2024年9月23日，中國金屬學會（原副理事長）專家委員會名譽委員王天義、學會副秘書長郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻、江蘇南京華電節(jié)能環(huán)保股份公司總經(jīng)理趙天鵬等一行，到訪河南鋼鐵豫興冶金節(jié)能技術有限公司（下文簡稱豫興冶金節(jié)能公司），豫興冶金節(jié)能公司董事長李松出差，其接待工作由公司熱風爐技術專家劉世聚主持。雙方就熱風爐系統(tǒng)節(jié)能減排重大技術問題進行了深入的交流研討。專家委員名譽委員王天義（原副理事長）開門見山的表明：我們此行的目的有兩個，一是期望在熱風爐系統(tǒng)領域推廣成熟可靠的創(chuàng)新節(jié)能技術成果，實行強強聯(lián)合，這將是節(jié)能技術實施領域大的突破。二是要落實2023年在京召開的熱風爐技術研討會“安鋼爐殼開裂改造經(jīng)驗和降低熱風爐煤氣消耗”技術的實際投入使用情況。豫興冶金節(jié)能公司技術專家劉世聚就上述問題向到訪的三位領導作了全面具體匯報。

圖為中國金屬學會（原副理事長）專家委員名譽委員王天義、學會副秘書長郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻、江蘇華電公司總經(jīng)理趙天鵬一行到訪豫興節(jié)能公司并留影。 

圖為中國金屬學會（原副理事長）名譽委員王天義、副秘書長郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻聽取趙天鵬和劉世聚匯報節(jié)能技術。

　　科學解決爐殼開裂難題迫在眉睫

　　安鋼4747 m3高爐熱風爐始建于2013年，投產(chǎn)至改造工作開啟時已基本運行10年。該高爐配置四座國外頂燃式熱風爐。其送風制度為二燒二送（交叉并聯(lián)）。其設置兩座頂燃式前置預熱爐對助燃空氣進行二次預熱，預熱后助燃空氣溫度最高420℃。單燒高爐煤氣，熱風爐設計拱頂溫度最高可達1400℃，煙道溫度最高400℃，設計最高風溫1300℃。

　　安鋼這組熱風爐運行兩年后的2015年，熱風爐燃燒室高溫區(qū)域爐殼出現(xiàn)縱橫焊縫開裂。并持續(xù)向焊縫兩邊10-15厘米范圍內(nèi)母材擴展，經(jīng)焊補和挖補處理仍頻繁開裂。熱風爐爐殼焊縫及焊縫周邊母材區(qū)域正向鋼材失效方面發(fā)展。已嚴重威脅熱風爐安全運行。因此，消除熱風爐安全隱患是一切工作的重中之重。同時熱風爐預燃室拱頂也伴隨有持續(xù)垮塌。權(quán)威人士分析認為，熱風爐燃燒器煤氣噴嘴爆震損壞是造成拱頂垮塌的主要因素。爐殼開裂存在安全隱患，燃燒器持續(xù)爆震損壞。上述綜合因素導致熱風爐拱頂溫度不得不控制在1330℃～1340℃，風溫控制在1180℃，送風壓力降至0.41MPa。這就導致安鋼出現(xiàn)了產(chǎn)能不足，噸鐵煤氣消耗居高不下，成本升高，嚴重影響了高爐熱風爐節(jié)能風溫和企業(yè)效益等情況的發(fā)生。因此解決這組熱風爐安全隱患和高消耗兩大問題迫在眉睫。

　　從宏觀上看，目前在我國采用特大型高爐配置的頂燃式熱風爐幾個用戶無一例外都出現(xiàn)了爐殼嚴重開裂現(xiàn)象，面對突如其來的爐殼大范圍開裂，使用戶及技術專家束手無策，均采取補焊、貼鋼板補焊、挖出焊縫損壞部位鋼板補焊、采取全部焊縫更換、爐殼加不銹鋼復合板更換爐殼等等技術措施，但均收效甚微，依然導致爐殼持續(xù)發(fā)生開裂漏氣的危險弊端。必須迅速采取標本兼治措施，從結(jié)構(gòu)、選材、安裝、防腐等環(huán)節(jié)迅速采取標本兼治的綜合措施，才能有效解決這些頑疾難題。

　　為了維護生產(chǎn)，減少損失，一些用戶采取降低風壓使爐殼受力負荷降低到安全工作范圍；降低拱頂溫度可降低燃燒期的氮氧化物、硫化物、氯化物等腐蝕介質(zhì)的生成量。只有這兩個問題都得到解決，熱風爐安全生產(chǎn)才能納入正常軌道。

　　早在上世紀70年代，豫興冶金節(jié)能總工程師符政學教授就特別關注熱風爐爐殼應力腐蝕開裂原因和研究采取相應的技術措施。尤其是1980年歐洲《鋼鐵工程師》雜志第一期第43-48頁刊登的熱風爐應力腐蝕開裂文章，引起了符政學教授的高度關注。因為該文章詳細分析了歐洲129座大型高爐熱風爐爐殼應力腐蝕開裂形成的機理，其中指出的應力和腐蝕介質(zhì)腐蝕是導致爐殼開裂的重要因素。文章對應力的產(chǎn)生和腐蝕介質(zhì)的產(chǎn)生做了詳細的研究分析說明，并提出一系列措施避免爐殼的應力腐蝕開裂。這一系列理論及預防措施令符政學驚喜地親自一字一句的將原文章進行了翻譯，翻譯手譯本共計21頁（歐洲《鋼鐵工程師》雜志和符政學翻譯該文章手譯本完好保存在豫興冶金節(jié)能公司檔案中），這是我國最早也是迄今為止持續(xù)44年以上拼盡全力研究熱風爐爐殼應力腐蝕開裂的唯一文字記錄和報道。由于上世紀我國熱風爐風溫還處在1050℃-1150℃送風區(qū)間（鮮有1200℃），而風溫低壓力低爐殼開裂尚不常見，但符政學教授的研究一刻也沒有停止，直到時隔30年后的2010年，山西建邦鋼鐵集團通才工貿(mào)有限公司籌建1860m3高爐配套的高壓高風溫頂燃式熱風爐時，該公司自上而下對節(jié)能高風溫要求異常高漲，結(jié)合此前在該公司2座450m3高爐配套豫興冶金節(jié)能公司擁有的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐取得了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高風溫的良好業(yè)績和成果，該公司總裁和技術專家決策層決定1860m3高爐配套豫興懸鏈線頂燃式熱風爐，設計風溫1320℃（見2013年網(wǎng)上有關此文章報道），送風時間60分鐘，風壓0.454Mpa，配置4座熱風爐，兩座預熱爐，空氣預熱溫度大于450℃，在設計這套頂燃式熱風爐時，符政學提出，要拋棄現(xiàn)有引進國外且主流頂燃式熱風爐的多個誤區(qū)，采取下列創(chuàng)新舉措就能出奇制勝。

　　一是拋棄頂燃式熱風爐無一例外采用的具有焊接瑕疵、焊接氣孔、熱脆、冷脆特性的普通Q345C碳鋼，優(yōu)化設計為具有韌性強、具有良好焊接性能的Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼做熱風爐爐殼，抵御焊縫質(zhì)量瑕疵導致的應力及腐蝕介質(zhì)的腐蝕開裂。這也是借鑒歐洲應力腐蝕開裂經(jīng)驗和自主研究完善防爐殼應力腐蝕開裂成果在我國首次高規(guī)格高質(zhì)量設計應用。時任山西建邦鋼鐵集團公司總工程師的武會卿非常認同符政學教授提出的設計理念，爐殼材質(zhì)理所當然選擇了Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼；

　　二是熱風爐不采用結(jié)構(gòu)復雜，且受力不合理、應力集中的保齡球式小帽子頂燃式熱風爐，選用結(jié)構(gòu)簡單，受力合理，國外普遍使用長達60年高風溫驗證的懸鏈線拱頂結(jié)構(gòu)和爐殼結(jié)構(gòu)，這一設計理念是避免爐殼應力腐蝕開裂的一個重要環(huán)節(jié)；

　　三是廢除了頂燃式熱風爐爐殼規(guī)范計算公式的直徑乘以經(jīng)驗模數(shù)公式，改為壓力容器公式結(jié)合經(jīng)驗、爆炸負荷、壓力、腐蝕系數(shù)、焊縫系數(shù)、夾角系數(shù)的綜合編程計算公式，經(jīng)反復實踐驗科學計算設計爐殼；

　　四是在高風溫工況條件下，一定會產(chǎn)生大量的氮氧化物、氯化物、硫化物等與助燃空氣中的水分、煤氣中的水分高溫蒸發(fā)形成蒸汽，在爐內(nèi)外溫差工況環(huán)境下、形成冷凝水懸掛在爐殼內(nèi)壁之上，與上述腐蝕介質(zhì)形成酸根腐蝕爐殼。富有研究經(jīng)驗的符總帶領豫興技術團隊采取了更加有別與行業(yè)采取的防腐措施（包括不銹鋼襯板、防晶間涂料）徹底解決對爐殼焊縫更有效特殊防腐蝕技術。

　　上述技術措施在于2012年7月12日點火投產(chǎn)的山西建邦集團通才公司1860m3高爐熱風爐應用，當年10、11月份實現(xiàn)兩個月平均風溫1314.7度國內(nèi)高風溫紀錄至今沒被超越。這是符政學教授歷盡幾十年心血率領設計研發(fā)團隊依據(jù)借鑒西方理論，結(jié)合符政學教授理論研究與實踐，旗開得勝取得的首個重大創(chuàng)新成果。至今12年過去了，該高爐熱風爐爐殼都未出現(xiàn)絲毫龜裂網(wǎng)裂現(xiàn)象，熱風爐也穩(wěn)定長壽。

　　而且，這是迄今為止我國第一例防應力腐蝕開裂成功設計工程項目。為后期我國的防熱風爐應力腐蝕開裂和開展對目前國內(nèi)因應力腐蝕而開裂熱風爐的優(yōu)化改造工作，提供了科學的有據(jù)可循的設計改造依據(jù)。

　　我國安鋼4747m3特大型高爐頂燃式熱風爐爐殼嚴重開裂后數(shù)年持續(xù)采用焊補、補焊、挖補等措施無法遏制爐殼繼續(xù)快列開裂，使豫興冶金節(jié)能公司人在建邦鋼鐵通才公司取得的創(chuàng)新成果有了千載難逢用武之地。與安鋼人經(jīng)過兩年多六輪的技術交流，論證，考察使用豫興懸鏈線頂燃式熱風爐用戶的實際應用情況，最終于2022年確定其4747m3高爐頂燃式熱風爐爐殼開裂及降本增效的節(jié)能改造工作，委托豫興冶金節(jié)能公司優(yōu)化設計改造。這一重大的光榮的重擔以符政學教授為首的豫興冶金節(jié)能公司挑了起來，該特大型高爐熱風爐改造的基本要求有下列五條：

　　一是將結(jié)構(gòu)復雜應力集中保齡球式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為受力合理結(jié)構(gòu)簡單的懸鏈線頂燃式結(jié)構(gòu)；二是與安鋼鋼研所共同研發(fā)了性能優(yōu)越于Q345R板材的AG490LK新精品鋼專用爐殼材料制品制作爐殼，材質(zhì)的焊接性能和抗腐蝕性能大大提高；三是在內(nèi)部焊縫及熱影響區(qū)域采用了特殊防腐工藝技術，徹底將高風溫腐蝕介質(zhì)與爐殼焊縫及熱影響區(qū)域?qū)嵤┝烁艚^；四是焊接過程中采取了多項消除應力措施；五是拋棄了經(jīng)驗計算公式，采用了綜合科學且實踐驗證的綜合計算公式確定爐殼幾何尺寸。上述技術措施優(yōu)化改造方案得到了供需雙方全員通過。

　　2023年 5月 9 日，河南鋼鐵豫興冶金節(jié)能技術公司與河南鋼鐵集團安鋼公司正式簽訂安鋼4747m3高爐頂燃式熱風爐爐殼開裂及降耗優(yōu)化改造工程合同，四座熱風爐在線改造總工期400天，自2023年9月18日1號熱風爐正式打響改造第一槍起，歷經(jīng)近100天緊張高效施工，于2023年12月25號烘爐結(jié)束，1號熱風爐正式交付使用。2024年3月23日啟動2號熱風爐優(yōu)化改造，于6月25日烘爐結(jié)束投產(chǎn)，截止目前，改造后的風溫實現(xiàn)了1200℃-1230℃風溫的設計要求，單爐煤氣消耗每天降低5萬立方米，熱風爐全部改造完畢后，四座熱風爐每天可以降低煤氣消耗20萬立方米以上，預熱及系統(tǒng)優(yōu)化改造措施實施后，可實現(xiàn)噸鐵煤氣消耗降低80m3。安鋼4747m3高爐每天出鐵10500噸，按一年350天正常生產(chǎn)，煤氣消耗可以節(jié)約2.94億立方米，按照每立方米煤氣0.10元市場價格核算，每年可以節(jié)省2940萬元。

　　在對安鋼4747m3特大型高爐原頂燃式熱風爐在生產(chǎn)實踐中總結(jié)查找出來的一系列技術缺陷實施了優(yōu)化改進之后，專家們認為，該熱風爐及爐殼使用壽命將會大于25-30年。

圖為安鋼4747立方米特大型高爐原頂燃式熱風爐，因爐殼開裂而優(yōu)化改造工作正進行中。（劉世聚供圖） 

　　豫興冶金節(jié)能公司專家劉世聚還介紹：安鋼4747m3高爐頂燃式熱風爐爐殼開裂和煤氣節(jié)能改造，是國際國內(nèi)在3200m3以上高爐頂燃式熱風爐領域首次切割爐殼爐型結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造和爐殼開裂優(yōu)化改造第一案例。這一成功的改造成果，為我國4000-5500m3特大型高爐爐殼應力腐蝕開裂及節(jié)能改造積累了更豐富的理論和實踐經(jīng)驗，為遏制這些重大項目的爐殼開裂和節(jié)能改造，為頂燃式熱風爐穩(wěn)定長壽節(jié)能高風溫做出了重大貢獻。

　　學會專家委員會名譽委員王天義（原副理事長）、郝副秘書長，河鋼集團郭總及與會領導都對此重大成果和工程予以肯定和支持，并堅信豫興冶金節(jié)能公司科技創(chuàng)新道路會越走越寬廣，期望與該領域熱風爐系統(tǒng)先進技術企業(yè)強強聯(lián)合，集成系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術，引領行業(yè)技術走在世界前列繼續(xù)努力，并早日實現(xiàn)豫興冶金節(jié)能公司規(guī)劃的新的技術發(fā)展宏偉藍圖---熱風爐二氧化碳零排放技術的中試成功并投放市場。