近年來，我國一系列高風溫技術創新與應用實踐取得了顯著的成效，新建或大修改造的高爐設計風溫一般為1250℃±50℃，提高風溫成為當代高爐煉鐵技術發展的一個顯著趨勢。2001年~2012年，我國重點鋼鐵企業高爐的平均風溫從1081℃提高到1183℃，但尚未達到1200℃，和國外先進水平相比差距甚大。

　　提高風溫是當代高爐煉鐵技術發展的重要途徑，是引領煉鐵工業實現可持續發展的重大關鍵共性技術。提高風溫不是最終目標，而是為高爐實現高效、低耗、低碳、低成本、低排放奠定基礎。煉鐵工業以提高風溫為技術突破，可以進一步提高噴煤量、降低燃料消耗，從而構建高效率、低成本、低排放的當代高爐煉鐵技術體系。

　　實現高風溫的關鍵技術

　　燃燒高爐煤氣實現高風溫技術。目前，絕大多數鋼鐵廠熱風爐以燃燒低熱值高爐煤氣為主，如果不采用煤氣和助燃空氣預熱技術，熱風爐拱頂溫度僅能達到1200℃~1250℃，根本無法實現高風溫，這是當前制約我國高爐提高風溫最重要的因素之一。

　　實現低品質高爐煤氣的高效能源轉換，研究開發燃燒單一低熱值高爐煤氣實現1280℃±20℃的高風溫技術，應是我國當代高爐高風溫技術創新的必由之路。實現這個目標的核心是采用煤氣和助燃空氣高效預熱技術，通過提高煤氣和助燃空氣的物理熱量，從而有效提高熱風爐拱頂溫度。

　　采用合理的熱風爐結構形式。目前，高爐熱風爐主要有內燃式、外燃式和頂燃式3種結構形式，并且這3種熱風爐都有實現1250℃以上高風溫的實踐。在選擇熱風爐結構形式時，值得關注的一種技術發展趨勢是頂燃式熱風爐蓬勃發展。研究人員針對外燃式和頂燃式熱風爐的工藝特性、結構特點、熱風爐燃燒和換熱過程進行了定量的分析對比，計算結果表明：頂燃式熱風爐的高溫煙氣流速度分布均勻性、格子磚表面溫度分布均勻性、流場分布和速度矢量場分布的均勻性均優于外燃式熱風爐。

　　采用高效格子磚。實踐證實，采用高效格子磚可以強化蓄熱室格子磚與氣體之間的熱交換，有效降低拱頂溫度與風溫的差值，顯著提高風溫。在維持格子磚活面積或格子磚重量恒定時，合理地減小格子磚格孔直徑，可以增加格子磚的加熱面積，有效改善氣體與格子磚之間的傳熱過程，從而增加格子磚的換熱量。但是過度縮小格子磚孔徑，會導致氣體通過格孔通道的阻力增大，造成氣體阻力損失增大，消耗更多的鼓風動能。而且過小的格子磚孔徑還容易造成蓄熱室中格子磚通孔率下降、格孔容易阻塞，導致蓄熱室有效利用率下降。

　　格子磚孔徑和磚型的選用應統籌考慮，格子磚孔數越多、孔徑越小并不意味著更加合理，須要綜合考量蓄熱室的熱效率、有效利用率、氣體運動阻力和格子磚使用壽命等因素。蓄熱室高溫區首選硅質格子磚，并且要求硅磚的殘余石英必須低于1%。應該根據蓄熱室高度方向上的溫度曲線劃分溫度區間，并依此合理選用不同材質和理化性能的格子磚。

　　改善熱風爐操作。熱風爐燃燒初期宜采用強化燃燒模式，使拱頂溫度快速達到設定值；燃燒過程中應合理調節煤氣量和助燃空氣量，在維持較低空氣過剩系數的條件下，使熱風爐燃燒末期的煙氣溫度達到設定目標。評價熱風爐燃燒操作的主要標志是：在合理的燃燒周期內，熱風爐拱頂溫度和煙道溫度滿足設定參數的要求且不超標，空氣過剩系數低，煙氣中殘余的CO和O2含量低，煤氣和助燃空氣消耗量少。

　　熱風爐送風操作同樣須要改進和完善。配置4座熱風爐時，應采用“2燒2送”交錯并聯送風的操作模式。采用這種送風模式一般能夠提高風溫25℃左右。另外，要減少冷風混風量，混風量應根據送風溫度變化進行在線調節，使高風溫得到有效利用。3座熱風爐采用“2燒1送”的工作模式，可以合理地縮短送風周期、增加換爐次數。采用“2燒1送”工作模式時，由于送風初期與末期的風溫變化較大，為了保持恒定的風溫須要在熱風中混入冷風，但也要注意減少冷風混風量。

　　重視高溫熱風的安全輸送

　　目前，制約高爐實現高風溫的另一個重要環節是高溫熱風的安全輸送。近一段時期，隨著風溫的提高，許多熱風爐的熱風總管、熱風環管、熱風支管和送風裝置等發生局部過熱、發紅、漏風乃至管道燒損等事故。因此，對于熱風管道系統的設計和維護，必須給予足夠的重視，要系統地研究在高溫、高壓、高富氧的送風條件下，實現1280℃±20℃高風溫所采取的可靠技術措施。

　　熱風管道承受著高溫、高壓和彈塑性變形作用，是熱風爐系統中工況最惡劣的管道。計算表明，對管道直徑為2800mm、工作壓力為0.45MPa的熱風管道，其盲板力可達2800kN，因此熱風管道的設計必須保證在此工況下土建結構、管道鋼殼、耐火材料砌體工作穩定。經過多年的研究和探索，我國已經構建了一套完整的熱風管道設計體系和方法，包括熱風管道拉桿設計、波紋補償器計算與選型、耐火材料設計計算、關鍵部位的有限元計算分析等方面。

　　熱風管道設計應考慮工作溫度、工作壓力、耐火材料荷載、鋼結構彈塑性變形、管道試壓、環境溫度的變化和多工況耦合等因素，保證熱風管道的安全穩定運行。熱風支管與熱風總管的結合部采用三角形剛性拉梁的設計結構，以保證熱風支管和熱風總管三岔口的結構穩定，同時還可以抑制熱風爐爐殼受熱上脹對管道產生的影響。熱風總管采用通長的一體化大拉桿結構并且合理設置波紋補償器，要滿足在環境溫度變化的情況下，必須保持整個管道系統的結構穩定性，有效提高熱風管道的安全性和可靠性，防止管道發生彈塑性形變和位移而導致耐火材料和鋼結構的破壞。

　　當風溫提高到1250℃以上時，熱風管道異常損壞經常發生，已成為影響提高風溫和安全生產的重要因素。采用計算機數值仿真模擬技術優化熱風管道設計，是當前應當大力推廣的設計創新。

　　合理的熱風管道設計的關鍵內容主要包括以下三個方面：

　　一是管道鋼結構、波紋補償器、拉桿和管道支架的合理設計。全面解析整個管道系統的受力狀態是優化設計的基礎，建立完整的管道系統彈塑性力學分析數學模型，在有約束的條件下降低金屬管道系統所產生的應力和應變，同時對于溫變應力、膨脹應力和盲板力必須給予足夠的重視。

　　二是熱風管道內襯的優化設計。熱風管道不同于其他的壓力管道，其最大的差異在于輸送介質為大通量條件下的高溫、高壓富氧空氣。熱風管道內襯的徑向溫度梯度很大，內外溫差高達1150℃~1200℃，管殼和波紋補償器的表面溫度應控制在100℃左右。熱風管道徑向大梯度的溫差，使耐火材料內襯結構在沒有附加冷卻的工況條件下，極易出現溫差熱應力而造成異常損壞。

　　三是合理解決熱風管道內襯的熱膨脹。可以通過熱風管道內襯溫度場數值模擬，得出內襯的溫度分布，根據耐火材料的熱力學參數，精準計算出預留的膨脹縫大小、數量和位置。徑向熱膨脹一般采取在管道上部工作層磚襯與隔熱層磚襯之間預留膨脹縫的措施，不應設置集中的徑向膨脹縫，以避免熱風管道上部磚襯的塌落或下沉。合理設置熱風管道內襯軸向膨脹縫至關重要，應當在熱風管道軸向方向上設置若干個獨立的膨脹縫，采用迷宮式密封結構，提高膨脹縫的嚴密性，防止竄風、漏風，以提高熱風管道的絕熱保溫效果，降低風溫損失。熱風管道波紋補償器區域膨脹縫的設計結構尤為重要，這是熱風管道中最為薄弱的環節。

　　熱風爐孔口部位的工況條件惡劣，孔口的異常破損也是影響熱風爐長壽和提高風溫的制約環節。熱風出口應當采用組合磚結構，組合磚宜采用具有雙凹凸榫槽的鎖磚結構，才能更好地抵御熱風出口上部大墻磚襯對組合磚產生的壓應力。除此之外，在熱風管道上所有管道連接的“三岔口”部位也均應采用組合磚結構。

　　生產實踐證實，熱風管道的耐火材料磚襯在高溫、高壓熱風的流動沖刷作用下，容易出現局部過熱、竄風甚至內襯脫落現象。對于運行中的熱風管道應采用表面溫度監測系統，可以在線監控熱風管道關鍵部位的管殼溫度，并可以進行數據處理和存儲，實現信息化動態管理；同時為了監控熱風管道受熱膨脹而產生的變形情況，設置管道位移監測儀可以在線監測熱風管道的膨脹位移。數字化在線監控裝置可以提高熱風爐管道工作的可靠性，保障高溫熱風的穩定輸送。

　　延長熱風爐壽命

　　在當前技術條件下，熱風爐拱頂溫度應當控制在1420℃以下，其目的是降低熱力型NOx生成量，從而有效預防熱風爐爐殼的晶間應力腐蝕。當代熱風爐設計要求采取有效的預防晶間應力腐蝕的技術措施，以延長熱風爐使用壽命。熱風爐爐殼應采用細晶粒鋼板，提高爐殼自身的抗腐蝕性能；爐殼焊接安裝以后必須對所有焊縫進行探傷檢查和研磨，之后采取退火熱處理措施，以消除爐殼制造、焊接過程所產生的殘余應力。熱風爐爐殼施工時，應采用高溫區爐殼，涂刷防酸涂料并噴涂耐酸噴涂料等綜合防護措施，防止NOx與冷凝水結合以后所形成的酸液對熱風爐爐殼產生腐蝕破壞。為了有效防止熱風爐燃燒和送風過程中水蒸氣的冷凝，對于熱風爐高溫區爐殼還可以采取外保溫等防護措施，使爐殼溫度保持在水蒸氣露點以上。總而言之，采取綜合措施有效預防熱風爐爐殼晶間應力腐蝕，是實現熱風爐長壽、高效、高風溫的重要技術保障。

　　影響當代熱風爐壽命的關鍵因素除了拱頂和高溫區爐殼的晶間應力腐蝕外，還有熱風爐爐體的耐火材料結構，包括拱頂、熱風出口、熱風管道和蓄熱室格子磚砌體，以及外燃式熱風爐燃燒室與蓄熱室連接部、內燃式熱風爐的燃燒室與蓄熱室的隔墻、陶瓷燃燒器本體等部位。這些部位的使用壽命仍是影響熱風爐壽命的制約環節。

　　當前值得重點關注的是熱風爐熱風出口、熱風支管和熱風管道的壽命，應采取綜合技術措施，采用“無過熱—低應力”設計體系，著重解決高溫、高壓管道在復雜受力條件下的力學問題。與此同時，在耐火材料材質和設計結構上也應不斷優化，以實現當代熱風爐的高效長壽。