深度分析：如何避免高爐爐缸燒穿事故發(fā)生

2017年9月7號(hào)上午10點(diǎn)15分，本鋼板材煉鐵廠新一號(hào)4747m3高爐發(fā)生燒穿事故，導(dǎo)致鐵水泄露，引發(fā)火災(zāi)，是我國燒穿的座4000m3以上的高爐。該事件引起社會(huì)強(qiáng)烈關(guān)注，各大媒體紛紛報(bào)道。截今日，事故已過去一周，善后工作正在有條不紊的進(jìn)行，據(jù)新消息證實(shí)，事故本鋼新一號(hào)高爐將于本月16號(hào)復(fù)產(chǎn)。作為冶金行業(yè)的技術(shù)研究人員，需要對(duì)高爐爐缸燒穿事故原因進(jìn)行仔細(xì)分析，幫助“鐵哥們兒”在努力提高高爐壽命。

高爐爐缸燒穿事故在國內(nèi)外時(shí)有發(fā)生，2000~2013年國內(nèi)部分高爐爐缸燒穿座數(shù)的變化如圖1所示。現(xiàn)代高爐一代爐役設(shè)計(jì)壽命在15年以上，目前實(shí)現(xiàn)這一高爐長壽目標(biāo)的高爐數(shù)量很少，寶鋼3號(hào)高爐一代爐役19年，成為國內(nèi)高爐長壽的典范。高爐長壽是一個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及設(shè)計(jì)、耐火材料質(zhì)量、安裝筑爐、儀表監(jiān)測、生產(chǎn)管理與操作等多個(gè)方面。從高爐長壽位置來看，爐體長壽和爐缸爐底長壽是長期以來高爐長壽的位置。

爐缸耐材結(jié)構(gòu)有兩大類，即全炭磚爐缸側(cè)壁與綜合爐底結(jié)合的結(jié)構(gòu)（全炭磚結(jié)構(gòu)）、綜合爐缸側(cè)壁與綜合爐底結(jié)合的結(jié)構(gòu)（陶瓷杯結(jié)構(gòu)）。目前研究學(xué)者對(duì)爐缸侵蝕甚燒穿的機(jī)理達(dá)成共識(shí)，即鐵水環(huán)流對(duì)側(cè)壁磚襯的機(jī)械沖刷和不完全飽和碳鐵水對(duì)炭磚的熔蝕。

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    ★國內(nèi)外高爐爐缸燒穿原因各有不同，可以歸納為幾個(gè)原因：

原因1

爐缸冷卻強(qiáng)度不夠，與炭磚的導(dǎo)熱能力和冶煉強(qiáng)度水平不匹配。爐缸采用的炭磚導(dǎo)熱系數(shù)與微孔結(jié)構(gòu)要同時(shí)兼顧，冷卻壁導(dǎo)熱能力和冷卻水量都要進(jìn)一步提高，炭搗層的熱導(dǎo)率應(yīng)與炭磚相近，避免其成為熱阻層。新建高爐的爐底結(jié)構(gòu),應(yīng)采用微孔結(jié)構(gòu),抗鐵水熔蝕性能好的炭磚,并做到從炭磚熱面(與鐵水接觸面)爐體水冷管,傳熱能力逐漸升高,不形成熱阻層,使熱量順利傳出去。

原因2

缺乏監(jiān)測爐缸手段。在新建高爐時(shí)為減少投資，爐缸溫度監(jiān)測點(diǎn)少，對(duì)冷卻壁水溫差、水流量、熱流強(qiáng)度等參數(shù)檢測手段少，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐缸的異常，導(dǎo)致燒穿事故突然發(fā)生。

原因3

爐缸耐材質(zhì)量影響。炭磚產(chǎn)品質(zhì)量沒達(dá)到要求，炭磚加入人工石墨過多，抗鐵水熔蝕性能差。造成這種現(xiàn)象的原因是追求炭磚的高導(dǎo)熱系數(shù)，但因?yàn)闋t缸側(cè)壁內(nèi)存在高熱阻的氣隙，阻礙炭磚熱量傳遞冷卻水中，反而使得炭磚表面溫度升高，在鐵水流沖刷和侵蝕下，造成事故。

原因4

冷卻壁制造安裝存在缺陷。冷卻壁若在安裝、生產(chǎn)過程中開焊漏水，會(huì)造成炭磚加速氧化破損，易引發(fā)重大事故。碳磚與冷卻壁之間的炭素?fù)v料應(yīng)選擇與碳磚的熱導(dǎo)率相當(dāng)?shù)膿v料，同時(shí)選擇有足夠冷卻能力的冷卻結(jié)構(gòu)。

原因5

生產(chǎn)操作存在問題。入爐鉀、鈉、鉛、鋅等有害元素對(duì)爐缸耐火材料的破壞。高爐風(fēng)口小套、冷卻器漏水爐缸，引起炭磚氧化、粉化。有些鋼鐵廠為了搶占市場，不計(jì)后果的追求高爐冶煉強(qiáng)度，這對(duì)包括長壽系統(tǒng)在內(nèi)的整個(gè)高爐及其附屬系統(tǒng)都帶來了極大負(fù)荷，對(duì)爐缸損害較大。對(duì)于爐襯侵蝕嚴(yán)重的高爐，未進(jìn)行鈦礦護(hù)爐。爐缸壓漿不當(dāng)，泥漿將磚襯壓碎進(jìn)入爐內(nèi)，與鐵水接觸引發(fā)爐缸放炮，導(dǎo)致爐缸燒穿事故。鐵水深度不夠，鐵水從鐵口通道進(jìn)入磚縫，加速炭磚侵蝕。

高爐爐缸發(fā)生事故前會(huì)有先兆，應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)爐缸危險(xiǎn)的蛛絲馬跡。如果缺少監(jiān)測手段、或者檢測失靈，高爐爐缸燒穿事故突發(fā)。對(duì)于監(jiān)測系統(tǒng)完善的高爐，利用熱電偶溫度、熱流強(qiáng)度信息可判斷不同部位的侵蝕情況和殘余磚襯厚度，爐缸燒穿。當(dāng)磚襯侵蝕變薄后，相應(yīng)位置監(jiān)測熱電偶溫度升高，例如鞍鋼新 1 高爐燒穿位置為鐵口下方 2.5m 處，2008年9 月份前該層各點(diǎn)溫度全部在 200℃以下，但 9 月份后該層溫度各圓周方向相繼上升，高點(diǎn)達(dá)到了 580℃，比其它鐵口該位置溫度高 250℃左右。

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★爐缸燒穿事故的發(fā)生，延長爐缸壽命是一個(gè)系統(tǒng)工程，主要措施包括以下幾點(diǎn)：

措施1

爐缸冷卻，由于水冷冷卻壁的高爐存在多層熱阻，尤其存在氣隙的條件下，想通過加大水量來強(qiáng)化冷卻是徒勞的，應(yīng)當(dāng)提出的是爐缸側(cè)壁被侵蝕到一定程度，特別是爐役后期,殘余炭磚的厚度不大時(shí),熱流強(qiáng)度已達(dá)到警戒值時(shí)，采取高壓水強(qiáng)化冷卻的效果是很明顯的。

措施2

爐缸采用的炭磚其熱導(dǎo)率和微孔結(jié)構(gòu)要同時(shí)兼顧，冷卻壁的導(dǎo)熱能力和冷卻水量都要進(jìn)一步提高，炭搗層的熱導(dǎo)率應(yīng)與炭磚相近，避免使它成為“熱阻層”。 陶瓷杯與炭磚之間縫隙可用陶瓷杯質(zhì)澆注料，炭磚與冷卻壁間縫隙可采用高導(dǎo)熱的碳質(zhì)澆注料，避免出現(xiàn)熱阻層。

措施3

增加撿測手段，新建或大修一座高爐投資很高,配齊檢測手段可以事故的發(fā)生，否則，一旦發(fā)生事故還將再次投入大筆資金。

措施4

加強(qiáng)投產(chǎn)后操作維護(hù)，嚴(yán)格控制有害元素的入爐量 ，禁止超標(biāo)入爐，對(duì)循環(huán)富積的有害元素， 定期采取排除措施。防止冷卻設(shè)備漏水，破壞磚襯。維持經(jīng)濟(jì)合理的冶煉強(qiáng)度和利用系數(shù)，分析一些壽命達(dá)到 15～25 年的高爐，一代爐役利用系數(shù)平均不超過 2.3 t/（m3·d）， 其生產(chǎn)穩(wěn)定 、能源消耗低，符合低碳冶煉要求，綜合成本也較低。炭磚溫度高時(shí)先采用的措施通常是加入鈦礦護(hù)爐，能取得較好的效果。

總結(jié)

高爐長壽與人體長壽十分相似，爐體設(shè)計(jì)和耐火材料質(zhì)量好比人的原有的身板，一個(gè)身板不好的人，你怎么指望他能在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下長命百歲？所以高爐長壽首先要有合理的設(shè)計(jì)、耐火材料和施工質(zhì)量。根據(jù)爐容的大小，設(shè)計(jì)合理的爐型，是設(shè)計(jì)院和鐵廠應(yīng)該認(rèn)真考慮的事。爐型設(shè)計(jì)的合理的情況下，選擇高質(zhì)量的耐火材料并按照規(guī)則精細(xì)施工，則是“好身板”的另外一個(gè)重要因素，需要設(shè)計(jì)院、鐵廠、耐材供應(yīng)商和施工方協(xié)同合作。有了好的身板還需要懂得“保養(yǎng)”，吃的料怎么樣，吃得好固然很好，吃的不好也需要定時(shí)“排堿”，不能吃的料不好，還要超負(fù)荷生產(chǎn)。尤其是在目前鋼材利潤較高的情況下，不顧爐子的情況，加足馬力生產(chǎn)是不可取的，應(yīng)該大修的時(shí)候，必須放下利潤的誘惑，考慮大修。爐役末期則像極了老年人，各“器官”都有些不靈了，需要降低負(fù)荷，并定期護(hù)爐保養(yǎng)，形成制度。說到底，高爐長壽這個(gè)系統(tǒng)工程需要各階段的管理者認(rèn)真對(duì)待，努力提高我國高爐長壽技術(shù)。

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