2024年9月23日，中國金屬學(xué)會(huì )（原副理事長(cháng)）專(zhuān)家委員會(huì )名譽(yù)委員王天義、學(xué)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻、江蘇南京華電節能環(huán)保股份公司總經(jīng)理趙天鵬等一行，到訪(fǎng)河南鋼鐵豫興冶金節能技術(shù)有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)豫興冶金節能公司），豫興冶金節能公司董事長(cháng)李松出差，其接待工作由公司熱風(fēng)爐技術(shù)專(zhuān)家劉世聚主持。雙方就熱風(fēng)爐系統節能減排重大技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入的交流研討。專(zhuān)家委員名譽(yù)委員王天義（原副理事長(cháng)）開(kāi)門(mén)見(jiàn)山的表明：我們此行的目的有兩個(gè)，一是期望在熱風(fēng)爐系統領(lǐng)域推廣成熟可靠的創(chuàng )新節能技術(shù)成果，實(shí)行強強聯(lián)合，這將是節能技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域大的突破。二是要落實(shí)2023年在京召開(kāi)的熱風(fēng)爐技術(shù)研討會(huì )“安鋼爐殼開(kāi)裂改造經(jīng)驗和降低熱風(fēng)爐煤氣消耗”技術(shù)的實(shí)際投入使用情況。豫興冶金節能公司技術(shù)專(zhuān)家劉世聚就上述問(wèn)題向到訪(fǎng)的三位領(lǐng)導作了全面具體匯報。

圖為中國金屬學(xué)會(huì )（原副理事長(cháng)）專(zhuān)家委員名譽(yù)委員王天義、學(xué)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻、江蘇華電公司總經(jīng)理趙天鵬一行到訪(fǎng)豫興節能公司并留影。 

圖為中國金屬學(xué)會(huì )（原副理事長(cháng)）名譽(yù)委員王天義、副秘書(shū)長(cháng)郝志忠、河南鋼鐵集團副總經(jīng)理郭獻臻聽(tīng)取趙天鵬和劉世聚匯報節能技術(shù)。

　　科學(xué)解決爐殼開(kāi)裂難題迫在眉睫

　　安鋼4747 m3高爐熱風(fēng)爐始建于2013年，投產(chǎn)至改造工作開(kāi)啟時(shí)已基本運行10年。該高爐配置四座國外頂燃式熱風(fēng)爐。其送風(fēng)制度為二燒二送（交叉并聯(lián)）。其設置兩座頂燃式前置預熱爐對助燃空氣進(jìn)行二次預熱，預熱后助燃空氣溫度最高420℃。單燒高爐煤氣，熱風(fēng)爐設計拱頂溫度最高可達1400℃，煙道溫度最高400℃，設計最高風(fēng)溫1300℃。

　　安鋼這組熱風(fēng)爐運行兩年后的2015年，熱風(fēng)爐燃燒室高溫區域爐殼出現縱橫焊縫開(kāi)裂。并持續向焊縫兩邊10-15厘米范圍內母材擴展，經(jīng)焊補和挖補處理仍頻繁開(kāi)裂。熱風(fēng)爐爐殼焊縫及焊縫周邊母材區域正向鋼材失效方面發(fā)展。已嚴重威脅熱風(fēng)爐安全運行。因此，消除熱風(fēng)爐安全隱患是一切工作的重中之重。同時(shí)熱風(fēng)爐預燃室拱頂也伴隨有持續垮塌。權威人士分析認為，熱風(fēng)爐燃燒器煤氣噴嘴爆震損壞是造成拱頂垮塌的主要因素。爐殼開(kāi)裂存在安全隱患，燃燒器持續爆震損壞。上述綜合因素導致熱風(fēng)爐拱頂溫度不得不控制在1330℃～1340℃，風(fēng)溫控制在1180℃，送風(fēng)壓力降至0.41MPa。這就導致安鋼出現了產(chǎn)能不足，噸鐵煤氣消耗居高不下，成本升高，嚴重影響了高爐熱風(fēng)爐節能風(fēng)溫和企業(yè)效益等情況的發(fā)生。因此解決這組熱風(fēng)爐安全隱患和高消耗兩大問(wèn)題迫在眉睫。

　　從宏觀(guān)上看，目前在我國采用特大型高爐配置的頂燃式熱風(fēng)爐幾個(gè)用戶(hù)無(wú)一例外都出現了爐殼嚴重開(kāi)裂現象，面對突如其來(lái)的爐殼大范圍開(kāi)裂，使用戶(hù)及技術(shù)專(zhuān)家束手無(wú)策，均采取補焊、貼鋼板補焊、挖出焊縫損壞部位鋼板補焊、采取全部焊縫更換、爐殼加不銹鋼復合板更換爐殼等等技術(shù)措施，但均收效甚微，依然導致?tīng)t殼持續發(fā)生開(kāi)裂漏氣的危險弊端。必須迅速采取標本兼治措施，從結構、選材、安裝、防腐等環(huán)節迅速采取標本兼治的綜合措施，才能有效解決這些頑疾難題。

　　為了維護生產(chǎn)，減少損失，一些用戶(hù)采取降低風(fēng)壓使爐殼受力負荷降低到安全工作范圍；降低拱頂溫度可降低燃燒期的氮氧化物、硫化物、氯化物等腐蝕介質(zhì)的生成量。只有這兩個(gè)問(wèn)題都得到解決，熱風(fēng)爐安全生產(chǎn)才能納入正常軌道。

　　早在上世紀70年代，豫興冶金節能總工程師符政學(xué)教授就特別關(guān)注熱風(fēng)爐爐殼應力腐蝕開(kāi)裂原因和研究采取相應的技術(shù)措施。尤其是1980年歐洲《鋼鐵工程師》雜志第一期第43-48頁(yè)刊登的熱風(fēng)爐應力腐蝕開(kāi)裂文章，引起了符政學(xué)教授的高度關(guān)注。因為該文章詳細分析了歐洲129座大型高爐熱風(fēng)爐爐殼應力腐蝕開(kāi)裂形成的機理，其中指出的應力和腐蝕介質(zhì)腐蝕是導致?tīng)t殼開(kāi)裂的重要因素。文章對應力的產(chǎn)生和腐蝕介質(zhì)的產(chǎn)生做了詳細的研究分析說(shuō)明，并提出一系列措施避免爐殼的應力腐蝕開(kāi)裂。這一系列理論及預防措施令符政學(xué)驚喜地親自一字一句的將原文章進(jìn)行了翻譯，翻譯手譯本共計21頁(yè)（歐洲《鋼鐵工程師》雜志和符政學(xué)翻譯該文章手譯本完好保存在豫興冶金節能公司檔案中），這是我國最早也是迄今為止持續44年以上拼盡全力研究熱風(fēng)爐爐殼應力腐蝕開(kāi)裂的唯一文字記錄和報道。由于上世紀我國熱風(fēng)爐風(fēng)溫還處在1050℃-1150℃送風(fēng)區間（鮮有1200℃），而風(fēng)溫低壓力低爐殼開(kāi)裂尚不常見(jiàn)，但符政學(xué)教授的研究一刻也沒(méi)有停止，直到時(shí)隔30年后的2010年，山西建邦鋼鐵集團通才工貿有限公司籌建1860m3高爐配套的高壓高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐時(shí)，該公司自上而下對節能高風(fēng)溫要求異常高漲，結合此前在該公司2座450m3高爐配套豫興冶金節能公司擁有的豫興懸鏈線(xiàn)頂燃式熱風(fēng)爐取得了結構穩定高風(fēng)溫的良好業(yè)績(jì)和成果，該公司總裁和技術(shù)專(zhuān)家決策層決定1860m3高爐配套豫興懸鏈線(xiàn)頂燃式熱風(fēng)爐，設計風(fēng)溫1320℃（見(jiàn)2013年網(wǎng)上有關(guān)此文章報道），送風(fēng)時(shí)間60分鐘，風(fēng)壓0.454Mpa，配置4座熱風(fēng)爐，兩座預熱爐，空氣預熱溫度大于450℃，在設計這套頂燃式熱風(fēng)爐時(shí)，符政學(xué)提出，要拋棄現有引進(jìn)國外且主流頂燃式熱風(fēng)爐的多個(gè)誤區，采取下列創(chuàng )新舉措就能出奇制勝。

　　一是拋棄頂燃式熱風(fēng)爐無(wú)一例外采用的具有焊接瑕疵、焊接氣孔、熱脆、冷脆特性的普通Q345C碳鋼，優(yōu)化設計為具有韌性強、具有良好焊接性能的Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼做熱風(fēng)爐爐殼，抵御焊縫質(zhì)量瑕疵導致的應力及腐蝕介質(zhì)的腐蝕開(kāi)裂。這也是借鑒歐洲應力腐蝕開(kāi)裂經(jīng)驗和自主研究完善防爐殼應力腐蝕開(kāi)裂成果在我國首次高規格高質(zhì)量設計應用。時(shí)任山西建邦鋼鐵集團公司總工程師的武會(huì )卿非常認同符政學(xué)教授提出的設計理念，爐殼材質(zhì)理所當然選擇了Q345R壓力容器優(yōu)質(zhì)鋼；

　　二是熱風(fēng)爐不采用結構復雜，且受力不合理、應力集中的保齡球式小帽子頂燃式熱風(fēng)爐，選用結構簡(jiǎn)單，受力合理，國外普遍使用長(cháng)達60年高風(fēng)溫驗證的懸鏈線(xiàn)拱頂結構和爐殼結構，這一設計理念是避免爐殼應力腐蝕開(kāi)裂的一個(gè)重要環(huán)節；

　　三是廢除了頂燃式熱風(fēng)爐爐殼規范計算公式的直徑乘以經(jīng)驗模數公式，改為壓力容器公式結合經(jīng)驗、爆炸負荷、壓力、腐蝕系數、焊縫系數、夾角系數的綜合編程計算公式，經(jīng)反復實(shí)踐驗科學(xué)計算設計爐殼；

　　四是在高風(fēng)溫工況條件下，一定會(huì )產(chǎn)生大量的氮氧化物、氯化物、硫化物等與助燃空氣中的水分、煤氣中的水分高溫蒸發(fā)形成蒸汽，在爐內外溫差工況環(huán)境下、形成冷凝水懸掛在爐殼內壁之上，與上述腐蝕介質(zhì)形成酸根腐蝕爐殼。富有研究經(jīng)驗的符總帶領(lǐng)豫興技術(shù)團隊采取了更加有別與行業(yè)采取的防腐措施（包括不銹鋼襯板、防晶間涂料）徹底解決對爐殼焊縫更有效特殊防腐蝕技術(shù)。

　　上述技術(shù)措施在于2012年7月12日點(diǎn)火投產(chǎn)的山西建邦集團通才公司1860m3高爐熱風(fēng)爐應用，當年10、11月份實(shí)現兩個(gè)月平均風(fēng)溫1314.7度國內高風(fēng)溫紀錄至今沒(méi)被超越。這是符政學(xué)教授歷盡幾十年心血率領(lǐng)設計研發(fā)團隊依據借鑒西方理論，結合符政學(xué)教授理論研究與實(shí)踐，旗開(kāi)得勝取得的首個(gè)重大創(chuàng )新成果。至今12年過(guò)去了，該高爐熱風(fēng)爐爐殼都未出現絲毫龜裂網(wǎng)裂現象，熱風(fēng)爐也穩定長(cháng)壽。

　　而且，這是迄今為止我國第一例防應力腐蝕開(kāi)裂成功設計工程項目。為后期我國的防熱風(fēng)爐應力腐蝕開(kāi)裂和開(kāi)展對目前國內因應力腐蝕而開(kāi)裂熱風(fēng)爐的優(yōu)化改造工作，提供了科學(xué)的有據可循的設計改造依據。

　　我國安鋼4747m3特大型高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼嚴重開(kāi)裂后數年持續采用焊補、補焊、挖補等措施無(wú)法遏制爐殼繼續快列開(kāi)裂，使豫興冶金節能公司人在建邦鋼鐵通才公司取得的創(chuàng )新成果有了千載難逢用武之地。與安鋼人經(jīng)過(guò)兩年多六輪的技術(shù)交流，論證，考察使用豫興懸鏈線(xiàn)頂燃式熱風(fēng)爐用戶(hù)的實(shí)際應用情況，最終于2022年確定其4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開(kāi)裂及降本增效的節能改造工作，委托豫興冶金節能公司優(yōu)化設計改造。這一重大的光榮的重擔以符政學(xué)教授為首的豫興冶金節能公司挑了起來(lái)，該特大型高爐熱風(fēng)爐改造的基本要求有下列五條：

　　一是將結構復雜應力集中保齡球式的結構優(yōu)化為受力合理結構簡(jiǎn)單的懸鏈線(xiàn)頂燃式結構；二是與安鋼鋼研所共同研發(fā)了性能優(yōu)越于Q345R板材的AG490LK新精品鋼專(zhuān)用爐殼材料制品制作爐殼，材質(zhì)的焊接性能和抗腐蝕性能大大提高；三是在內部焊縫及熱影響區域采用了特殊防腐工藝技術(shù)，徹底將高風(fēng)溫腐蝕介質(zhì)與爐殼焊縫及熱影響區域實(shí)施了隔絕；四是焊接過(guò)程中采取了多項消除應力措施；五是拋棄了經(jīng)驗計算公式，采用了綜合科學(xué)且實(shí)踐驗證的綜合計算公式確定爐殼幾何尺寸。上述技術(shù)措施優(yōu)化改造方案得到了供需雙方全員通過(guò)。

　　2023年 5月 9 日，河南鋼鐵豫興冶金節能技術(shù)公司與河南鋼鐵集團安鋼公司正式簽訂安鋼4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開(kāi)裂及降耗優(yōu)化改造工程合同，四座熱風(fēng)爐在線(xiàn)改造總工期400天，自2023年9月18日1號熱風(fēng)爐正式打響改造第一槍起，歷經(jīng)近100天緊張高效施工，于2023年12月25號烘爐結束，1號熱風(fēng)爐正式交付使用。2024年3月23日啟動(dòng)2號熱風(fēng)爐優(yōu)化改造，于6月25日烘爐結束投產(chǎn)，截止目前，改造后的風(fēng)溫實(shí)現了1200℃-1230℃風(fēng)溫的設計要求，單爐煤氣消耗每天降低5萬(wàn)立方米，熱風(fēng)爐全部改造完畢后，四座熱風(fēng)爐每天可以降低煤氣消耗20萬(wàn)立方米以上，預熱及系統優(yōu)化改造措施實(shí)施后，可實(shí)現噸鐵煤氣消耗降低80m3。安鋼4747m3高爐每天出鐵10500噸，按一年350天正常生產(chǎn)，煤氣消耗可以節約2.94億立方米，按照每立方米煤氣0.10元市場(chǎng)價(jià)格核算，每年可以節省2940萬(wàn)元。

　　在對安鋼4747m3特大型高爐原頂燃式熱風(fēng)爐在生產(chǎn)實(shí)踐中總結查找出來(lái)的一系列技術(shù)缺陷實(shí)施了優(yōu)化改進(jìn)之后，專(zhuān)家們認為，該熱風(fēng)爐及爐殼使用壽命將會(huì )大于25-30年。

圖為安鋼4747立方米特大型高爐原頂燃式熱風(fēng)爐，因爐殼開(kāi)裂而優(yōu)化改造工作正進(jìn)行中。（劉世聚供圖） 

　　豫興冶金節能公司專(zhuān)家劉世聚還介紹：安鋼4747m3高爐頂燃式熱風(fēng)爐爐殼開(kāi)裂和煤氣節能改造，是國際國內在3200m3以上高爐頂燃式熱風(fēng)爐領(lǐng)域首次切割爐殼爐型結構優(yōu)化改造和爐殼開(kāi)裂優(yōu)化改造第一案例。這一成功的改造成果，為我國4000-5500m3特大型高爐爐殼應力腐蝕開(kāi)裂及節能改造積累了更豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗，為遏制這些重大項目的爐殼開(kāi)裂和節能改造，為頂燃式熱風(fēng)爐穩定長(cháng)壽節能高風(fēng)溫做出了重大貢獻。

　　學(xué)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )名譽(yù)委員王天義（原副理事長(cháng)）、郝副秘書(shū)長(cháng)，河鋼集團郭總及與會(huì )領(lǐng)導都對此重大成果和工程予以肯定和支持，并堅信豫興冶金節能公司科技創(chuàng )新道路會(huì )越走越寬廣，期望與該領(lǐng)域熱風(fēng)爐系統先進(jìn)技術(shù)企業(yè)強強聯(lián)合，集成系統節能環(huán)保技術(shù)，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)走在世界前列繼續努力，并早日實(shí)現豫興冶金節能公司規劃的新的技術(shù)發(fā)展宏偉藍圖---熱風(fēng)爐二氧化碳零排放技術(shù)的中試成功并投放市場(chǎng)。