摘要 多年來，高爐爐缸燒穿一直困擾著我國煉鐵工作者，幾乎所有煉鐵廠都有燒穿的痛苦經(jīng)歷。實際，爐缸燒穿，現(xiàn)在已經(jīng)可以杜絕，因為我國已經(jīng)擁有成功的補(bǔ)爐經(jīng)驗，使已侵蝕的爐襯補(bǔ)上。

關(guān)鍵詞 爐缸燒穿 釩鈦補(bǔ)爐 鈦化物 預(yù)防措施

1 杜絕爐缸燒穿

高爐燒穿是一個過程，爐襯被侵蝕需要一定時間。隨著磚襯的侵蝕，磚襯中的熱電偶溫度升高，鐵水逐漸接近冷卻壁，冷卻壁的進(jìn)出水溫差，越來越高，通過冷卻壁的熱流強(qiáng)度也越來越高。當(dāng)爐缸部位冷卻壁熱流強(qiáng)度升高或此區(qū)域的磚襯溫度升高，必須重視并連續(xù)觀察。如升高繼續(xù)，說明侵蝕在繼續(xù)，應(yīng)判明真相，及時采取措施。如不采取措施，有可能燒穿。

爐襯侵蝕是不可避免的，但燒穿是可以避免。

2 鈦礦補(bǔ)爐是防止燒穿的有效方法

2.1 加含鈦礦物補(bǔ)爐

用含鈦礦物補(bǔ)爐，是當(dāng)前唯一能將已侵蝕的爐襯補(bǔ)上的有效方法，也是走出燒穿威脅的基本方法。

加含Ti爐料，能修補(bǔ)爐缸，最早是日本煉鐵專家發(fā)現(xiàn)的。日本早在50年代，就用本國含Ti的‘砂鐵’作為護(hù)爐料維護(hù)爐缸。以后又從國外購買使用。日本將此次實踐成果，發(fā)表在美國1978年煉鐵年會上[1]，使世界認(rèn)知了它的作用，也直接影響到我國。

首先在中國應(yīng)用補(bǔ)爐技術(shù)的是柳州鋼鐵廠。他們參考日本的經(jīng)驗和攀枝花鋼鐵公司的冶煉狀況，1981年1月在柳鋼2高爐開始試驗加釩鈦礦，磚襯溫度計裝在鐵口平面磚墻250mm內(nèi)，溫度水平在400--500℃之間。3月11日將TiO2加到18Kg / t，12日加到20Kg / t，溫度迅速下滑，僅一周時間，磚襯溫度降到150℃（～43℃/日）以下。柳鋼的成功，開創(chuàng)了我國補(bǔ)爐操作的先河。是他們首次提出“補(bǔ)爐”概念：“根據(jù)裝設(shè)于爐缸邊墻內(nèi)電偶測到的數(shù)據(jù)，及時采取‘補(bǔ)爐’措施，對預(yù)防爐缸燒穿起到十分有益的作用[2]?！碑?dāng)時的廠長是羅天然（？），負(fù)責(zé)此項工作的是韓弈和。

1982年9月湘潭鋼鐵公司2號高爐試驗補(bǔ)爐，在試驗過程做了仔細(xì)分析，當(dāng)鐵水中含Ti在0.15%左右，一周后，爐缸冷卻壁水溫差降到正常水平(穩(wěn)定在2℃以下)，高爐轉(zhuǎn)危為安，大修推遲到1986年進(jìn)行，爐役壽命達(dá)到11年。他們于1984年開會鑒定，在會上介紹用鈦礦補(bǔ)爐的成功經(jīng)驗，由此在我國宣傳、推廣了這一重要技術(shù)，為減少爐缸燒穿、延長高爐壽命，作出了重大貢獻(xiàn)[3]。當(dāng)時倡議決策補(bǔ)爐的公司總工程師孟慶輝，他親自翻譯日本在美國年會上的補(bǔ)爐論文，向有關(guān)人員介紹。煉鐵廠廠長劉坤庭全力執(zhí)行，并認(rèn)真總結(jié)，使這一成果，得到全國推廣[3]。

承德鋼鐵公司的陳培堅，為推廣鈦礦補(bǔ)爐，做出重要貢獻(xiàn)。當(dāng)年冶金部周傳典副部長，對他不止一次在大大小小的會議上表彰。周傳典在宋建成教授主編的《含鈦礦物護(hù)爐的理論與實踐》一書的代序中（冶金出版社，1994年出版）寫道：“對首創(chuàng)者要表彰，對傳播者同樣也要表彰。這項技術(shù)能在我國高爐上推廣就有賴于后一部分同志的不懈努力。

“記得是1985年或1986年的初秋，我在遼寧興城開會，陳培堅專程前往，建議推廣鈦鐵礦護(hù)爐技術(shù)。他收集了幾家鐵廠的護(hù)爐資料，凡采用這項技術(shù)的，都有很明顯的效果，當(dāng)時，我是吃了一驚的。此類事是冶金部機(jī)關(guān)的職責(zé)，并且情報所更有此職能。我們沒有能夠盡職，卻由他做了?！痪?，在承德召開了第一次含鈦物料護(hù)爐會議。這是一次小型會議，討論的卻是重要的問題。

“到了1991年還是這位陳培堅，送來第一次會后含鈦物料護(hù)爐技術(shù)推廣的總結(jié)資料。…我看了總結(jié)資料，很受鼓舞！

“此后，他進(jìn)行了廣泛的串聯(lián)。得到承鋼、攀鋼、攀礦、北京科技大學(xué)的贊同；又到成都，得到四川冶金廳王心讓同志的大力支持，終于促成了1991年6月在四川樂山召開的全國第二次含鈦物料護(hù)爐會議，這是一次200多人的大型會議，所有大中型高爐的廠家都參加了。會議交流了“七五”期間各廠含鈦物料護(hù)爐的經(jīng)驗，決定在煉鐵學(xué)會下邊成立鈦礦護(hù)爐學(xué)術(shù)委員會?！盵4]。

是這些平凡的煉鐵工作者，提倡推廣補(bǔ)爐技術(shù)，使它成就了侵蝕爐襯得以補(bǔ)上的唯一方法。

2.2 鈦化物在爐缸的形成與沉積

含鈦物料在爐內(nèi)還原析出金屬鈦后與碳、氮結(jié)合，生成TiC、TiN和固溶體Ti(C，N)。下表是三者的數(shù)據(jù)： 

上述鈦化物和固溶體熔點很高，呈顆粒狀懸浮、彌散在鐵水中，使鐵水變黏稠，這些鈦化物是補(bǔ)爐的基本材料。杜鶴桂教授等通過熱力學(xué)計算得出結(jié)論，高爐條件下Ti在鐵水中的溶解度如下[5]：

裴志云的結(jié)論是鐵水溫度低于1350℃，鈦能析出[6]。

不同作者給出的結(jié)果，比較接近，在高爐爐缸工作條件下，鐵水中[Ti]的溶解度分別是：

Ti的溶解度與鐵水溫度關(guān)系密切，溫度越低，鈦析出越多。按以上研究者的結(jié)論，鐵水在1500℃以上，鈦濃度＜0.5%（？需要劉老師核實：是0.5%還是0.05%），不可能析出；在高爐條件下[Ti] ＞0.08～0.15%，才可能析出。由此可知，要想用鈦補(bǔ)爐，必須鐵水中鈦濃度高于 0.08%，鐵水溫度降低、低于正常水平，效果才明顯。這是用含鈦物料補(bǔ)爐的兩個必要條件。

2.3 含鈦爐料補(bǔ)爐效果

李永鎮(zhèn)教授 [10]、宋建成教授和陳培堅 [11]。莫燧熾廠長和杜春 [12] 分析、總結(jié)眾多實踐數(shù)據(jù)說明，鐵水含Ti在0.08%~0.12%之間，補(bǔ)爐作用明顯，含Ti在0.15%~0.25%之間，作用更有效。更高的含Ti量，雖然補(bǔ)爐效果甚佳，但容易形成爐缸堆積，破壞高爐行程。有的高爐，因入爐Ti量過多，造成“爐缸熱結(jié)”[13]，并粘鐵水罐和鐵溝，不能正常生產(chǎn)。

用含鈦爐料補(bǔ)爐，效果明顯，鐵水中含鈦作用，如表3：

3 爐缸燒穿前的征兆

當(dāng)爐缸內(nèi)鐵水靠近冷卻壁，冷卻壁后溫度和進(jìn)出水水溫差急劇升高，這是爐缸可能燒穿的前兆，應(yīng)非常警惕并立即堅決采取措施。鐵水一旦接觸冷卻壁，升溫速度突起，燒穿很難避免。

8: 00  爐缸二層32#-1和32#-2相鄰的兩塊冷卻壁的水溫差已到0.9℃和1.1℃，熱流強(qiáng)度分別達(dá)到18.03和22.1 kW/m2.h( 15 500和19 000 kcal/m2.h)。按首鋼經(jīng)驗(有爐底冷卻的綜合爐底)，熱流強(qiáng)度到17.45 kW/m2.h( 15 000kcal/m2.h)，冷卻壁處于危險狀態(tài)、已到安全生產(chǎn)的極限，這是警戒溫度； 熱流強(qiáng)度到20.93 kW/m2.h (18 000 kcal/m2.h)是極限溫度，鐵水已接觸到冷卻壁表面，如不采取堅決措施，冷卻壁隨時可能燒穿。

9:00  32#一1的水溫差繼續(xù)升高，已經(jīng)超過極限溫度，到1.2℃，熱流強(qiáng)度高達(dá)24.1 kW/m2.h(20 720 kcal/m2.h)。

這么高的熱流強(qiáng)度，說明鐵水已經(jīng)侵入冷卻壁，冷卻水已不可能將如此巨大的熱量帶走，冷卻壁溫度必然繼續(xù)升高，冷卻壁破壞，已經(jīng)發(fā)生。當(dāng)時采取緊急措施，將32#一1冷卻壁進(jìn)水水壓，由17.8 kg/cm’提高到20.5 kg/cm2，9點45分完成，但為時已晚，溫差繼續(xù)上升，燒穿無可挽回，于是組織出鐵，準(zhǔn)備停風(fēng)，以減少燒穿損失。

10: 17  出鐵。32#一1的水溫差繼續(xù)升高。

10: 20  32# -1到3.3℃，立刻改常壓、放風(fēng)，準(zhǔn)備停風(fēng)。鼓風(fēng)壓力由2.63逐步降到1.1  kg/cm2，由于鐵水流的太慢，風(fēng)壓無法繼續(xù)降低，11:20，停風(fēng)；11點25分出完鐵。

水溫差不斷提高，冷卻壁的燒穿范圍在擴(kuò)大，11點55分，看水工發(fā)現(xiàn)，爐皮鐵銹剝落一大片，爐皮發(fā)紅，爐臺下冒出黃煙，隨即響起鐵水遇到水產(chǎn)生的爆炸聲。

水溫差急劇上升，已經(jīng)是燒穿的前兆。當(dāng)熱流強(qiáng)度超過極限值以后，鐵水已將冷卻壁燒壞。不斷升溫，表明冷卻壁燒毀面積在不斷擴(kuò)大。此后水溫差的急劇上升，是必然的，燒穿已不可避免，這是燒穿前的普遍現(xiàn)象，下表給出首鋼兩座高爐的燒穿前溫度變化:

4 補(bǔ)爐實踐及剖析

首鋼4號高爐1985年3月5日燒穿，修補(bǔ)后，又生產(chǎn)一年，主要靠用含鈦物料補(bǔ)爐。1987年4月停爐后發(fā)現(xiàn)：“在爐缸炭磚被侵蝕嚴(yán)重部位，沉積了大量碳氮化鈦Ti（C，N）和少量的石墨和α-Fe。此沉積物是高熔點、高硬度、高密度、具有磁性和導(dǎo)電性的護(hù)爐材料。碳化鈦的沉積過程是TiO2經(jīng)逐級還原成[Ti]，與鐵水中溶解的[N]和[C]反應(yīng)形成[Ti N]和[Ti C]”，在低于1350℃界面時，[Ti N]和[Ti C]交替析出，形成樹的年輪狀構(gòu)造[6]。

圖3是依據(jù)1987拆爐結(jié)果繪制的?！盃t缸和爐底交界處沉積了很厚一層亮的古銅色礦物”?！霸跔t缸侵蝕最嚴(yán)重的部位，鈦沉積物最厚”。鐵口西側(cè)的爐缸部位，炭磚全部被蝕掉，僅剩下30mm左右的炭搗料，其上沉積了400mm的鈦化物”（圖4）。

“沿爐壁向上逐漸減薄，其厚度為20mm左右，呈淺古銅色。沿爐底方向延伸到高鋁磚止，呈淺古銅色。鐵口東側(cè)爐缸部位鈦沉積物比西側(cè)薄些，但鐵口對面爐缸部位的沉積物較厚。兩風(fēng)口下0.5m處鈦沉積物與較多的爐渣、焦炭混合在一起。在爐底高鋁磚表面未發(fā)現(xiàn)有鈦沉積物析出，只在個別炭磚與高鋁磚縫隙中有少量的滲渣現(xiàn)象”。

首鋼4爐停爐后的實際侵蝕線，說明學(xué)者們研究結(jié)論是正確、可靠的：

第一， 越是侵蝕嚴(yán)重的地方，沉積越厚，即最需要的地方，補(bǔ)的最多；

第二，越是冷卻強(qiáng)度大的地方，沉積的越厚，這地方一般也是距冷卻壁最近的地方，溫度最低，鈦化物最容易析出?？梢哉f，用含鈦爐料補(bǔ)爐是合適的、合理的。從鈦化物沉積厚度判斷，4號高爐爐底、爐缸部分，可以繼續(xù)安全生產(chǎn)。在侵蝕最嚴(yán)重的地方，距冷卻壁僅30mm，接近此處的鐵水，因冷卻壁冷卻，溫度最低，所以沉積最厚、約400mm。

靠近冷卻壁的沉積凝結(jié)物是鈦化物，鮮亮的金屬光澤。在沉積物外是凝結(jié)的鐵、爐渣及焦炭碎粒，如圖4示。

表5是圖1所示位置的沉積凝結(jié)物的成分[6]。

5 減緩、預(yù)防燒穿操作的方法

5.1 提高冷卻強(qiáng)度

爐缸發(fā)現(xiàn)爐襯侵蝕嚴(yán)重，首先是提高冷卻壁的冷卻強(qiáng)度，這是用工業(yè)水冷卻最常用的傳統(tǒng)方法。首鋼四高爐1984年，爐缸二層冷卻壁受到燒穿威脅時，曾將爐缸1、3、4層冷卻壁的冷卻水壓力由3.4 kg/cm2降到3.2 kg/cm2，將爐身冷卻壁的水壓由2.3 kg/cm2.降到2.2 kg/cm2，以提高燒穿威脅最嚴(yán)重的二層冷卻壁的水壓。部分水溫差過高的冷卻壁，用10～12 kg/cm2的高壓水，使危險的燒穿威脅，暫時躲過。

現(xiàn)在很多高爐使用軟水閉路循環(huán)，強(qiáng)化局部冷卻的有效方法是將局部冷卻壁改成工業(yè)高壓水，這是行之有效的方法。

5.2 灌漿

在有氣隙的地方灌漿，十分必要，也是行之有效的方法。堵塞氣隙，能改善傳熱條件，對保護(hù)爐襯、降低溫度，均有突出作用。如已有的灌漿孔失效或沒有相應(yīng)位置的灌漿孔，應(yīng)按需要重開。這方面已有很成功的經(jīng)驗可參考。爐缸灌漿，也出現(xiàn)過嚴(yán)重問題，在爐殼和冷卻壁之間灌漿，一般易于掌握，在冷卻壁與磚襯之間，應(yīng)非常慎重。已發(fā)生多起事故，甚至爐缸破損、人員傷亡[15]。

5.3 改變風(fēng)口

為降低爐缸邊緣區(qū)域熱流強(qiáng)度，將局部侵蝕嚴(yán)重區(qū)域風(fēng)口加長，原來傾斜的風(fēng)口改成直風(fēng)口。遇到有燒穿威脅時，可堵相應(yīng)的區(qū)域的風(fēng)口。堵風(fēng)口的效果，大于風(fēng)口加長和變直。這是簡單的輔助措施，起不了很大作用。堵風(fēng)口，能延緩侵蝕速度，當(dāng)遇到燒穿威脅時，堵風(fēng)口改變不了威脅的局面。

在威脅燒穿部位上方的風(fēng)口堵死，實際是減少風(fēng)口附近局部溫度，效果是有的，對操作不利，且解決不了根本問題。許多廠在面臨燒穿嚴(yán)重威脅時，采取堵風(fēng)口措施，它是在高爐處于燒穿威脅緊急情況下，爭取時間的較好手段。與此同時，應(yīng)采用有效的補(bǔ)爐方法，將侵蝕的爐襯補(bǔ)上，制止燒穿。

5.4 停風(fēng)

當(dāng)爐缸受到燒穿威脅時，高爐停風(fēng)，是行之有效的。僅靠停風(fēng)、不同時采取其他措施，爐襯溫度和冷卻壁水溫差、冷卻壁后溫度，會立刻開始下降，效果明顯；但送風(fēng)以后，又會逐步升溫，如風(fēng)量回到原來水平，溫度會逐步回到原狀。孤立的臨時停風(fēng)，只能起延時作用。1985年7月，首鋼四爐爐缸二層多塊冷卻壁水溫差超標(biāo)，其中有8塊大于10，當(dāng)時，曾利用檢修機(jī)會，停風(fēng)12小時，水溫差很快由10降到0.6～0.8℃。送風(fēng)后控制風(fēng)量、降低冶煉強(qiáng)度，得到暫時穩(wěn)定；以后恢復(fù)冶煉強(qiáng)度，燒穿威脅，再次出現(xiàn)，超限的冷卻壁水溫差，又回到原來的水平。

11月曾停風(fēng)16小時，降溫效果顯著、快速，恢復(fù)生產(chǎn)后，依然如故。解決不了根本問題。顯然，磚襯已嚴(yán)重侵蝕，暫時停風(fēng)，解決不了磚襯缺失。

如果在補(bǔ)爐的條件下停風(fēng)，會顯著的加速鐵水中鈦化物的沉積。由于停風(fēng)，已經(jīng)嚴(yán)重侵蝕的冷卻壁附近的鐵水溫度，因停風(fēng)必然迅速降溫，因而使析出的鈦化物迅速凝結(jié)，是解決生產(chǎn)維修的最佳方法。

5.5 減少操作風(fēng)量，控制冶煉強(qiáng)度

減少操作風(fēng)量，降低高爐冶煉強(qiáng)度，是降低爐缸整體熱流強(qiáng)度的有效措施，堵風(fēng)口的作用，如果不擴(kuò)大其他風(fēng)口，也必然減少風(fēng)量。但控制風(fēng)量是全局措施，較堵個別風(fēng)口，作用更大。

5.6 加含鈦礦物補(bǔ)爐

用含鈦礦物補(bǔ)爐，是當(dāng)前唯一能將已侵蝕的爐襯補(bǔ)上的有效方法，也是走出燒穿威脅的基本方法。

參考文獻(xiàn)

[1] M. Higuchi. Ironmaking Conference Proceedings，1978，P.492—503..

[2] 韓弈和. 煉鐵，1975，5，18—21.

[3] 湘潭鋼鐵廠煉鐵分廠，《釩鈦磁鐵礦用于高爐護(hù)爐鑒定會議資料》，1984年.

   孟慶輝 劉坤庭，等. 煉鐵[J]：1992，（2）：1-4.

[4] 宋建成主編. 高爐含鈦物料護(hù)爐技術(shù)[M]，北京：冶金出版社，1994年.

]5] 杜鶴桂等. 高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理.。北京：科學(xué)出版社，1996年63頁。

[6] 裴志云. 高爐爐缸鈦沉積物的物質(zhì)組成及特性研究，鋼鐵，1990，1，13—18.

[7] Toshihino Inalani  etc . 鈦化物在高爐爐缸的固化形成, Stahl und Eisen,94(1974),Nr.2, 47-53.

[8] 董一誠 于紹儒.鈦在高爐內(nèi)的行為及其對爐缸爐底壽命的影響，鋼鐵，1988.2.3－8.

[9] 任允芙 蔣烈英.高爐內(nèi)鈦沉積物的礦物組成及其生成機(jī)理低研究，鋼鐵，1988.5.1－5.

[10] 李永鎮(zhèn). 高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理(杜鶴桂主編)，北京：科學(xué)出版社，1996年第259頁。

[11] 陳培堅 宋建成. 含鈦物料護(hù)爐與操作圖解，載：(宋建成主編).高爐含鈦物料護(hù)爐技術(shù)，北京：冶金出版社，1994年第65－70頁.

    宋建成  宋陽生，我國高爐使用含鈦物料護(hù)爐技術(shù)的現(xiàn)狀與展望，載：(宋建成主編).高爐含鈦物料護(hù)爐技術(shù)，北京：冶金出版社，1994年第1-8頁.

[12] 莫燧熾 杜春榮. 高爐含鈦物料綜合護(hù)爐技術(shù)，煉鐵，1992，1，1－3。

[13] 林  彤. 湘鋼 1# 高爐鈦熱結(jié)的處理,, 湖  南  冶  金,1998,6,21—24.

趙黎明 陳濂。湘鋼高爐釀成“鈦害”的教訓(xùn)。煉鐵，1999，4，8－  .

[14] 李連仲。首鋼四號高爐爐缸燒穿修復(fù)和生產(chǎn)，1985年(內(nèi)部資料)

[15] 湯清華，爐缸爐底燒穿事故，載：高爐失常與事故處理（張壽榮主編，北京：冶金工業(yè)出版社，2012年第93-124頁.