卡卢金顶燃式热风炉结构和优势

3.1 卡卢金热风炉运行稳定可靠

3.1.1 图8为卡卢金公司第一代热风炉运行27年的照片。自1982年投产到2009年停炉，该热风炉从未大修过。长期监测、研究的结论表明：所有的煤气燃烧都是在预燃室的出口处完成，没有出现脉冲燃烧现象；热风炉在最高1350 度条件下成功地进行了运行试验，长期在热风温度最高1220 度条件下运行。运行了27年后，拱顶和大墙砖、格子砖都良好。

3.1.2 2002年在俄罗斯西西伯利亚钢铁厂为3000立方米高炉建设的1座卡卢金顶燃式热风炉（第二代），同年在中国山东为750立方米高炉建设的顶燃式热风炉。2002年在中国和俄罗斯几乎同时投产的卡式热风炉两个卡式热风炉项目良好运行至今近10年，自此开始，卡卢金顶燃式热风炉在中国和俄罗斯、乌克兰、印度、日本、哈萨克斯坦等地加速发展。

3.1.3 自2009年开始，为5000和5500立方米大高炉上配套的卡式热风炉开始逐步投入运行，分别在日本福山、俄罗斯切列波韦茨、中国唐山建成投产了5000和5500立方米大高炉配套的卡卢金顶燃式热风炉。世界上大高炉广泛采用卡卢金顶燃式热风炉，这说明卡式热风炉的技术已经被大型钢铁公司全面认可和接受，卡式热风炉正在大高炉热风炉上向高风温发起挑战。在5000~5500立方米高炉热风炉上，已经创纪录地实现了1300度的运行平均风温。

3.2 卡卢金热风炉的余热利用技术和高风温

即使没有富化燃料，仅仅使用高炉煤气，通过对煤气空气双预热，卡卢金顶燃式热风炉可以实现1300度风温的高指标。卡卢金热风炉还可以利用小预热炉（CAP，与热风炉结构相似）对空气进行预热，助燃空气预热温度可达500~600度，这保证了卡卢金热风炉风温可以到达1300度的水平。

3.3 卡卢金热风炉的技术发展

3.3.1 卡卢金热风炉是长寿命热风炉，实践证明，由于卡卢金热风炉使用了硅质耐火砖做拱顶材料、使用了抗热振耐火材料做预燃室内衬，保证了热风炉寿命可以达到30年无大修。

3.3.2 卡卢金热风炉使用了独创的独立支撑无梁式炉箅子系统，可以允许废气温度500度，因此可以降低格子砖高度、降低投资。3,3,3 卡卢金独创的20毫米孔径格子砖，将格子砖加热面积由30毫米孔径格子砖的48平方米/每立方米增加到64平方米/每立方米。已经在俄罗斯切列波韦茨的5580立方米高炉热风炉、中国山东3200立方米高炉热风炉上使用。20毫米孔径格子砖顶燃式热风炉正在成为现代热风炉发展趋势，卡卢金公司的技术诀窍可以保证：在热风炉整个运行期间，30毫米孔径格子砖和20毫米孔径格子砖都不会被粉尘堵塞。

3.4 卡卢金热风炉的发明专利

卡卢金顶燃式热风炉2003年9月3日取得了中国专利局颁发的发明专利（专利号CN1439726A）。卡卢金博士不仅是卡式热风炉的发明人，同时也是卡式热风炉技术发展的推动者。卡卢金博士郑重声明：一些签署了保密合同的机构使用在项目执行构成中收到卡卢金公司发来的图纸向用户提供不完善的热风炉设计，这既是违约行为，同时在质量上不能给用户以完整的保障，对用户来说是存在极大风险的。卡卢金博士同时声明：卡卢金顶燃式热风炉在中国的唯一代理是北京天启金桥冶金设备技术有限公司（总经理王长春先生，地址是北京市广安门外大街168号朗琴国际大厦B917）。

2.1 内燃式热风炉

内燃式热风炉结构具有6大先天的缺陷（图1），最主要原因是蓄热室和燃烧室布置在同一个炉壳里的布局。2.1.1. 煤气短路或直联（短路现象）。由于分隔墙上的砖体之间存在裂缝，燃烧室和格子砖蓄热室的煤气会发生短路或直接互通，这种现象使热风温度降低可达100度。这一缺陷导致的一个不良后果，是CO会溢出并进入废气中 (检测结果达到0.5-1.0%)， 对环境造成严重污染。

2.1.2. 燃烧室与蓄热室之间的隔墙弯曲下倾(香蕉效应)。原因在于靠近炉壳的大墙砖与靠近蓄热室的隔墙砖之间存在温差，结果是燃烧室和蓄热室均受到损坏。

2.1.3. 燃烧室砖体、热风管拱门和热风炉燃烧器很容易变形和受损。这是因为在燃烧室底部的高温和压力下，耐火材料会发生蠕变，尺寸高的燃烧室更容易出现这种问题。

2.1.4. 燃烧产物分布不均。燃烧产物沿着格子砖蓄热室的分布不均匀，偏差达到15%。这将减小热风炉的实际效率，会导致蓄热室的耐火材料出现大范围裂缝，并损坏蓄热室的炉箅子。这种事故在内燃式热风炉中叶很常见。

2.1.5. 脉冲燃烧。脉冲燃烧与本身高度过高的燃烧室的高频震动有关，消除这种影响的困难较大。这将导致结构出现强烈振动，砌砖被毁坏，热风炉不能正常运行。实际应用中，经常在靠近热风炉燃烧器的位置安装大型抗共振器，单由于其尺寸较大，也会堵塞大量空间。

2.1.6. 温度波动损伤。 在燃烧和送风阶段，砖砌体遭受的温度波动可能将达到600摄氏度。在送风和燃烧期间，如果出现温度的突然波动，将导致耐火材料出现裂缝。在内燃式热风炉的陶瓷燃烧器的上部经常能够观察到大的裂缝。

因为存在上述缺陷，内燃式热风炉不适应在高风温 (最高 1250度) 工作条件下长期运行（不可能达到30 年无大修的要求）。内燃式热风炉长期稳定的工作状态是能够保证1200 度风温。"para" label-module="para">

2.2外燃式热风炉

外燃式热风炉最重要的改进是把燃烧室外置（图2）。燃烧室自身具有外壳，改进后的热风炉更加可靠。这种改进虽然消除了“短路”和“香蕉效应”两个缺陷，却使热风炉的构造更加复杂。这不但使得设备的成本提高了30%，而且需要占用更多空间。实际热风温度能达到1200-1250度。

2.3 无燃烧室--顶燃式热风炉

如果去除热风炉的燃烧室，使煤气在热风炉顶部的燃烧系统内燃烧，则燃烧室的主要缺陷也将随之消除。为此卡卢金公司研究、设计了几代顶燃式热风炉：

2.3.1 带环形预燃室的大球顶热风炉（图3）带环形预燃室的大球顶热风炉是卡卢金设计的第一代无燃烧室--顶燃式热风炉。在拱顶的基础部分有一个1米高的环形预燃室，预燃室下部有几十个小型陶瓷燃烧器喷嘴。环形的煤气和空气收集器以及陶瓷燃烧器喷嘴都安置在炉壳内。

第一座这种结构的热风炉（硅砖拱顶，图）建成于1982年（用于1500 立方米高炉），于2009年停炉。研究表明，实际上所有的煤气燃烧都是在预燃室的出口处完成的，没有出现脉冲燃烧现象，燃烧产物沿着蓄热室分布的不均匀度仅为5%；热风炉在最高1350 度条件下成功地进行了运行试验，在热风温度最高1220 度条件下运行可靠。该座顶燃式热风炉的大修期为30年，已经运行了27年状况依然良好。在停炉后对热风炉进行了详细检测，拱顶和大墙砖、格子砖都良好。

2.3.2 卡卢金顶燃式热风炉(简称卡式热风炉，即第二代卡卢金顶燃式热风炉，图5).卡式热风炉是对第一代环形预燃室大球顶热风炉的进一步发展和改进：

与第一代卡卢金热风炉比较，新结构将原有的燃烧器喷嘴设计为带有喷射涡流式（煤气和空气的）供气系统，布置在预燃室内周，预燃室位于拱顶的上部，预燃室在炉壳中有独立支撑的内衬砌体。预燃室里的煤气和空气（喷射式涡流）充分混合后在弧形拱顶燃烧，在进入蓄热室之前已充分燃烧完毕，燃烧产物沿着格子砖分布更加均匀。

因此，第二代卡式热风炉与第一代环形预燃室大球顶热风炉相比，预燃室结构更稳定、喷射涡流式供给的煤气空气混合更充分（燃烧更完全）、热风炉尺寸更小、投资更低，便于用户逐一更换改造。

研究和检测的结果证明卡式热风炉的主要优点如下：1) 煤气和空气喷射涡流式混合系统可使煤气充分燃烧。 经过卡卢金公司与“EKO-Stahl” 公司（德国）协同进行的测量表明，在0.3~5.1%的范围内调整氧浓度，排出废气中的一氧化碳浓度是恒定的（0.0016%，20 毫克/立方米)，甚至比德国标准低五倍（图7）。由此可见，卡卢金顶燃式热风炉的结构燃烧充分、更加环保。

"para" label-module="para">

3) 燃烧产物均匀供给蓄热室(95-97%)，提高了热风炉利用系数。

4) 热风炉阻抗小。燃烧前煤气压力仅为600 daPa时，就足以维持热风炉满负荷运行。

5) 可承受煤气和空气预热到500-600 °C。

6) 在所有的运行模式中不会发生脉动燃烧。

7) 气流喷射不会直接喷至格子砖面，格子砖不会出现局部过热情况，温度在拱顶、蓄热室、内层和外壳上对称分布。降低了温度剧变，改善了热风炉的稳定性。

8) 预燃室砖体不承受高温。烧炉和送风周期之间砖体温度变化与第一代卡式热风炉接近（该顶燃式热风炉运行27年，并保持良好状况）。因此这是一种结构稳定、长寿的独立预燃室。

9) 硅砖拱顶结构稳定、可长期运行。因为硅砖拱顶可在燃烧温度最高1550度条件下正常工作，因此卡式热风炉拱顶温度可以大大提高，热风温度最高可达1400度。卡式热风炉的使用寿命为30年。

10) 卡卢金顶燃式新型格子砖热风炉。卡卢金公司首创并广泛使用了加热面积高达48.0㎡/ m的30mm孔径 格子砖。正在推广使用加热面积高达 64.0m/m 的 20mm孔径格子砖。因为加热面积大，热传导率高，并且没有燃烧室，所以格子砖蓄热室的整体高度可以明显降低。在保持热功率条件下，与一般的热风炉相比，此热风炉尺寸更小，能够明显节省耐火材料。

高风温是现代高炉的重要技术特征。提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施。随着引进卡卢金顶燃式热风炉技术，国内钢铁企业高炉的热风温度逐年升高，特别是新建设的一批大高炉（大于2000立方米）热风温度均超过1200℃，达到国际先进水平。如曹妃甸京唐公司5500立方米高炉采用卡卢金顶燃式热风炉，热风温度达到了1300℃的世界水平。

热风炉基本结构。热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。现代大高炉最常用的是蓄热式格子砖热风炉，蓄热式热风炉按燃烧方式可以分为顶燃式，内燃式，外燃式等几种。其工作原理是先燃烧煤气，用产生的烟气加热蓄热室的格子砖，再将冷风通过炽热的格子砖进行加热，然后将热风炉轮流交替地进行燃烧和送风，使高炉连续获得高温热风。蓄热式热风炉有烧炉、送风两种主要操作模式：将高炉煤气燃烧对蓄热室的格子砖进行加热，即为“烧炉”操作模式，用蓄热室格子砖对冷风进行加热并送风到高炉，即为“送风”操作模式。

先进热风炉的特征。高风温、低投资、长寿命是现代热风炉的基本特征。理论研究和生产实践表明，顶燃式热风炉是最先进的热风炉结构形式，采用顶燃式热风炉结构，可以提高热风炉热效率、降低设备投资、延长热风炉寿命。

格子砖基本特点

1.具有多个与侧表面互相平行的通透格孔，以及位于两个平行表面上的定位凸起和定位凹槽。

2.体积稳定性好，高温荷重蠕变性能优良，高密度低气孔率。现代高炉热风炉通常采用格子砖蓄热室结构。

格子砖加热面积

旧型高炉热风炉使用的是孔径为40毫米、加热面积为32.7平方米每立方米的标准格子砖。卡卢金顶燃式热风炉最初推广的是孔径30毫米、加热面积为48平方米每立方米的格子砖。卡卢金顶燃式热风炉正在全球推广的格子砖，是卡卢金公司最早使用、并已经取得专利的孔径20毫米、加热面积为64平方米/立方米的格子砖。

中国和俄罗斯高炉应用的测试证明，在卡卢金顶燃式热风炉里，30毫米孔径格子砖和20毫米孔径格子砖，由于其通道内没有形成渣化的条件，因此在热风炉整个使用期（30年无大修）内，都不会被粉尘堵塞。

使用20毫米孔径格子砖，增加了加热面积，减少了格子砖用量，大幅度降低了热风炉耐材用量，因此降低了热风炉投资。