我国高炉热风炉的技术演进与路径选择

在中国钢铁工业的发展版图中，高炉热风炉的技术迭代是推动炼铁效率和能效提升的关键主线。从最初的传统内燃式，到引入并深度应用的霍戈文改进型，再到外燃式与顶燃式技术的相继崛起，这条演进路径清晰地勾勒出我国冶金界对更高风温、更长寿命和更优结构稳定性的不懈追求。

从传统内燃到霍戈文改进型：奠定高温长寿基础

自20世纪50年代起，传统内燃式热风炉在我国长期占据主导地位，即便在今天，部分中小型高炉中仍能看到其身影。然而，其结构固有的局限性限制了风温与寿命的进一步提升。转折点出现在80年代，随着霍戈文（Hoogovens）改进型内燃式热风炉的引入，这一局面被彻底改变。

霍戈文炉型之所以被称为“高风温长寿热风炉”，其核心突破在于对砌体高温稳定性的深刻理解与工程优化：

• 结构力学优化：创新性地将拱顶砌砖设计为悬链线形。这一形态极大改善了砌体的受力分布，增强了整体结构稳定性，并有利于高温烟气在蓄热室截面上均匀扩散。
• 热膨胀解耦：将拱顶与大墙砖的结构进行脱开设计，使拱顶载荷直接由炉壳承受。这样一来，两者在高温下的热膨胀不再相互干涉，有效避免了应力集中，改善了拱顶砌体的服役状态。
• 燃烧效率提升：采用矩形陶瓷燃烧器，确保了煤气与空气的充分、均匀混合，不仅消除了燃烧过程中的脉动现象，还间接提高了蓄热室的有效利用面积。
• 关键材料应用：在高温区域战略性地选用硅砖，为其在1150-1200°C的平均风温下稳定运行提供了材料保障。

外燃式技术的引入与普及：向1300°C风温迈进

进入80年代，与国外60年代的技术浪潮同步，我国开始引入外燃式热风炉，实现了风温和寿命的双重飞跃。外燃式技术的核心是将燃烧室从炉体内部移至外部，与蓄热室两个筒体并列设置，通过联络管连接拱顶。这种架构上的根本变化，为实现更高的温度和效率扫清了障碍。

这一技术路线演化出了多种炉型，如早期的地得式（DIDER）、马琴式（M&P）和考柏式（Koppers）。后来，新日铁在马琴式与考柏式的基础上开发的**新日铁式（NSC）**因其卓越的设计而成为主流。新日铁式热风炉的蓄热室拱顶与燃烧室拱顶结构对称，确保了烟气在蓄热室内的均匀分布，从而获得了极高的传热效率。

目前，外燃式热风炉在中国大型高炉的应用已十分广泛，主要集中在地得式和新日铁式两种。宝钢清一色选用了新日铁式；近年来新建的天钢2200m³、太钢4350m³、鞍钢10号2580m³及马钢两座3600m³高炉也均采用了新日铁式。而鞍钢鱼圈4038m³、沙钢5800m³等超大型高炉则采用了地得式。凭借其优越的结构，外燃式热风炉的拱顶温度可达1500-1550°C，稳定送风温度轻松达到1200-1300°C。

顶燃式技术的兴起：结构简化与效率优化的极致追求

步入21世纪，顶燃式热风炉作为一种结构更为紧凑、高效的解决方案，在我国得到了迅速推广。顶燃式可以被视为外燃式的一种极限特殊形式——将燃烧室的尺寸缩至最小，并将其倒置于蓄热室顶部。

这种自上而下由预混室、燃烧室（拱顶）、蓄热室组成的结构，带来了诸多工程优势：结构简单稳定、气流分布均匀、占地面积小且投资经济。煤气与空气经预混后直接在拱顶内燃烧，实现了高温热量的集中释放，热损失小，可以用相对较低的拱顶温度获得很高的送风温度。

这一设计极大地改善了耐火材料的工作环境。炉体上部承受高温但荷载小，下部荷载大但温度低，这种应力与温度场的分布优化，使得耐火材料的选型和配置大大简化，硅砖等材料得以大量高效应用。对耐火材料的精细化要求，从材料选择到其在高温、高压差下的长期性能表现，都需要严格的质量控制与评估。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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在具体的专利技术应用上，国内主要以卡卢金（Kalugin）顶燃式和山东冶金设计研究院的改进式顶燃技术为主。山东院设计的炉型在莱钢、泰钢、通钢、攀钢等地有广泛应用；而卡卢金技术则被莱钢、济钢、天钢、曹妃甸等钢厂的部分热风炉所采用。这两种技术的并存与发展，共同推动了我国高炉炼铁技术的现代化进程。