摘要 多年來(lái)，高爐爐缸燒穿一直困擾著我國(guó)煉鐵工作者，幾乎所有煉鐵廠都有燒穿的痛苦經(jīng)歷。實(shí)際，爐缸燒穿，現(xiàn)在已經(jīng)可以杜絕，因?yàn)槲覈?guó)已經(jīng)擁有成功的補(bǔ)爐經(jīng)驗(yàn)，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(gè)過(guò)程，爐襯被侵蝕需要一定時(shí)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(lái)越高，通過(guò)冷卻壁的熱流強(qiáng)度也越來(lái)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(shuō)明侵蝕在繼續(xù)，應(yīng)判明真相，及時(shí)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(zhuān)家發(fā)現(xiàn)的。日本早在50年代，就用本國(guó)含Ti的‘砂鐵’作為護(hù)爐料維護(hù)爐缸。以后又從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)使用。日本將此次實(shí)踐成果，發(fā)表在美國(guó)1978年煉鐵年會(huì)上[1]，使世界認(rèn)知了它的作用，也直接影響到我國(guó)。

首先在中國(guó)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(yàn)和攀枝花鋼鐵公司的冶煉狀況，1981年1月在柳鋼2高爐開(kāi)始試驗(yàn)加釩鈦礦，磚襯溫度計(jì)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(shí)間，磚襯溫度降到150℃（～43℃/日）以下。柳鋼的成功，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)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(cè)到的數(shù)據(jù)，及時(shí)采取‘補(bǔ)爐’措施，對(duì)預(yù)防爐缸燒穿起到十分有益的作用[2]。”當(dāng)時(shí)的廠長(zhǎng)是羅天然（？），負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作的是韓弈和。

1982年9月湘潭鋼鐵公司2號(hào)高爐試驗(yàn)補(bǔ)爐，在試驗(yàn)過(guò)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(kāi)會(huì)鑒定，在會(huì)上介紹用鈦礦補(bǔ)爐的成功經(jīng)驗(yàn)，由此在我國(guó)宣傳、推廣了這一重要技術(shù)，為減少爐缸燒穿、延長(zhǎng)高爐壽命，作出了重大貢獻(xiàn)[3]。當(dāng)時(shí)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(guó)年會(huì)上的補(bǔ)爐論文，向有關(guān)人員介紹。煉鐵廠廠長(zhǎng)劉坤庭全力執(zhí)行，并認(rèn)真總結(jié)，使這一成果，得到全國(guó)推廣[3]。

承德鋼鐵公司的陳培堅(jiān)，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(zhǎng)，對(duì)他不止一次在大大小小的會(huì)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(shí)踐》一書(shū)的代序中（冶金出版社，1994年出版）寫(xiě)道：“對(duì)首創(chuàng)者要表彰，對(duì)傳播者同樣也要表彰。這項(xiàng)技術(shù)能在我國(guó)高爐上推廣就有賴(lài)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(kāi)會(huì)，陳培堅(jiān)專(zhuān)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(xiàng)技術(shù)的，都有很明顯的效果，當(dāng)時(shí)，我是吃了一驚的。此類(lèi)事是冶金部機(jī)關(guān)的職責(zé)，并且情報(bào)所更有此職能。我們沒(méi)有能夠盡職，卻由他做了?！痪?，在承德召開(kāi)了第一次含鈦物料護(hù)爐會(huì)議。這是一次小型會(huì)議，討論的卻是重要的問(wèn)題。

“到了1991年還是這位陳培堅(jiān)，送來(lái)第一次會(huì)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(lè)山召開(kāi)的全國(guó)第二次含鈦物料護(hù)爐會(huì)議，這是一次200多人的大型會(huì)議，所有大中型高爐的廠家都參加了。會(huì)議交流了“七五”期間各廠含鈦物料護(hù)爐的經(jīng)驗(yàn)，決定在煉鐵學(xué)會(huì)下邊成立鈦礦護(hù)爐學(xué)術(shù)委員會(huì)。”[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(diǎn)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(guò)熱力學(xué)計(jì)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?jiǎng)⒗蠋熀藢?shí)：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(gè)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(jiān) [11]。莫燧熾廠長(zhǎng)和杜春 [12] 分析、總結(jié)眾多實(shí)踐數(shù)據(jù)說(shuō)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(guò)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?zhàn)饔?，如?：

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(jiān)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(yàn)(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(xiǎn)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(jiān)決措施，冷卻壁隨時(shí)可能燒穿。

9:00  32#一1的水溫差繼續(xù)升高，已經(jīng)超過(guò)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(shuō)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(shí)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(diǎn)45分完成，但為時(shí)已晚，溫差繼續(xù)上升，燒穿無(wú)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(wú)法繼續(xù)降低，11:20，停風(fēng)；11點(diǎn)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(diǎn)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(tái)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(guò)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(shí)踐及剖析

首鋼4號(hào)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(diǎn)、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(guò)程是TiO2經(jīng)逐級(jí)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(shí)，[Ti N]和[Ti C]交替析出，形成樹(shù)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(duì)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(gè)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(shí)際侵蝕線(xiàn)，說(shuō)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。可以說(shuō)，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(hào)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(shí)，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(guò)高的冷卻壁，用10～12 kg/cm2的高壓水，使危險(xiǎn)的燒穿威脅，暫時(shí)躲過(guò)。

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(duì)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(méi)有相應(yīng)位置的灌漿孔，應(yīng)按需要重開(kāi)。這方面已有很成功的經(jīng)驗(yàn)可參考。爐缸灌漿，也出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重問(wèn)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(zhǎng)，原來(lái)傾斜的風(fēng)口改成直風(fēng)口。遇到有燒穿威脅時(shí)，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(zhǎng)和變直。這是簡(jiǎn)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(shí)，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(shí)際是減少風(fēng)口附近局部溫度，效果是有的，對(duì)操作不利，且解決不了根本問(wèn)題。許多廠在面臨燒穿嚴(yán)重威脅時(shí)，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(zhēng)取時(shí)間的較好手段。與此同時(shí)，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(shí)，高爐停風(fēng)，是行之有效的。僅靠停風(fēng)、不同時(shí)采取其他措施，爐襯溫度和冷卻壁水溫差、冷卻壁后溫度，會(huì)立刻開(kāi)始下降，效果明顯；但送風(fēng)以后，又會(huì)逐步升溫，如風(fēng)量回到原來(lái)水平，溫度會(huì)逐步回到原狀。孤立的臨時(shí)停風(fēng)，只能起延時(shí)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(shí)，曾利用檢修機(jī)會(huì)，停風(fēng)12小時(shí)，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(shí)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(lái)的水平。

11月曾停風(fēng)16小時(shí)，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(wèn)題。顯然，磚襯已嚴(yán)重侵蝕，暫時(shí)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(huì)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(gè)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。

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