高炉养生

高炉养生：辨证施治重视炉缸炉底“保健”2013-03-14 11:04 来源：中国冶金报近年来，我国一些高炉炉缸、炉底的寿命问题比较突出，部分高炉炉缸、炉底烧穿事故频繁发生。

仅在2010年8月，国内就有2座1250m3高炉、1座2500m3高炉发生了炉缸烧穿事故，2012年前10个月又有8座大于1000m3高炉烧穿，中小高炉烧穿和炭砖温度高被迫停下的高炉也有10多座，给企业造成了重大损失，员工生命安全受到威胁。

总结这些事故的经验教训（2000年以来国内部分1000m3以上高炉炉缸、炉底烧穿事故及处理方法详见附表），对进一步增强预防、应变、处理此类事故的能力，延长高炉炉缸炉底的寿命，具有重要的意义。

辨“症状”——炉缸炉底烧穿的六大特征调查统计显示，2000年以来国内具有代表性的高炉炉缸、炉底烧穿事故具有6个特征：一是烧穿的高炉大多没有事前征兆，属于突发事故，而且烧穿频率不断攀升，这可能与近年高炉座数增长较快有关。

二是有的高炉开炉2个~4个月就发生烧穿事故，大多数烧穿时间为开炉后的1年～4年，说明这些高炉在设计、结构、耐材选用、施工质量、配套设施、生产操作等方面可能存在一定缺陷。

三是烧穿的高炉几乎全部为炭砖炉缸、炉底结构，炉底大多釆用了水冷或风冷。

小块炭砖结构烧穿的多于大块结构的，烧穿部位多在炉缸环墙炭砖铁口及以下区域。

偶有炉底烧穿案例，烧穿的炉底多为自焙炭砖和黏土砖结构或高铝砖结构。

四是我国高炉烧穿事故近年频发，2012年前10个月又有超10座高炉发生了此类事故。

其中大型高炉烧穿的案例增加较多，这与近年我国高炉大型化加速、不同容积高炉的比例变化有关。

五是近年烧穿的高炉其冶炼强度远大于上世纪80年代以前的高炉，利用系数成倍增长，开炉达产速度也较快。

六是近年有些炉缸炭砖温度和水温差升高的高炉采用压浆方式护炉，即在炉皮开孔（两块冷却壁之间的缝隙处），将无水炭质泥浆压入到炭砖与冷却壁之间，起到堵缝和消除此处热阻层的作用。

有的取得一定效果，但2010年有3座高炉采用的压浆方法不当，反而在发生炉缸烧穿事故中起到反效果。

析“病源”——炉缸炉底烧穿存在五大共因虽然近年来的烧穿事故各有其具体原因，但也有一些共同的因素。

总的来看，炉缸、炉底出现安全隐患甚至发生烧穿的高炉主要存在以下问题：炉缸冷却强度与炭砖的导热能力和冶炼强度水平不匹配。

高炉采用陶瓷杯结构，炉缸采用铸铁冷却壁，陶瓷杯壁耐火材料的热导率低，相邻的小块热压炭砖热导率高，炭捣层热导率较低。

一旦陶瓷杯出现侵蚀或陶瓷杯壁有裂缝，铁水会直接接触炭砖，热导率较低的炭捣层和冷却能力不够的冷却壁将成为热阻层。

炭砖热面温度与铁水相等，难以形成渣铁保护层，而小块热压炭砖不是微孔砖，很容易被铁水侵蚀。

而与这种砖相配套的泥浆挥发物多，一挥发则加速缝隙中钻铁、炭砖熔损。

此外，国内外数十座长寿高炉的一代炉役平均利用系数为2.0t/m3·d~2.3t/m3·d，而烧穿者的利用系数多在2.5t/m3·d以上。

如何与高炉的冶炼强度匹配最经济，应该算综合账。

炭砖选用不当。

与铁水接触的部位或一代炉役末期要接触铁水的部位，不能选用石墨质和半石墨质的炭砖。

石墨含量高的炭砖容易发生熔损，不易粘挂渣皮来保护炉衬。

要重视炭砖的热导率，更要重视其微气孔指标和抗铁水熔蚀性能。

当前，新建高炉设计的死铁层不断加深，可缓解铁水环流的侵蚀，但会承受较高的铁水静压力，目前选用的死铁层深度为炉缸直径20%是否合适有待进一步验证。

铁口布置不当也会威胁炉缸安全。

检测手段缺乏。

炉缸砖衬温度测量点少，冷却壁水温差、水流量、热流强度等参数检测手段缺乏，往往导致不能及时发现炉缸、炉底的异常，以及时采取相应措施。

其结果是造成高炉烧穿事故的突发。

冷却壁制造和安装存在不足。

这主要表现为：在渣铁液态区采用轧制铜板钻孔加工的铜冷却壁较多，这种制造工艺焊接点较多，若在安装过程及生产中开焊漏水，会造成炭砖加速氧化破损，易引发重大事故。

此外，铁口区冷却方式和窜气式结构设计不合理，炉缸冷却壁与炉皮间填料选用不当，炭砖与冷却壁之间的炭捣料与炭砖的热导率不匹配，冷却结构不合理等都会引发烧穿事故。

投产后操作维护存在不足。

这主要包括：一是钾、钠、铅、锌等有害元素在炉内循环富积，与耐火材料形成化合物，使其体积膨胀，造成炉缸砖衬快速损坏。

二是冷却设备漏水，会顺着炉皮渗到炉缸，引起炭砖氧化、粉化，这是炉缸炭砖损坏的重要原因。

三是铁口深度不够和出铁时铁口喷溅，铁水易从铁口通道进入砖缝，加速炭砖的侵蚀。

四是盲目提高冶炼强度，炉体破损加速。

五是钒钛矿护炉不够。

六是炉缸压浆不当，压浆压力过高，泥浆的材质不好，反而将已经很薄的砖衬压碎，或使泥浆从砖缝中压入炉内与赤热铁水接触，挥发物多的泥浆产生体积膨胀引起炉内出现“放炮”现象，进而诱发炉缸烧穿和渗铁事故。

开“处方”——不同“患处”的治疗方法不同炉缸烧穿的处理。

炉缸烧穿后应首先确认烧穿部位是否在炉底铺炭砖之上。

如果烧穿位置很低，在炉底满铺炭砖1层～2层处，抢修就没有意义。

炉缸烧穿部位在满铺炭砖平面以上时，要判断炉缸是否还存有液态铁水，防止开炉皮取冷却壁时残铁流出造成安全事故。

如果高炉已生产多年，临近大修期，抢修恢复生产不经济，最好快速拆炉进行大修。

炉缸烧穿抢修一般采用挖补的方法，在确认开孔时无液态铁流出的条件下（如有液态铁应先出尽残铁），准备好炭砖（焙烧微孔小炭砖最佳）和新冷却壁，割开炉皮和损坏的冷却壁，支撑住烧穿口上方的炭砖，清除残物并找出原始砖面，然后砌筑新砖，安装好新冷却壁，焊好炉皮，压炭质泥浆，冷却壁通水试漏。

若还有其他受损部位也要抢修好，然后复风生产。

复风操作可按炉缸冻结事故的处理方式，烧穿部位上方的风口可根据情况堵住较长时间，并辅以其他护炉措施，逐渐恢复生产。

复产后的冶炼强度应比事故前的生产水平低20%左右，同时应该抓紧做好一代炉役大修的准备。

炉底烧穿处理。

炉底烧穿是十分危险的生产安全事故，它会导致整个高炉的停产，水冷炉底的影响则更为严重。

历史上出现过的炉底烧穿事故多发生在容积较小、炉底无冷却或炉底风冷的高炉。

炉底烧穿时铁水从风冷管流出，因炉基周围无积水，没有诱发更严重的爆炸事故。

对于水冷炉底的高炉，应时刻提高警惕，一旦水冷管上面的炭砖温度超标，应尽快停炉大修，防止炉底烧穿。

炉底烧穿后没有别的方法，只能在凉炉后扒料大修。

常“保健”——重视每个环节的预防工作采用高导热炭砖和微孔结构。

炉缸采用的炭砖，其热导率和微孔结构要同时兼顾，冷却壁的导热能力和冷却水量都要进一步提高，炭捣层的热导率应与炭砖相近，避免使它成为热阻层。

陶瓷杯与炭砖之间缝隙可用陶瓷杯质浇注料，炭砖与冷却壁间缝隙可采用高导热的炭质浇注料，避免出现热阻层。

新建高炉的炉底应采用微孔结构、抗铁水熔蚀性能好的炭砖，并做到从炭砖热面（与铁水接触面）至炉体水冷管的传热能力逐渐增强，不形成热阻层，使热量顺利传出去。

控制热流强度。

水量低、管径小的冷却壁，冷却比表面积小，已不适合当前高强度冶炼的高炉。

从传热、系统阻损和防止气塞等方面分析，冷却壁内水速应在2.0m/s左右，高于或低于此值都不好。

2500m3级高炉炉缸冷却水应大于4500m3/h，冷却水管断面积与冷却壁面积之比应大于1.0，炉缸每段冷却壁水温差应严格控制小于0.5℃。

我国一些高炉的操作经验是，炉缸采用冷却壁冷却时热流强度应控制在10kW/m2以下，当热流强度达到12kW/ m2时应发出红色报警，热流强度一旦达到18kW/m2～21kW/m2，炉缸烧穿将难以避免。

增加检测手段。

新建或大修一座高炉成本很高，配齐检测手段可有助于及时发现炉缸异常的蛛丝马迹，尽早采取措施避免事故的发生。

改进冷却壁制造和安装。

一定按标准制造好各种类型冷却壁,严格按检验标准和程序进行验收。

炉缸耐材砌筑前应对冷却系统通水、试漏，在试压合格后方能砌砖。

不论使用大块炭砖还是小块炭砖，均应将砌筑砖缝控制在0.5mm以内。

改进铁口区冷却方式和窜气式砌筑结构设计，以及炉缸冷却壁与炉皮间填料的选用。

炭砖与冷却壁之间的炭捣料的热导率应与炭砖相当。

加强投产后的操作维护。

这主要包括：严格控制有害元素的入炉量，禁止超标入炉，对循环富积的有害元素定期采取排除措施。

防止冷却设备漏水，特别是风口和冷却壁的漏水。

防止高炉出铁时铁口喷溅和维持铁口有足够的深度，建议控制炉内泥包在600mm~800mm范围内为宜。

保持经济合理的冶炼强度和利用系数。

新投产高炉不应过分强调达产速度，用10天～20天冶炼铸造铁，可使炉缸一开始就生成一层石墨炭以封堵部分砖缝，对延长炉缸寿命有益。

完善钒钛矿护炉。

钒钛矿加入量应控制生铁中[Ti]含量在0.10%以上，[Si]含量可在0.5%以上；可在开炉半年后就开始用一周左右的时间加钒钛矿护炉，此后每年进行一次。

慎重对待炉缸压浆，努力提高压浆水平。

最好的办法是严格控制筑炉质量，争取实现一代炉役不压浆。

重视炉缸炉底烧穿事故的预防。

在高炉一代炉役中，从高炉设计、设备制造、砌筑施工、开炉到操作、生产管理与维护、配套工程等，每一环节均要重视，采用科学合理的先进材料、技术、工艺，才能实现高炉真正的长寿。

要时刻保持警惕，尽早发现炉缸、炉底问题的蛛丝马迹。

在一代炉役中时刻保持炉台下干燥，不得积水，一旦出现烧穿可避免事故扩大化。

附表2000年以来国内部分1000m3以上高炉炉缸炉底烧穿事故及处理方法。