目前普遍使用的沖天爐共同存在如下問題：氣流由風口射入爐內時，由于焦炭的阻隔，氣流很難深入爐心。因此形成了這樣一種理論共識：氣流在爐內分布的狀態為，爐壁附近氣流量大，密度大，越向爐心，氣流量越小，密度越小；爐壁附近焦炭燃燒的好，溫度高，越向爐心焦炭燃燒的越差，溫度越低；爐壁附近的爐料熔化的快，越向爐心熔化的越慢。因此，隨著時間的延續，爐壁效應越嚴重，爐膛則越大，氣流射入爐心越難，造成整個爐膛的供風強度，特別是對爐心的供風強度下降，因此隨著時間的延續，焦炭燃燒效果越差，鐵水溫度越低，元素燒損越大，耗焦越多，熔化率越大，鐵水質量越差。在投料口濃煙滾滾,火焰沖天，造成嚴重的熱量浪費和污染物排放的增加。
針對以上問題，為了節能減排研究開發了“空氣冷卻強化預熱單排龍卷風供風沖天爐”。由空氣冷卻替代水冷卻不僅在理論上是可行的，而且在許多技術領域早有應用。關鍵的問題是氣流的流量、流速和流通方案的科學合理性。
第一種方法是在沖天爐底焦部位的爐殼內壁，全方位地布置了冷卻管，通過進風孔與出風孔，使冷卻管與總風箱和儲風箱相通；儲風箱又經支風管與進風箱相通；進風箱上安裝龍卷風發生器。因此當總風箱上聯接主風管，主風管聯接鼓風機，鼓風機啟動后，氣流自然進入主風管→總風箱→冷卻管→儲風箱→支風管→進風箱→龍卷風發生器→射入爐內；多余的風量，經冷卻管→儲風箱→放風管→爐體煙筒排入大氣。
第二種方法是在沖天爐底焦部位的爐殼外壁，設置如同熱風膽的外殼，其氣流運行的路線與第一種方法大體相同。
上述空氣冷卻和水冷卻相比具有如下優點：
1）突出氧化帶，合理的分布冷卻效果：氧化帶是整個沖天爐溫度最高，高達1700℃-1800℃，燒損和侵蝕最為嚴重的部位。保持氧化帶的完整性、可靠性是決定沖天爐爐齡的關鍵所在。水冷卻只能對爐殼進行由上向下的冷卻，而氧化帶必定處于靠下的部位。也就是說，不可能用最冷的水，首先進入氧化帶部位的爐殼進行冷卻。而空氣冷卻特別是單排風口可以從任意部位首先進入，那當然應該首先進入而且是全部風量進入氧化帶進行冷卻。而對在其上方一定距離的熔化帶，則相應的降低了過冷度，因為熔化帶本身的最高溫度也不過1100℃-1300℃，所以其上的耐火材料不會受到嚴重的燒損和侵蝕，不需要也不應該進行最強的冷卻作用。這種由最強到最弱的冷卻程序也完全符合爐內的客觀需要。
2）變害為利，節能減排：爐內燒損和侵蝕爐壁的熱量，是爐內焦炭燃燒時不可避免的能耗。不管有沒有冷卻方法，都要向外散發。這部分的熱量占爐內總熱量的6%左右，如果不能將其及時的置換出來，那么這6%的熱量就只能對爐壁進行燒損和侵蝕，且引發大量爐渣。水冷卻目前只能白白的帶走，散發于大氣。而空氣冷卻卻能用這部分熱量變冷氣流為溫氣流，再射入爐內。即減緩了爐壁耐火材料被燒損和侵蝕的速度，又提高了進風溫度、節約了焦炭、提高了鐵水溫度。同時沒有了水冷卻對爐殼的腐蝕及對水的污染和浪費、避免了因燒穿爐殼漏水引起事故的發生。
3）避免了大量設備設資、消除了日常維護：水冷卻系統占地大、投資大，其投資超過沖天爐的投資；為了提高鐵水溫度，需購制外熱風設備，其投資更幾倍于沖天爐的投資；還要造成水的污染，空氣冷卻爐沒有上述的任何缺陷。 |
