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新型顶燃式热风炉技术原理和研究过程
2.1 新型顶燃式热风炉理论研究
热风炉是典型的蓄热室热交换器，其热交换过程具有周期性和非稳态的特点，因此对热风炉蓄热放热的研究应以非稳态热交换理论为基础，建立热风炉蓄热室非稳态热交换方程组，利用数值计算方法求解。
自主研发了热风炉燃烧和传热计算程序，可根据不同工况条件和操作制度，优化热风炉蓄热面积和结构尺寸，大大提高了设计效率和设计精准性。
2.2 新型顶燃式热风炉计算流体力学研究
用CFD技术（计算流体力学技术）进行模拟计算，针对特大型耐磨板新型顶燃式热风炉的结构形式，建立三维模型，优化燃烧器结构形式，合理设置助燃空气和煤气的烧嘴布置，使燃烧产生的高温烟气形成均匀有序的旋流流场，使蓄热室被均匀加热，提高其利用率，实现换热。
利用CFD技术优化设计新型顶燃式热风炉，从理论研究的层面确保热风炉及其燃烧器能够满足特大型耐磨板超高风温的工作要求，确保CO完全燃烧，炉内温度分布均匀，产生均匀有序的高温烟气旋流流场，均匀进入蓄热室，充分发挥蓄热室的储热放热功能。
2.3 新型顶燃式热风炉冷态实验研究
为研究掌握不同喷口形式对热风炉内部流场分部的影响规律，根据相似定律，搭建了新型顶燃式热风炉冷态实验模型，通过测定不同喷口处的气体流速，检验气体分配的均匀性；通过测量冷态模型内部的速度、压力、温度，对数值模拟的计算结果进行验证；通过调整空煤气的喷口形式和角度，结合实验和计算机模拟，找出适用于实际热风炉的规律；根据测定的压力损失，推算实际热风炉的压力损失。
紧凑化工艺技术
伴随着高炉容积的不断增大，高炉煤气发生量也大幅增加。1000m3级别至5500m3级别高炉煤气发生量差别巨大，除尘器箱体直径的大小关系到干法除尘系统的整体布置，要求干法袋式除尘系统箱体配置应与工艺参数同步，直径与单箱体煤气处理量系列化，保持合理的箱体数量配置，使工艺流程紧凑化，达到 的性价比配置。紧凑化工艺技术主要有以下几点：
1）与高炉容积匹配的除尘器直径与数量：应根据不同容积高炉煤气量的变化选择相适宜的除尘器直径和除尘器数量。除尘器箱体数量一般为10-16台之间，数量太少，不能满足维护检修的倒箱操作，一旦因为偶发事故造成布袋破损，会造成系统负荷过大，难以保持稳定；数量太多，投资和占地面积大幅增加，设备日常维护量大，造成资源浪费。
2）除尘器结构优化及流场分析：除尘器箱体是高炉煤气干法除尘系统主要设备之一，对于确保系统的、稳定运行有着重要作用。通过对除尘器壳体进行应力分析，研究除尘器结构的局部薄弱点，进行局部调整降低应力集中，提高设备与稳定性。除尘器箱体内部采用特殊的导流结构，使得除尘器箱体煤气气流分布均匀，降低了流速，大大减少了滤袋异常破损的发生，保证整个系统满足高炉的持续稳定生产。
3）合理进行工艺布局：根据除尘器数量和总图情况，合理进行工艺布局。工艺布置应满足以下几点要求：占地长宽比列合适、美观；操作巡检方便，吊装范围合理；煤气气流分布合理，减少荒煤气主管道积灰的可能；主框架受力合理，各层平台宽阔，有效利用空间；脉冲设备布置（布袋、袋笼更换）平台开阔，吊装和更换布袋、袋笼方便。
技术研发背景
提高风温是耐磨板炼铁的关键技术，是强化冶炼、降低焦比、增加产量的有效措施，是耐磨板炼铁技术发展循环经济的重要技术途径。特大型耐磨板达到≥1300℃超高风温，存在诸多重大技术难题，关键技术被国外公司垄断。如何在全烧耐磨板煤气条件下实现1300℃超高风温，如何确保管系在高温高压条件下稳定可靠工作等，都是业内人士一直研究和探索的技术难题。
首钢国际工程公司早在20世纪70年代成功设计应用了首钢顶燃式热风炉后，一直致力于顶燃式热风炉的技术改进和研发工作，有着丰富的顶燃式热风炉设计经验。首钢国际工程公司技术团队针对首钢京唐5500m3特大型耐磨板总体设计要求，通过对不同形式的热风炉进行综合比较，多方听取专家学者的意见建议，并多次技术论证，认为依托首钢在顶燃式热风炉设计使用上的丰富经验，积极吸收国内外先进技术，在5500m3特大型耐磨板上设计投产新型顶燃式热风炉是完全可行的，但要针对燃烧器、蓄热室、预热工艺、管系等关键技术和设备进行攻关，确保在特大型耐磨板上利用新型顶燃式热风炉长期稳定的实现超高风温。
终，通过技术团队的努力，首钢国际工程公司拥有多项 的特大型超高风温顶燃式热风炉技术终于成功应用到了首钢京唐5500m3特大型耐磨板上。该技术采用顶燃式热风炉，全烧耐磨板煤气实现了1300℃超高风温，以动态精准设计体系为手段，研发应用了特大型顶燃式热风炉技术、两级双预热技术、低应力无过热管系技术等多项关键技术集成，取得授权 8项，其中发明 5项。同时，特大型超高风温热风炉关键技术研究与应用获北京市科学技术一等奖。
技术装备研发和设计背景
耐磨板是转炉炼钢的主要原料之一，通常占装入量的10%-20%。为保证转炉冶炼高附加值产品，对耐磨板的质量和品种要求极为严格。当转炉冶炼不同钢种时，对加入耐磨板的成分和规格都有严格要求，耐磨板质量好坏和加入量都将直接影响转炉炼钢工艺操作、产品质量、产量等技术经济指标。为确保炼钢有准确的耐磨板加入量，更便于炼钢生产组织，操作稳定、实现过程自动控制，增加高附加值产品，提高炼钢生产率，就必须保证炼钢有合适的铁水耐磨板比和准确的耐磨板加入量。
耐磨板的主要来源是厂内自产耐磨板和外购耐磨板。随着工业发展，目前社会上的工业耐磨板越来越多。从节约冶炼成本和遵循循环经济的理念出发，为充分利用各种耐磨板资源，提高转炉技术经济指标，就必须做好耐磨板的加工管理工作。自建耐磨板加工间，通过分选、切割、剪切、打包等方法将不合格耐磨板加工成合格耐磨板，供转炉使用。节约成本，提高钢厂经济效益。
首钢国际工程公司根据迁钢现有场地条件，设计分期分批建3个耐磨板加工间，完成耐磨板的切割、打包、分类、储存、配送等功能，可实现每年约150万t合格耐磨板供应炼钢。
外购耐磨板一般为重型、中型、轻薄料和统料。目前华北地区耐磨板需求量较大，外购耐磨板以统料为主，只有少量中型耐磨板，堆比重小，且混杂存放，不能分类配送。主要存在以下问题：
? 外购耐磨板不干净，耐磨板表面如混入油污、泥沙、水泥、耐火材料、橡胶和炉渣等杂物，则会降低炉料的导电性，延长熔化时间，降低炉渣碱度以及钢和合金元素的收得率，油污还会增加钢中的氢含量；
? 耐磨板中如混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属，铅易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜等杂质会使钢材产生“热脆”，恶化铸坯及钢材表面质量，增加“热脆”倾向；使低合金钢发生回火脆性；降低连铸坯的热塑性，在含氢气氛中引起应力腐蚀；严重降低耐热钢持久寿命及引起热应力腐蚀；严重恶化IF钢深冲性能等；
? 耐磨板中如有两端封闭管状物、封闭容器、易燃、易爆物、废旧武器等，在熔化过程中会发生爆炸；
? 耐磨板中的化学成分应明确，硫、磷含量应小于0.08%；耐磨板不准含有放射性物质等。
另外，外购耐磨板其尺寸、形状乃至密度也都很不规则，给运输、装料、熔化等都带来许多困难。为解决这些问题，必须采用不同的加工方法进行预先处理。重型耐磨板、中型耐磨板、小型耐磨板、统料型耐磨板，都需进行剪切才能成为合格耐磨板，轻料型耐磨板、轻薄耐磨板需要打包才能加入转炉，因此迁钢建立耐磨板加工间，对耐磨板进行分选、打包、剪切，是必要的、合理的。
炼钢对耐磨板的基本要求是杂质尽可能少，耐磨板越干净，炼出的钢水品质就越高，而且成本低。因此做好耐磨板在入炉前的分类、加工、整理工作非常重要， 能从耐磨板回收源头做起，至少在配料前做到把含有不同元素的耐磨板进行分类，保证耐磨板干燥，减少锈蚀，各类非金属物等。
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