截止到2013年2月，国家工信部认定的166家企业铸造高炉共计222座，高炉容积集中于450m3以下，由于长期缺乏专业技术支持和行业规范要求，高炉系统在长寿、能耗、环保等方面与钢铁行业大型高炉相比存在一定差距。这些企业已意识到革新改造的迫切性。
由于铸造工序的间断性生产、规模小、品种多等特点，决定了其作为原料——铸造生铁供应环节的高炉炉容不宜过大;另外，铸造用生铁(GB/T718－2005)中Si含量多在1.20%以上，采用200m3级高炉可直接生产，而炉容级以上高炉一般采用炉外增硅的方式;两种工艺各有其存在的意义，铸造行业小型高炉(200m3级左右)的存在有其合理性，不宜按照钢铁行业标准一味的淘汰，而应加以科学的引导。
1 改造概述
河北春风铸造有限责任公司是国家认定的铸造用生铁生产企业之一，共有2座128m3的高炉，2012年底在对号高炉进行大修改造的同时，将所配套的球式热风炉进行升级改造(见表)。由于铸造高炉整体行业的装备水平落后，球式热风炉初期送风温度约1000℃～1050℃，后期980℃～1000℃，且风温不稳定，已造成高炉冶炼的燃料比上升，生产成本增加，再者球式热风炉每两年左右都要进行耐火球的更换，不仅生产运营成本增加，而且降低了高炉生产的作业率。故本次改造遵循循环经济的理念，节能环保，充分体现人性化的设计，充分考虑现场操作、维护的方便性等因素，为顶燃式格子砖式热风炉在小型铸造高炉上的应用奠定方向。
序号 名称 球式
1 热风炉座数 3 座
2 热风炉直径 ? 5200 /?4100mm
3 热风炉总高度 15.32m
4 热风温度 1050℃
5 烟气温度 250℃
6 耐火球直径( 上部) ? 60mm
7 耐火球直径( 下部) ? 40mm
8 每 m3 耐火球蓄热面积( 上部) 74m2 /m3
9 每 m3 耐火球蓄热面积( 下部) 111m2 /m3
10 每座热风炉加热面积 4880.6m2
11 单位炉容加热面积 40.67m2 /m3
12 球床断面积 7.55m2
13 每座热风炉装球量 96t
14 球床高度 6m
2 设计条件
(1)原热风炉基础、烟囱利旧使用，其余设施、设备全部更新；
(2)采用顶燃式格子砖；
(3)热风炉风温1200℃以上。
3 设计特点
3.1 合理的炉型结构
众所周知，热风炉在工作时，由于炉壳与耐火材料的受热上涨或收缩不同步，可导致耐火材料的坍塌或是炉壳的局部开裂，为了避免此类现象发生，在顶燃式格子砖热风炉的设计时采用了三段式砌体结构，包括热风炉炉体三段式砌体结构和蓄热室格子砖三段式砌体结构。热风炉炉体从上到下依次为燃烧器、燃烧室和蓄热室三段。三段砌体采用完全脱开的迷宫式连接，各段砌体可以自由伸缩，避免各段砌体膨胀相互影响。热风炉圆周方向为完全对称结构，不存在外燃热风炉拱顶联络管或内燃热风炉火井大墙等非对称结构，从根本上消除了由于非对称结构造成不均匀膨胀而引起的破坏。
3.2 改进型的燃烧器
同类型热风炉的陶瓷燃烧器采用普通小块砖砌筑而成，由于小块砌砖的整体稳定性和砌筑水平及自身材质相关，在长期送风、燃烧的操作环境下，易造成煤气喷口砖和拱脚砖的变形、坍塌。为了防止此类事故发生，在本次设计中采用了最新的技术成果，在保留热风出口组合砖与燃烧室锥顶拱脚砖分开处理的条件下，将拱角砖改为大块组合砖砌筑，有效的提高了拱角砖的稳定性;同时将煤气喷口砖由原先的小块砌砖改为大块组合砖，组合砖的应用有效的改善了局部的稳定性，为延长热风炉的使用寿命奠定了基础。
另外热风出口处与燃烧室砖托距离较小，燃烧室大墙砌体热膨胀上涨量很小，不会对热风出口造成剪切破坏。
3.3 合理耐火材料选型
顶燃式格子砖热风炉蓄热室格子砖从上到下依次采用硅砖、低蠕变高铝砖和低蠕变粘土砖三段式结构。通常硅砖安全工作温度不低于800℃，而粘土砖安全工作温度不高于1000℃，其分界面理论上设置在温度900℃处，硅砖和粘土砖各有100℃的安全波动范围。考虑到蓄热室格子砖各段高度存在设计偏差，以及热风炉操作条件的变化，特别是顶燃式热风炉蓄热室格子砖总高度比内燃式热风炉和外燃式热风炉显著降低，蓄热室格子砖温度波动范围更大，热风炉实际操作中很难保证硅砖和粘土砖工作温度不超出安全界限。若格子砖采用硅砖和粘土砖两种材质，或在硅砖和粘土砖之间只设高度很低的一段低蠕变粘土砖过渡，热风炉适应大范围温度变动的能力较差，给热风炉寿命留下隐患。顶燃式热风炉在蓄热室中间设置一段安全温度更高的低蠕变高铝砖，可以保证热风炉操作大幅度波动情况下，始终保持各种材质都在安全工作温度范围内，增加了热风炉的适应能力和安全性。
3.4 新型格子砖的应用
在通常设计时，热风炉蓄热室的格子砖采用的上下两层错台平铺，随着格子砖高度的增加及格子砖在制造过程中存在的误差，其通孔率无法达到设计要求。根据目前的国内的施工经验，格子砖的通孔率基本维持在80%～85%左右，再加上由于高炉煤气中的粉尘的存在会造成格子砖格孔的堵塞，由此影响热风炉的对流换热效果，势必对热风炉的送风温度及使用寿命造成影响。
为了消除格子砖在制造、施工中的误差造成对换热效果的影响，本次改造采用新型环形通道的高效格子砖，该格子砖的特点是无论哪一块格子砖发生格孔堵塞，热烟气流均可以通过环形通道绕过堵塞的格孔继续向下上)流通，避免了由于某一块格子砖格孔的堵塞，影响整体格孔的换热效果。可保证足够的加热面积和热储存能力，使得热风炉的炉内气流分布更加均匀，送风温度更加稳定。
3.5 带横梁结构的多孔型炉箅子
将炉箅子两条边支撑在横梁上，4个角通过横梁落在支柱上，支柱固定在炉底板上，构成了支撑格子砖的组合结构。炉箅子与横梁及横梁与支柱之间有锁扣相互锁定，两组横梁间有固定螺栓固定，所有炉箅子、横梁和支柱通过锁扣和螺栓连接成一个整体，结构稳定。这种方式可有效避免独立支撑式炉箅子易出现炉箅子塌陷和倾斜问题。
通过改进炉箅子的孔型，不但强化了受力结构，保证了通孔率不降低，同等孔径和孔距、同等厚度条件下，强度比梅花孔炉箅子提高31%，使得气流的分布更加均匀，不均匀度≥5%。
3.6 双预热系统的应用
采用管式空气、煤气双预热换热设施，预热后的空气、煤气最高温度可达190℃～200℃，与之前的无预热系统相比，拱顶燃烧温度提升了约140℃。
3.7 其他系统
所有阀门均采用电动阀门控制，可实现就地控制和远程集中控制。改变了之前的手动操作，降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。
4 使用效果
2013年5月，热风炉顺利投产，同期送风时间60min，风温1250℃;送风时间90min，风温1200℃。达到设计要求。
5 经济效益分析
5.1 直接经济效益分析该热风炉总体投资约1500万元，目前风温为1200℃，吨铁焦比降低50kg，现高炉日常生铁约400t，每天节约焦炭约20t，现焦炭价格约为1200元/t(2012年5月)，每日降低焦炭成本约2.4万元，一年降低成本2.4万元×天=840万元，两年即可收回投资。
5.2 间接经济效益分析
原球式热风炉2年需要更换一次耐火球，费用约为100万元，一代高炉炉役为8年，故节约400万元。每次换球停产时间约为3天，铁水产量400t/天，共计减产1200t，每吨生铁0.3万元，销售额损失360万元，8年换四次耐火球销售额共计损失1440万元。
6 结论
顶燃式格子砖热风炉在128m3级别的成功应用，将铸造高炉整体的装备水平提升一个高度，打破大家对铸造高炉的常规认识，有利于铸造行业内的整体良性发展。
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