陈兴家，徐吉林，战奇(鞍钢集团工程技术有限公司)

摘 要：鞍钢新3号高炉炉缸烧穿事故的原因，主要是在冷却能力不足的情况下，由于炉底炉缸衬体存在间隙，窜风窜水夹带着Zn及其他碱金属，加剧了炭砖侵蚀。对此，提出了在风口、铁口区域采取改进措施，并加强冷却壁冷却能力，预计可延长高炉寿命3—5年。

关 键 词：大型高炉；炉底炉缸；间隙；Zn危害

近年来，随着高炉大型化的快速发展，也带来了影响炉底炉缸寿命的新问题。鞍钢新3号高炉(3200m3)于2005年12月28日投产，2008年8月25日在没有先兆情况下发生炉缸烧穿事故，造成巨大经济损失。为分析烧穿事故原因，由炼铁厂和技术中心相关人员组成调查小组，利用抢修之机对高炉炉缸进行了一次破损调查。结果表明，高炉炉底炉缸部位冷却不足是主要原因，而Zn元素在高炉内循环富集带来的危害也不容忽视。Zn危害是近年来才被发现的问题，但未能引起炼铁工作者的足够认识，或者说虽有认识，却没有形成系统的方法和措施来应对。本文力求从设计角度，来找到解决问题的方法。

1 高炉破损原因

在鞍钢新3号高炉破损调查过程中发现，炉缸炭砖侵蚀程度极其不均匀，所有非铁口侧炭砖几乎没有被侵蚀，测量炭砖剩余厚度1000mm，陶瓷杯依然存在，剩余厚度150～170mm，工作面凸凹不平。重点侵蚀都发生在铁口区域，炭砖剩余厚度最薄处仅为460mm[1]。

(1)冷却设备漏水对炉底炉缸寿命的影响。冷却设备漏水会沿着冷却壁背部填料间隙(约40mm)(如图1所示)，向炉缸聚集，并向热面渗透。在温度>700℃区域，水蒸气会与炭砖发生氧化反应，造成炭砖蚀损。蚀损形成的间隙会成为Zn及其他碱金属的聚集地，甚至铁水也会侵入。这些因素会导致炭砖进一步恶化，直至失效。

(2)冷却壁背部填料间隙的影响。冷却壁背部的填料无外乎铁屑填料和自流浇注料两种，受冷却壁水冷保护管凸台影响，铁屑填料几乎无法捣实(凸台间隙很小，捣锤深入不下)。自流浇注料干燥后又存在体积收缩，形成裂缝。这些间隙缝会成为煤气(或水)通道，流窜的煤气(或水)夹带着Zn及其他碱金属进入炉缸炭砖缝隙，对炭砖造成危害，劣化炭砖性能。

(3)铁口通道的影响。铁口通道在出铁过程中是炉内高压与炉外常压体系的连通器，出铁过程中流窜的煤气夹带着水或水蒸气、Zn及其他碱金属，从填料间隙缝或砌筑体缝隙，向铁口区域汇聚，造成铁口喷溅或放炮[如图2(a)所示]；堵铁口时，铁水会逆向进入缝隙，甚至直达冷却壁工作面[如图2(b)所示]。这就不难解释，为何高炉投产后仅2年多，在大多数炭砖及陶瓷杯还完好的情况下，炉缸就发生了烧穿事故。

(4)Zn在高炉内循环富集的危害[2]。Zn蒸气在高炉内循环富，沉积在高炉内衬上，与内衬发生化学反应，形成低熔点化合物造成炉身结瘤。而且，Zn的循环富集会破坏操作炉型，炉料下降不畅通，料柱透气性指数变差，造成高炉不接受风量，悬、崩料频繁。Zn的循环富集使高炉内的渣皮频繁脱落，影响正常的送风参数，使风口容易损坏。在炉役后期，Zn的循环富集会导致风口出现升降，甚至炉况失常。高炉内的Zn蒸气在强冷区冷凝成液体进入到风口组合砖中，使其体积不均匀膨胀，导致风口二套上翘，影响高炉的送风参数，使各风口的进风状态处于失控状态。休风更换风口或二套时，常会流出Zn液。沉积的Zn液会导致炉底炭砖脆化，从而影响炉底、炉缸耐材的寿命。当高炉入炉料中Zn负荷过多时，Zn蒸气会上升管处冷凝结厚，影响煤气的正常导出。

2 根据破损原因制订对策

根据以上分析，炉底炉缸在冷却能力不足的情况下，各种间隙窜风窜水夹带着碱金属特别是Zn，会加剧炭砖侵蚀。尤其是在铁口区域，情况会进一步恶化，严重者铁水侵入炭砖背部，极易酿成炉缸烧穿等重大事故。

2．1 风口区域采取的措施

(1)风口冷却壁采取的措施。改进冷却壁结构及安装方法，取消冷却壁与炉壳的间隙，将安装用凸台取消，使冷却壁与炉壳紧密接触，并涂装树脂密封胶密封(如图3所示)。因为冷却壁铸造工艺已有很大进步，特别是采用树脂砂成型，制造精度完全可以满足要求。这样改进之后，冷却壁背部窜风窜水问题，会得到很好解决。

(2)风口冷却壁上下界面采取的措施。在风口带冷却壁上、下界面处增设环型不锈钢板(称为导流板)，阻挡风口或冷却设备漏水向炉缸和铁口区流动，环型钢板一端与炉壳焊接(连续焊)，另一端呈下阶梯状，压进砖缝直至工作面(如图4所示)。一旦冷却设备漏水，由导流板阻隔并导向炉内迅速气化，随煤气流上升排出高炉。

2．2 铁口区域采取的措施

铁口区通道砖增设不锈钢箔板包覆(也可多层包覆)，阻挡煤气或水(或水蒸气)通过各种缝隙窜入铁口通道，也可阻挡铁水通过铁口通道窜入缝隙造成隐患(如图5所示)。铁口区域冷却壁亦可取消凸台，紧贴炉壳安装，可以大大减缓窜风窜水夹带着有害元素对炉缸炭砖的影响。

2．3 冷却措施

加强冷却能力，取消分段供水冷却方式，采用自下而上的串联供水冷却方式。冷却壁单管水量≥20m3／h，水速≥2m／s。

3 预计效果

通过采取上述措施，预计高炉寿命可以延长3—5年。高炉在正常工作状况下，侵蚀是从工作面开始的。即有害元素(Zn及其他碱金属)、渣、铁等侵蚀从界面开始，通过界面渗入并扩散至耐材内部，这种侵蚀称为“正常侵蚀”。而当炉缸砌筑体间隙窜风窜水时，使得有害元素肆虐，大大降低炉缸寿命，这种侵蚀称为“异常侵蚀”。由于使用原燃料、高炉强化冶炼程度、冷却制度、高炉操作维护不同，异常侵蚀对高炉寿命的影响也不同，且差异较大。寿命短者3—5年，长者8—10年。通过采取相应措施，避免异常侵蚀，高炉一代寿命可以达到15年或以上。

4 结语

(1)Zn及其他碱金属等各种有害元素对炉缸炭砖的影响，通过采取措施，可以有效减缓；

(2)改进冷却壁结构形式及安装方式，可以防止背部间隙窜风窜水；

(3)增设不锈钢导流板，可以防止冷却设备漏水向炉缸漫延；

(4)增设铁口通道包覆不锈钢箔板，可以防止炉缸钻铁及铁口喷溅、放炮现象发生；

(5)必须坚持强化炉缸冷却。

5 参考文献

[1]   王宝海，谢明辉．鞍钢新3号高炉炉缸炉底破损调查[C]∥中国金属学会炼铁分会．2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集．无锡：中国金属学会．2012：32—37．

[2]   项仲庸，王筱留，等．高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践[M]．北京：冶金工业出版社，2007：93．