高炉热风炉炉型解析：内燃式、外燃式与顶燃式的技术权衡

在现代高炉炼铁工艺中，热风炉是决定其热效率与经济性的核心辅助设备。其基本职能在于将助燃空气加热至极高温度后送入高炉，从而强化冶炼过程。热风炉的设计，特别是燃烧室与蓄热室的结构布局，直接决定了其投资成本、运行稳定性及使用寿命。当前，中国冶金行业的热风炉技术图谱中，内燃式、外燃式和顶燃式三种炉型并存，各自代表了不同时期的设计思想与技术取舍。

依据燃烧室和蓄热室的布置差异，这三种炉型形成了鲜明的技术分野。内燃式可细分为传统型与霍戈文（Danieli Corus）改进型；外燃式则包括地得式、考柏式和马琴式等变体；而代表当前技术前沿的顶燃式，则以卡卢金（Kalugin）式和山东冶金设计研究院的改进型为主要代表。

图1 热风炉炉型结构示意图

内燃式与外燃式：传统炉型的结构局限

外燃式热风炉将燃烧室布置在蓄热室壳体之外，通过联络管相连。这种设计的直观缺点是占地面积庞大，相应的，其耐火材料与钢材消耗量、基础建设工程量都显著增加，导致初期投资居高不下。更深层次的问题在于其结构复杂性。拱顶、联络管及其端口、陶瓷燃烧器等关键部件，不仅制造工艺复杂、成本高昂，在长期高温运行下，复杂的结构也导致炉体受力不均，为实现长周期稳定服役带来了严峻挑战。

改进型内燃式热风炉则将燃烧室与蓄热室平行置于同一壳体内。这种设计虽然结构紧凑，但牺牲了空间利用效率。其内部由一道“大墙”分隔，导致真正用于蓄热的有效截面面积仅占约67%。这意味着为达到相同的换热能力，燃烧室和蓄热砖必须承受更高的热负荷，对耐火材料的抗热震性、高温强度和抗蠕变性提出了极为苛刻的要求。工作条件的恶化，直接推高了对高端耐火材料的依赖，也增加了全生命周期的维护成本。

无论是结构复杂导致应力集中的外燃式，还是空间利用率低下、材料工况严苛的内燃式，其固有的设计局限性都对其性能提升构成了制约。确保这些关键部位耐火材料的性能达标，是炉体安全运行的底线。

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顶燃式：结构简约与性能卓越的统一

与前两者相比，顶燃式热风炉在设计理念上实现了飞跃。其对称、简约的结构从根本上优化了热工性能和建造成本。它的核心优势体现在以下几个方面：

1. 极致的空间利用率：顶燃式热风炉的壳体内部空间几乎被完全用于蓄热，其蓄热体有效断面利用率达到了100%。这意味着在同等炉容下，它拥有最大的换热面积。
2. 优越的耐材工作条件：由于换热效率极高，顶燃式热风炉可以在相对更低的拱顶温度下实现高风温目标。这极大地改善了耐火材料，特别是炉顶和燃烧器区域材料的工作环境，减缓了材料损耗，为同时实现“高风温”与“长寿命”这两个以往难以调和的目标铺平了道路。
3. 显著的经济效益：对称简约的结构不仅意味着更少的土建工程量、更低的钢材与耐火材料消耗，也直接降低了建设投资和后期的维护费用。

正是基于这些无法比拟的综合优势，顶燃式热风炉已成为中国新建高炉项目的首选技术。同时，将既有的内燃式热风炉改造为顶燃式，也成为众多钢铁企业提升冶炼强度、实现节能降耗的重要技术路径。可以说，顶燃式热风炉清晰地指明了未来高炉热风系统技术的发展方向。