关键技术研究与创新有哪些?

记者王庆

4月12日，中国金属学会官网科技新进展栏目刊发了首钢集团有限公司撰写的《高效低碳高风温热风炉关键技术研究与创新》一文，详细介绍了该技术的相关情况，受到业界的关注。

《中国冶金报》记者曾于去年8月4日参加了中国金属学会组织召开的由郑州安耐克实业有限公司、首钢集团有限公司等单位合作完成的“高效低碳高风温热风炉关键技术研究与创新”科技成果评价会。由中国工程院院士殷瑞钰、毛新平和北京科技大学冶金与生态工程学院院长张建良等组成的评价委员会一致认为，该项成果达到了国际领先水平。

短短8个多月的时间，该项科技成果又取得了新的业绩，作为钢铁行业权威学术组织的中国金属学会，在其官网上刊发首钢集团有限公司的长篇文章，向钢铁行业介绍这项具有国际领先水平的科技成果。

对此，作为持续关注该项科技成果最新进展的本报记者，日前与安耐克有关领导进行了沟通，对该项科技成果研发应用的相关情况进行了解和整理，希望能为钢铁行业特别是炼铁技术进步做些工作。

聚焦热风炉高风温技术发展关键难题

据介绍，该项目研究主要聚焦目前我国热风炉高风温技术发展过程中存在的以下六大关键难题：

一是我国高炉风温长期停滞在1100℃～1150℃，与国外先进水平相差约100℃。

二是热风炉燃烧过程因燃烧效率低、能量转化效率低，致使燃耗高，造成能源浪费和烟气排放总量高。

三是热风炉烟气超低排放的环保标准日益严格。热风炉烟气中污染物排放标准要求颗粒物、SO₂、NOx排放分别低于10mg/m³、50mg/m³、200mg/m³。

四是由于高温、高压、高富氧等复杂操作条件，导致热风炉高温区炉壳、高温高压管道和关键部位耐火材料，投产3～5年后出现异常破损、安全隐患和运行故障，制约提高风温、热风炉寿命和安全运行。

五是顶燃式热风炉在燃烧动力学领域缺乏深入理论研究，对热风炉燃烧-传热过程机理研究不足，能量高效转换、燃烧与传热、气体运动规律尚未全面掌握；同时，热风炉智能化精准操控缺乏理论和实践深入系统研究。

六是热风炉设计技术体系、冷-热态实验和测试方法、热风管道系统、高效蓄热室、长寿耐火材料、相关技术标准规范体系等多方面仍存在缺陷与弊端，制约了顶燃式热风炉技术提升和推广应用。

助力热风炉低碳绿色、高效长寿

该项目研究以高炉热风炉低碳绿色、高效长寿为目标，特别是围绕“双碳”发展和超低排放对高炉及热风炉节能减排、减污降碳的新要求、新标准，组建的联合技术攻关团队进行了长达10余年的系统深入研究。该项目研究主要包括七大内容：一是基于三维空间涡旋燃烧技术的顶燃式热风炉的研发；二是特大型热风炉超大功率陶瓷燃烧器关键技术研究；三是顶燃式热风炉关键耐火材料体系的研究；四是高炉热风系统安全长寿技术研究；五是内燃式热风炉改造为顶燃式热风炉的工程化集成创新与应用研究；六是基于热风炉耗散结构优化的动态精准控制模型开发；七是热风炉高效清洁与超低排放研究。

该项目研究总体技术思路是通过理论研究及数字化仿真研究、工程设计及关键技术研究开发、工程集成应用研究多层次、多维度进行系统全面的研究攻关。

该项目主要取得五个方面的创新性成果：

一是研究开发并应用了新一代高效低碳高风温顶燃式热风炉及其关键技术。

二是创新开发出顶燃式热风炉高效、低碳、清洁和低排放燃烧技术。

三是创建了新一代顶燃式热风炉工艺及耐火材料设计、制造、选用和配置技术标准体系。

四是研发了低应力-无过热热风炉炉体及管道长寿技术，设计开发了低应力热风炉炉体及热风管道体系。

五是开发了热风炉燃烧动态精准控制模型和智能化信息物理系统，开发了热风炉炉体及管道系统全天候智能化监测系统。

经济、社会和环境效益显著

近年来，该项目研究成果及相关技术，在项目完成单位9座高炉22座热风炉上应用。

以首钢京唐为例，京唐3号高炉热风炉集成应用了该项目研究成果及关键技术，包括热风炉清洁燃烧和高效传热、复合钢板炉壳、热风管道安全长寿等技术，于2019年4月投产至今应用效果优异。京唐3号高炉顶燃式热风炉投产5年来，经历了多种复杂工况，燃烧量在设计范围的30%～120%的工况条件下，运行稳定可靠，吨铁煤气消耗≤380m³/t，烟气中NOx≤50mg/m³、CO≤20mg/m³，在拱顶温度1370℃条件下风温达到1250℃，高炉生产高效低碳，达到并超越设计指标。京唐1号、2号高炉，分别于2009年5月和2010年6月投产，为了满足环保和长寿要求，对热风炉进行了全面技术升级改造。采用该项目研发的超大功率陶瓷燃烧器替代原有装置，大幅度提高了燃烧效率，污染物实现超低排放。结合热风炉炉壳开裂机理研究成果，热风炉炉壳采用了复合钢板及应力消除技术，提高了热风炉炉壳安全性，现已完成2座高炉5座热风炉的改造。2号高炉热风炉应用智能化控制模型，实现了热风炉动态精准控制。在其他新建和改造项目中，顶燃式热风炉应用后，风温和能效均显著提升，烟气中污染物排放大幅度降低，减污降碳效果突出。

同时，该研究成果已推广应用于国内外240余高炉、780座热风炉；核心技术获得俄罗斯、日本、乌克兰、印度等国专利授权；2021年，与俄罗斯MMK钢铁集团签订7号1280m³高炉内燃热风炉升级改造顶燃热风炉EP项目、印度JSW的5872m³高炉新建顶燃热风炉EP项目；突破国外技术壁垒，技术应用到国外，引领国际高风温热风炉技术发展。

该项目在首钢京唐、迁钢、中天钢铁和俄罗斯MMK钢铁等国内外高炉热风炉上应用，近3年累计经济效益达21亿元，经济、社会和环境效益显著，推广应用前景广阔。