过程。热风炉自动控制包括燃烧控制、送风温度控制、换炉时各阀门的顺序控制、送风湿度控制、助燃风机吸风口调节阀（设备带）压力调节、监测温度、压力、流量控制。余热回收区域和助燃风机区系统各设备不参与热风炉本体设备联动控制。
4主要研究内容及技术方案
4.1热风炉工作方式
热风炉系统有燃烧、送风、闷炉三种工作方式。热风炉处于燃烧状态时，向热风炉送入煤气和助燃空气，燃料燃烧产生热量使热风炉蓄热；热风炉处于送风状态时，向燃烧结束的热风炉送入冷风，经热风炉加热后送入高炉；热风炉所有阀全部关闭就处于闷炉状态。上述三种状态间的转换定义为换炉过程，从而组合出燃烧转送风、燃烧转闷炉、送风转燃烧、送风转闷炉、闷炉转送风、闷炉转燃烧六种换炉方式。
（1）燃烧转送风——关煤气切断阀、开氮气阀、关氮气阀、关煤气燃烧阀、开煤气放散阀、关空气燃烧阀、关烟道阀、开冷风均压阀、开热风阀、开冷风阀、关冷风均压阀。
（2）燃烧转闷炉——关煤气切断阀、开氮气阀、关氮气阀、关煤气燃烧阀、开煤气放散阀、关空气燃烧阀、关烟道阀。
（3）送风转燃烧——关冷风阀、关热风阀、开废气阀、开烟道阀、关废气阀、开煤气燃烧阀、关煤气放散阀、开氮气阀、开空气燃烧阀、开煤气切断阀、关氮气阀。
（4）送风转闷炉——关冷风阀、关热风阀。
（5）闷炉转燃烧——开废气阀、开烟道阀、关废气阀、开煤气燃烧阀、关煤气放散阀、开氮气阀、开空气燃烧阀、开煤气切断阀、关氮气阀。
（6）闷炉转送风——开冷风均压阀、开热风阀、开冷风阀、关冷风均压阀。
4.2热风炉送风工作制度
集中手动在解锁时有效，操作人员通过操作站画面上的操作面板对阀位的开关进行操作控制。单炉自动在联锁时有效，操作人员在操作画面上选择换炉方式，发出换炉指令后自动完成换炉过程。联动换炉在联锁时有效，操作工在操作画面上选择“两烧两送”、“两烧一送”或“一烧一送”方式，发出换炉指令后自动完成换炉过程。
4.2.1两烧两送
四座热风炉操作状态处于集中、联锁、联动换炉同时换炉操作选择两烧两送时有效，实现四座热风炉循环送风。当两烧一送转换成两烧两送时，需要投入的第四座炉子需单炉操作，必须确保四座炉子在两燃烧两送风状态，且四座炉子状态不能交叉（燃烧、送风、燃烧、送风或送风、燃烧、送风、燃烧），否则无法进行两烧两送换炉。循环方式如下：
4.2.2两烧一送
三座热风炉操作状态处于集中、联锁、联动换炉，一座热风炉操作状态处于换炉停止，同时换炉操作选择两烧一送时有效，实现三座热风炉循环送风。当两烧两送转换成两烧一送时或一烧一送转换成两烧一送时，必须确保所需的三座炉子在两燃烧一送风的状态，或者先进行单炉操作转成两燃烧一送风，否则无法进行两烧一送换炉。如下：
4.2.3一烧一送
两座热风炉操作状态处于集中、联锁、联动换炉，两座热风炉操作状态处于换炉停止，同时换炉操作选择一烧一送时有效，实现两座热风炉轮流送风。如下：
5技术关键点、难点及其解决途径
新建4#热风炉投产后，与原3座热风炉组成的热风炉系统采用二烧二送工作制度，换炉操作采用HMI集中控制，操作方式有全自动、单炉自动、手动及现场机旁操作等多种方式。操作体系（电气、仪表及自动化）与现有3座热风炉系统实现一体化，具备兼容性，能在一台工控机上实现对所有热风炉的监控和操作。本系统设有复位功能能够在发生紧急故障的情况下终止换炉过程，复位输出控制信号，从而保证系统和设备安全。
由于四高炉处于生产状态，原来3座热风炉不能停炉，而新建热风炉与原热风炉各介质管道又是连通的，导致无法进行联动试车。要确保程序的正确运行需模拟实际生产情况进行仿真调试，在确保万无一失后利用高炉休风时间进行调试及联动试车。
参考文献
[1]冯燕波，唐文权，陈秀娟.三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺[J].天津冶金，2020（02）:13- 15.
[2]温兴河.热风炉自动燃烧控制系统研究与应用[J].中国新技术产品，2018，14：13- 14.
[3]张益虎，刘华平.热风炉无波动换炉技术浅析[J].智能城市，2017
（8）：132.