2012年第5期世界钢铁櫬櫬櫬櫬櫬櫬毬毬毬毬其他卡卢金热风炉的工业应用王长春(北京天启金桥冶金设备技术有限公司，北京100054)摘要:卡卢金热风炉是一种现代蓄热式高炉热风炉。
相对于内燃式和外燃式热风炉而言，卡卢金顶燃式热风炉淘汰了传统意义上的燃烧室(俗称“燃烧井”)，被称为“无燃烧井”热风炉，又叫“顶燃式热风炉”，真正实现了高炉煤气的充分燃烧和高风温的目标。
该炉凭借其高风温、低投资、长寿命的特点，已经成为炼铁行业中广泛应用的热风炉之一。
独立的设计和技术服务使其在世界范围内赢得了高品质的称赞。
使用20mm 孔径格子砖的热风炉已经成为新一代卡卢金热风炉的标志。
从高炉热风炉的发展史，技术改革等方面，阐述了卡卢金热风炉在燃烧器设计，格子砖技术，炉箅子结构，余热利用等方面的优势，并介绍了在中国和国际市场的应用业绩。
关键词:高炉;热风炉;送风风温;格子砖doi :10．3969/j．issn．1672－9587．2012．05．012Application of Kalugin ’s shaftless hot stoveWANG Changchun(Beijing Golden Bridge Metallurgical Equipment ＆Technical Co．，Ltd．，Beijing 100054，China )Abstract :The Kalugin ’s shaftless hot stove (KSS )is a kind of modern heat accumulating type blaststove．Comparing with both hot-air stoves with internal combustion chamber and external combustionchamber ，the KSS eliminates combustion chamber (known also as the “shaft ”in the conventional sense )，and has been named “shaftless stove ”，also known as “dome combustion stoves ”．Full burning of blastfurnace (BF )gas and higher hot blast temperature have been achieved by KSS．Therefore ，KSS becomes one of the best widely used blast stove depending on its advantages of high blast temperature ，low investment and long life in ironmaking industry．The independent design and technical services of KSS make it win the praise of high quality in the worldwide．KSS with 20mm pore diameter checker bricks has become a symbol of new generation．The thesis presents history of hot blast furnace ，the technical andstructural innovation of burner design ，checker brick ，checker supporting grid ，waste heat utilization ，and the achievements in China and international market．Key words :BF ;blast stove ;blast temperature ;checker前言在中国，自从第一座卡卢金热风炉2002年投产以来，截止到2012年5月统计，总共有198座卡卢金热风炉已经建成运行或正在建设中，其中在中国是107座，包括已经投产的5500m 3高炉、正在建造中的4747m 3、4350m 3和4150m 3高炉上使用的卡卢金热风炉等项目;在中国以外的市场共计91座，有俄罗斯北方钢厂5500m 3高炉、在日本JFE 公司5000m 3高炉上已经投产使用的卡卢金热风炉等。
因为卡卢金热风炉的出现，在中国新建高炉热风炉的送风风温平均提高了50 100ħ，内燃式热风炉逐渐退出中国市场，在俄罗斯、乌克兰、哈撒克斯坦等市场的情况也是如此。
1热风炉发展的历史钢材是一种最常见的金属结构材料，矿石经过高炉冶炼成生铁，钢则是由生铁冶炼而成。
蓄热式热风炉仍然是目前炼铁领域最先进、最常见的热风炉形式。
·56·2012年第5期很久以前，炼铁高炉一直使用冷风运行。
早在近两个世纪前的1828年，英国格拉斯哥的詹姆斯·内尔森(James Beaumont Neilson )，第一次尝试通过加热使风温达到了300ħ，从而改写了炼铁工业的历史，使得在整个炼铁工艺过程中，燃料消耗率降低了40%，高炉的生产能力有了显著提高(提高幅度达40%以上)。
到了1857年，英国人爱德华·考帕尔(Edward Alfred Cowper )发明了使用高炉煤气作燃料来加热冷风的蓄热型热风炉(图1)，这是热风炉历史的一次重要的革命。
图1最初的内燃式热风炉1．1内燃式热风炉内燃式热风炉的应用历史已经超过150年。
在漫长的工业发展历程中，数代的技术人员对这种热风炉不断地进行改进，出现了几种现代化的形式，其典型结构如图2所示，热风炉的送风风温也终于提高到了1200ħ，但是这些内燃式热风炉仍然需要经常进行维修才能保持稳定工作。
图2典型的现代内燃式热风炉内燃式热风炉的主要结构特征，就是燃烧室和蓄热室都在同一个炉壳内。
通过对这种内燃式热风炉的运行研究表明，这种热风炉结构存在着一系列缺陷。
作为前苏联冶金研究院热工所的负责人，卡卢金·亚可夫先生对前苏联所属钢铁企业里所有的内燃式热风炉进行了系统研究，首次对内燃式的结构缺陷进行了技术总结，并提出燃烧室是这些缺陷的根源的结论。
(1)“短路”现象由于隔墙存在缝隙，燃烧室里的煤气和格子砖蓄热室里的煤气会发生“短路”现象，导致一氧化碳(CO )溢出，并因此降低了热风温度;(2)“香蕉效应”燃烧室与蓄热室之间的隔墙容易发生弯曲或倾斜(即所谓的香蕉效应)，使燃烧室和蓄热室相互挤压造成损坏;(3)蠕变燃烧室的中下部墙体、热风出口的拱门和热风炉的燃烧器等部位很容易出现变形和损坏。
最主要的原因是内燃式热风炉燃烧室底部的耐火材料发生了蠕变，尺寸高大的燃烧室更容易出现这类问题;(4)内燃式热风炉的燃烧产物沿着蓄热室格子砖的分布不均匀(达到了15%);(5)脉冲现象内燃式热风炉不可避免地存在脉冲燃烧的现象，这种脉冲燃烧会激发出类似大型管风琴一样的声学效应，造成热风炉整体结构的强烈振动，耐火砖因此受到损坏，导致热风炉不能正常运行;(6)耐材损坏当热风炉从送风模式转换为烧炉模式时，内燃式热风炉的结构会造成强烈的温度波动，耐火材料在长期运行时不可避免地会出现裂缝。
经过研究发现，上述六大缺陷都与内燃式热风炉像竖井一样的高大燃烧室有关［1］。
这种燃烧室是内燃式热风炉最脆弱的部分，需要经常进行停炉维修，使热风温度难以维持较高的水平。
1．2外燃式热风炉近几十年来，外燃式热风炉也开始普遍应用。
外燃式最根本的现代化改进，就是把内燃式热风炉的燃烧室移出热风炉，改造成了独立的外部燃烧室，因此外燃式热风炉不存在“短路”和“香蕉效应”的缺陷。
几种典型的外燃式热风炉结构如图3。
很显然，外燃式热风炉的拱顶结构比较复杂，例如，其中的增加了炉壳热膨胀补偿系统的外·66·世界钢铁燃式热风炉，这些补偿器系统长期在高温高压下工作，实践证明这是比较脆弱的部位。
又如其中的单拱顶外燃式热风炉，由于其单拱顶结构是不对称的，内部压力不均匀，因此只能在结构上采取相对比较复杂的保护措施，实践证明这也是具有不稳定性风险的部位。
同时，外燃式热风炉整体造价增加了约30%，需要更多的空间。
在长期稳定的工作状态下，这种结构复杂的热风炉的最高风温很难超过1250ħ。
图3典型的现代外燃式热风炉结构1．3热风炉的技术改进内燃式、外燃式热风炉所有的缺陷和弊端，都是来自于竖井一样的燃烧室结构。
在过去很长一段时间内，曾有很多技术人员试图采用其他结构来消除这个缺陷，如:莫尔(Moore)，史密斯(Schmitz)，格罗姆·格赛米罗(B E Groum-Grzhymailo)，拉姆(A N Ramm)，中国也有技术专家做了研究和试验，如最早在首钢2号高炉(1327m3)使用的顶燃式热风炉结构等。
但是，遗憾的是，直到20世纪80年代，各种对于无燃烧室的热风炉结构的技术尝试，都不能确保煤气得到完全燃烧。
从这一点讲，那些探索性的热风炉，都不能算是真正的、可以保证稳定高风温的顶燃式热风炉结构。
如果将热风炉的燃烧室取消，使煤气在热风炉顶部的燃烧区内燃烧，那么，因为燃烧室结构引起的主要缺陷也将随之消除。
由卡卢金·亚可夫先生的主持设计的第一座真正意义上的顶燃式热风炉，于1982年在俄罗斯下塔吉尔钢铁厂1500m3高炉上投产使用。
这就是第一代卡卢金顶燃式热风炉，这座热风炉的蓄热室上部带环形预燃室，大球顶形状的预燃室下部有几十个小型陶瓷燃烧器。
试运行期间，拱顶温度为1450ħ，热风温度达到1350ħ。
这座热风炉在1220ħ风温下稳定运行了27年，期间没有进行过任何大修(图4)。
因为高炉拆除，这座热风炉也已经于2010年被拆除。
图4无竖井燃烧室的顶燃式热风炉(带有环形预燃室结构)图4右下为运行于俄罗斯下塔吉尔钢铁厂的第一代卡卢金热风炉，图右上是该热风炉运行27年后因高炉拆除而停产时，日本钢铁技术专家进炉检查，发现炉内耐火材料和格子砖完好。
卡卢金顶燃式热风炉在热风炉结构上取消了竖井式燃烧室，通过其设计的烧嘴结构，实现了煤气空气的完全燃烧，提高风温、稳定运行。
·76·2012年第5期然而，这种结构的顶燃式热风炉之后并没有广泛推广，除了其烧嘴数量多、燃烧器结构复杂的原因外，在热风炉结构上仍存在三大不足。
首先，这种结构球顶尺寸很大，在进行热风炉结构改造时常常受空间限制;其次，要实现煤气的完全燃烧，必须保证煤气和助燃空气在每一个烧嘴上都具有同样的配比，但实际上却很难达到。