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深度分析：如何避免高爐爐缸燒穿事故發生
2017年9月7號上午10點15分，本鋼板材煉鐵廠新一號4747m3高爐發生燒穿事故，導致鐵水泄露，引發火災，是我國燒穿的座4000m3以上的高爐。該事件引起社會強烈關注，各大媒體紛紛報道。截今日，事故已過去一周，善后工作正在有條不紊的進行，據新消息證實，事故本鋼新一號高爐將于本月16號復產。作為冶金行業的技術研究人員，需要對高爐爐缸燒穿事故原因進行仔細分析，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外時有發生，2000~2013年國內部分高爐爐缸燒穿座數的變化如圖1所示。現代高爐一代爐役設計壽命在15年以上，目前實現這一高爐長壽目標的高爐數量很少，寶鋼3號高爐一代爐役19年，成為國內高爐長壽的典范。高爐長壽是一個系統工程，它涉及設計、耐火材料質量、安裝筑爐、儀表監測、生產管理與操作等多個方面。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。
爐缸耐材結構有兩大類，即全炭磚爐缸側壁與綜合爐底結合的結構（全炭磚結構）、綜合爐缸側壁與綜合爐底結合的結構（陶瓷杯結構）。目前研究學者對爐缸侵蝕甚燒穿的機理達成共識，即鐵水環流對側壁磚襯的機械沖刷和不完全飽和碳鐵水對炭磚的熔蝕。
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★國內外高爐爐缸燒穿原因各有不同，可以歸納為幾個原因：
原因1
爐缸冷卻強度不夠，與炭磚的導熱能力和冶煉強度水平不匹配。爐缸采用的炭磚導熱系數與微孔結構要同時兼顧，冷卻壁導熱能力和冷卻水量都要進一步提高，炭搗層的熱導率應與炭磚相近，避免其成為熱阻層。新建高爐的爐底結構,應采用微孔結構,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
缺乏監測爐缸手段。在新建高爐時為減少投資，爐缸溫度監測點少，對冷卻壁水溫差、水流量、熱流強度等參數檢測手段少，不能及時發現爐缸的異常，導致燒穿事故突然發生。
原因3
爐缸耐材質量影響。炭磚產品質量沒達到要求，炭磚加入人工石墨過多，抗鐵水熔蝕性能差。造成這種現象的原因是追求炭磚的高導熱系數，但因為爐缸側壁內存在高熱阻的氣隙，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、生產過程中開焊漏水，會造成炭磚加速氧化破損，易引發重大事故。碳磚與冷卻壁之間的炭素搗料應選擇與碳磚的熱導率相當的搗料，同時選擇有足夠冷卻能力的冷卻結構。
原因5
生產操作存在問題。入爐鉀、鈉、鉛、鋅等有害元素對爐缸耐火材料的破壞。高爐風口小套、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，不計后果的追求高爐冶煉強度，這對包括長壽系統在內的整個高爐及其附屬系統都帶來了極大負荷，對爐缸損害較大。對于爐襯侵蝕嚴重的高爐，未進行鈦礦護爐。爐缸壓漿不當，泥漿將磚襯壓碎進入爐內，與鐵水接觸引發爐缸放炮，導致爐缸燒穿事故。鐵水深度不夠，鐵水從鐵口通道進入磚縫，加速炭磚侵蝕。
高爐爐缸發生事故前會有先兆，應盡早發現爐缸危險的蛛絲馬跡。如果缺少監測手段、或者檢測失靈，高爐爐缸燒穿事故突發。對于監測系統完善的高爐，利用熱電偶溫度、熱流強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。當磚襯侵蝕變薄后，相應位置監測熱電偶溫度升高，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，高點達到了 580℃，比其它鐵口該位置溫度高 250℃左右。
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★爐缸燒穿事故的發生，延長爐缸壽命是一個系統工程，主要措施包括以下幾點：
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化冷卻是徒勞的，應當提出的是爐缸側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,熱流強度已達到警戒值時，采取高壓水強化冷卻的效果是很明顯的。
措施2
爐缸采用的炭磚其熱導率和微孔結構要同時兼顧，冷卻壁的導熱能力和冷卻水量都要進一步提高，炭搗層的熱導率應與炭磚相近，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澆注料，炭磚與冷卻壁間縫隙可采用高導熱的碳質澆注料，避免出現熱阻層。
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生，否則，一旦發生事故還將再次投入大筆資金。
措施4
加強投產后操作維護，嚴格控制有害元素的入爐量 ，禁止超標入爐，對循環富積的有害元素， 定期采取排除措施。防止冷卻設備漏水，破壞磚襯。維持經濟合理的冶煉強度和利用系數，分析一些壽命達到 15～25 年的高爐，一代爐役利用系數平均不超過 2.3 t/（m3·d）， 其生產穩定 、能源消耗低，符合低碳冶煉要求，綜合成本也較低。炭磚溫度高時先采用的措施通常是加入鈦礦護爐，能取得較好的效果。
總結
高爐長壽與人體長壽十分相似，爐體設計和耐火材料質量好比人的原有的身板，一個身板不好的人，你怎么指望他能在高負荷運轉的情況下長命百歲？所以高爐長壽首先要有合理的設計、耐火材料和施工質量。根據爐容的大小，設計合理的爐型，是設計院和鐵廠應該認真考慮的事。爐型設計的合理的情況下，選擇高質量的耐火材料并按照規則精細施工，則是“好身板”的另外一個重要因素，需要設計院、鐵廠、耐材供應商和施工方協同合作。有了好的身板還需要懂得“保養”，吃的料怎么樣，吃得好固然很好，吃的不好也需要定時“排堿”，不能吃的料不好，還要超負荷生產。尤其是在目前鋼材利潤較高的情況下，不顧爐子的情況，加足馬力生產是不可取的，應該大修的時候，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，需要降低負荷，并定期護爐保養，形成制度。說到底，高爐長壽這個系統工程需要各階段的管理者認真對待，努力提高我國高爐長壽技術。
