2024年9月23日，中国金属学会（原副理事长）专家委员会名誉委员王天义、学会副秘书长郝志忠、河南钢铁集团副总经理郭献臻、江苏南京华电节能环保股份公司总经理赵天鹏等一行，到访河南钢铁豫兴冶金节能技术有限公司（下文简称豫兴冶金节能公司），豫兴冶金节能公司董事长李松出差，其接待工作由公司热风炉技术专家刘世聚主持。双方就热风炉系统节能减排重大技术问题进行了深入的交流研讨。专家委员名誉委员王天义（原副理事长）开门见山的表明：我们此行的目的有两个，一是期望在热风炉系统领域推广成熟可靠的创新节能技术成果，实行强强联合，这将是节能技术实施领域大的突破。二是要落实2023年在京召开的热风炉技术研讨会“安钢炉壳开裂改造经验和降低热风炉煤气消耗”技术的实际投入使用情况。豫兴冶金节能公司技术专家刘世聚就上述问题向到访的三位领导作了全面具体汇报。

图为中国金属学会（原副理事长）专家委员名誉委员王天义、学会副秘书长郝志忠、河南钢铁集团副总经理郭献臻、江苏华电公司总经理赵天鹏一行到访豫兴节能公司并留影。 

图为中国金属学会（原副理事长）名誉委员王天义、副秘书长郝志忠、河南钢铁集团副总经理郭献臻听取赵天鹏和刘世聚汇报节能技术。

　　科学解决炉壳开裂难题迫在眉睫

　　安钢4747 m³高炉热风炉始建于2013年，投产至改造工作开启时已基本运行10年。该高炉配置四座国外顶燃式热风炉。其送风制度为二烧二送（交叉并联）。其设置两座顶燃式前置预热炉对助燃空气进行二次预热，预热后助燃空气温度最高420℃。单烧高炉煤气，热风炉设计拱顶温度最高可达1400℃，烟道温度最高400℃，设计最高风温1300℃。

　　安钢这组热风炉运行两年后的2015年，热风炉燃烧室高温区域炉壳出现纵横焊缝开裂。并持续向焊缝两边10-15厘米范围内母材扩展，经焊补和挖补处理仍频繁开裂。热风炉炉壳焊缝及焊缝周边母材区域正向钢材失效方面发展。已严重威胁热风炉安全运行。因此，消除热风炉安全隐患是一切工作的重中之重。同时热风炉预燃室拱顶也伴随有持续垮塌。权威人士分析认为，热风炉燃烧器煤气喷嘴爆震损坏是造成拱顶垮塌的主要因素。炉壳开裂存在安全隐患，燃烧器持续爆震损坏。上述综合因素导致热风炉拱顶温度不得不控制在1330℃～1340℃，风温控制在1180℃，送风压力降至0.41MPa。这就导致安钢出现了产能不足，吨铁煤气消耗居高不下，成本升高，严重影响了高炉热风炉节能风温和企业效益等情况的发生。因此解决这组热风炉安全隐患和高消耗两大问题迫在眉睫。

　　从宏观上看，目前在我国采用特大型高炉配置的顶燃式热风炉几个用户无一例外都出现了炉壳严重开裂现象，面对突如其来的炉壳大范围开裂，使用户及技术专家束手无策，均采取补焊、贴钢板补焊、挖出焊缝损坏部位钢板补焊、采取全部焊缝更换、炉壳加不锈钢复合板更换炉壳等等技术措施，但均收效甚微，依然导致炉壳持续发生开裂漏气的危险弊端。必须迅速采取标本兼治措施，从结构、选材、安装、防腐等环节迅速采取标本兼治的综合措施，才能有效解决这些顽疾难题。

　　为了维护生产，减少损失，一些用户采取降低风压使炉壳受力负荷降低到安全工作范围；降低拱顶温度可降低燃烧期的氮氧化物、硫化物、氯化物等腐蚀介质的生成量。只有这两个问题都得到解决，热风炉安全生产才能纳入正常轨道。

　　早在上世纪70年代，豫兴冶金节能总工程师符政学教授就特别关注热风炉炉壳应力腐蚀开裂原因和研究采取相应的技术措施。尤其是1980年欧洲《钢铁工程师》杂志第一期第43-48页刊登的热风炉应力腐蚀开裂文章，引起了符政学教授的高度关注。因为该文章详细分析了欧洲129座大型高炉热风炉炉壳应力腐蚀开裂形成的机理，其中指出的应力和腐蚀介质腐蚀是导致炉壳开裂的重要因素。文章对应力的产生和腐蚀介质的产生做了详细的研究分析说明，并提出一系列措施避免炉壳的应力腐蚀开裂。这一系列理论及预防措施令符政学惊喜地亲自一字一句的将原文章进行了翻译，翻译手译本共计21页（欧洲《钢铁工程师》杂志和符政学翻译该文章手译本完好保存在豫兴冶金节能公司档案中），这是我国最早也是迄今为止持续44年以上拼尽全力研究热风炉炉壳应力腐蚀开裂的唯一文字记录和报道。由于上世纪我国热风炉风温还处在1050℃-1150℃送风区间（鲜有1200℃），而风温低压力低炉壳开裂尚不常见，但符政学教授的研究一刻也没有停止，直到时隔30年后的2010年，山西建邦钢铁集团通才工贸有限公司筹建1860m³高炉配套的高压高风温顶燃式热风炉时，该公司自上而下对节能高风温要求异常高涨，结合此前在该公司2座450m³高炉配套豫兴冶金节能公司拥有的豫兴悬链线顶燃式热风炉取得了结构稳定高风温的良好业绩和成果，该公司总裁和技术专家决策层决定1860m³高炉配套豫兴悬链线顶燃式热风炉，设计风温1320℃（见2013年网上有关此文章报道），送风时间60分钟，风压0.454Mpa，配置4座热风炉，两座预热炉，空气预热温度大于450℃，在设计这套顶燃式热风炉时，符政学提出，要抛弃现有引进国外且主流顶燃式热风炉的多个误区，采取下列创新举措就能出奇制胜。

　　一是抛弃顶燃式热风炉无一例外采用的具有焊接瑕疵、焊接气孔、热脆、冷脆特性的普通Q345C碳钢，优化设计为具有韧性强、具有良好焊接性能的Q345R压力容器优质钢做热风炉炉壳，抵御焊缝质量瑕疵导致的应力及腐蚀介质的腐蚀开裂。这也是借鉴欧洲应力腐蚀开裂经验和自主研究完善防炉壳应力腐蚀开裂成果在我国首次高规格高质量设计应用。时任山西建邦钢铁集团公司总工程师的武会卿非常认同符政学教授提出的设计理念，炉壳材质理所当然选择了Q345R压力容器优质钢；

　　二是热风炉不采用结构复杂，且受力不合理、应力集中的保龄球式小帽子顶燃式热风炉，选用结构简单，受力合理，国外普遍使用长达60年高风温验证的悬链线拱顶结构和炉壳结构，这一设计理念是避免炉壳应力腐蚀开裂的一个重要环节；

　　三是废除了顶燃式热风炉炉壳规范计算公式的直径乘以经验模数公式，改为压力容器公式结合经验、爆炸负荷、压力、腐蚀系数、焊缝系数、夹角系数的综合编程计算公式，经反复实践验科学计算设计炉壳；

　　四是在高风温工况条件下，一定会产生大量的氮氧化物、氯化物、硫化物等与助燃空气中的水分、煤气中的水分高温蒸发形成蒸汽，在炉内外温差工况环境下、形成冷凝水悬挂在炉壳内壁之上，与上述腐蚀介质形成酸根腐蚀炉壳。富有研究经验的符总带领豫兴技术团队采取了更加有别与行业采取的防腐措施（包括不锈钢衬板、防晶间涂料）彻底解决对炉壳焊缝更有效特殊防腐蚀技术。

　　上述技术措施在于2012年7月12日点火投产的山西建邦集团通才公司1860m³高炉热风炉应用，当年10、11月份实现两个月平均风温1314.7度国内高风温纪录至今没被超越。这是符政学教授历尽几十年心血率领设计研发团队依据借鉴西方理论，结合符政学教授理论研究与实践，旗开得胜取得的首个重大创新成果。至今12年过去了，该高炉热风炉炉壳都未出现丝毫龟裂网裂现象，热风炉也稳定长寿。

　　而且，这是迄今为止我国第一例防应力腐蚀开裂成功设计工程项目。为后期我国的防热风炉应力腐蚀开裂和开展对目前国内因应力腐蚀而开裂热风炉的优化改造工作，提供了科学的有据可循的设计改造依据。

　　我国安钢4747m³特大型高炉顶燃式热风炉炉壳严重开裂后数年持续采用焊补、补焊、挖补等措施无法遏制炉壳继续快列开裂，使豫兴冶金节能公司人在建邦钢铁通才公司取得的创新成果有了千载难逢用武之地。与安钢人经过两年多六轮的技术交流，论证，考察使用豫兴悬链线顶燃式热风炉用户的实际应用情况，最终于2022年确定其4747m³高炉顶燃式热风炉炉壳开裂及降本增效的节能改造工作，委托豫兴冶金节能公司优化设计改造。这一重大的光荣的重担以符政学教授为首的豫兴冶金节能公司挑了起来，该特大型高炉热风炉改造的基本要求有下列五条：

　　一是将结构复杂应力集中保龄球式的结构优化为受力合理结构简单的悬链线顶燃式结构；二是与安钢钢研所共同研发了性能优越于Q345R板材的AG490LK新精品钢专用炉壳材料制品制作炉壳，材质的焊接性能和抗腐蚀性能大大提高；三是在内部焊缝及热影响区域采用了特殊防腐工艺技术，彻底将高风温腐蚀介质与炉壳焊缝及热影响区域实施了隔绝；四是焊接过程中采取了多项消除应力措施；五是抛弃了经验计算公式，采用了综合科学且实践验证的综合计算公式确定炉壳几何尺寸。上述技术措施优化改造方案得到了供需双方全员通过。

　　2023年 5月 9 日，河南钢铁豫兴冶金节能技术公司与河南钢铁集团安钢公司正式签订安钢4747m³高炉顶燃式热风炉炉壳开裂及降耗优化改造工程合同，四座热风炉在线改造总工期400天，自2023年9月18日1号热风炉正式打响改造第一枪起，历经近100天紧张高效施工，于2023年12月25号烘炉结束，1号热风炉正式交付使用。2024年3月23日启动2号热风炉优化改造，于6月25日烘炉结束投产，截止目前，改造后的风温实现了1200℃-1230℃风温的设计要求，单炉煤气消耗每天降低5万立方米，热风炉全部改造完毕后，四座热风炉每天可以降低煤气消耗20万立方米以上，预热及系统优化改造措施实施后，可实现吨铁煤气消耗降低80m³。安钢4747m³高炉每天出铁10500吨，按一年350天正常生产，煤气消耗可以节约2.94亿立方米，按照每立方米煤气0.10元市场价格核算，每年可以节省2940万元。

　　在对安钢4747m³特大型高炉原顶燃式热风炉在生产实践中总结查找出来的一系列技术缺陷实施了优化改进之后，专家们认为，该热风炉及炉壳使用寿命将会大于25-30年。

图为安钢4747立方米特大型高炉原顶燃式热风炉，因炉壳开裂而优化改造工作正进行中。（刘世聚供图） 

　　豫兴冶金节能公司专家刘世聚还介绍：安钢4747m³高炉顶燃式热风炉炉壳开裂和煤气节能改造，是国际国内在3200m³以上高炉顶燃式热风炉领域首次切割炉壳炉型结构优化改造和炉壳开裂优化改造第一案例。这一成功的改造成果，为我国4000-5500m³特大型高炉炉壳应力腐蚀开裂及节能改造积累了更丰富的理论和实践经验，为遏制这些重大项目的炉壳开裂和节能改造，为顶燃式热风炉稳定长寿节能高风温做出了重大贡献。

　　学会专家委员会名誉委员王天义（原副理事长）、郝副秘书长，河钢集团郭总及与会领导都对此重大成果和工程予以肯定和支持，并坚信豫兴冶金节能公司科技创新道路会越走越宽广，期望与该领域热风炉系统先进技术企业强强联合，集成系统节能环保技术，引领行业技术走在世界前列继续努力，并早日实现豫兴冶金节能公司规划的新的技术发展宏伟蓝图---热风炉二氧化碳零排放技术的中试成功并投放市场。