天鐵2 800 m3高爐爐缸燒穿事故分析及預防措施

謝 偉

（天津天鐵冶金集團有限公司煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵2 800 m3高爐于2009年6月19日建成投產。其設有30個風口，3個出鐵口，3座卡魯金頂燃式熱風爐，干法布袋煤氣除塵及TRT發電系統，聯合軟水密閉循環系統，高爐爐頂自動噴霧，爐頂紅外影像監測。在高爐上還采用了燒結礦和焦丁分級入爐等技術。至2012年2月5日，累計生產了2年7個月的時間，共生產鐵水5 524 946 t，單位爐容產鐵量 1 973 t/m3。2012年 2月5日 23：00，在 2#鐵口東側水平距離1.6 m，鐵口下方垂直距離1.6 m處燒穿，后經查為爐缸2段第17塊冷卻壁燒穿。因休風處理得當，只流出大約40 t鐵水，沒有造成大量跑料。事故發生后，采取了清理爐內物料、放殘鐵，全部扒掉爐缸爐底磚襯，全部重新砌磚的檢修方案。為分析查找爐缸燒穿原因，利用高爐停爐檢修之機對高爐爐缸進行了破損調查，并分析了高爐生產情況，為檢修后延長高爐使用壽命提供了改進依據。

1 事故分析

1.1 事故狀態

2012 年 2 月 5 日 23：00，1#、2#鐵口之間爐底傳來巨響，高爐水壓隨之急劇下降，高爐當班工長組織緊急休風，23：15休風完成。經查發現1#、2#鐵場下方爐底水管因漏鐵的影響導致燒漏，大量漏水初步預測為2#主溝漏鐵，休風后組織人員開始恢復爐底冷卻水管，計劃在爐底冷卻水管恢復后即送風。2月6日凌晨5：00左右，配管人員在恢復水管過程中發現2#鐵口左下方約1.5 m處爐皮燒穿，且有兩塊碳磚已經凸出，情況相當危險。隨后決定放殘鐵處理，將爐底爐缸轉襯全部扒除更換。放出的殘鐵凈重168.82 t。殘鐵水所含的物理熱低，流動性差。鐵水成分：[Si]0.24%，[Mn]0.10%，[P]0.111%，[S]0.086%，[Ti]0.017%。殘鐵放完后爐頂開始打水涼爐。扒爐后發現，爐缸內剩余殘鐵厚度為100～180 mm，放殘鐵基本成功。

1.2 爐缸燒穿前的生產情況

1.2.1 高爐生產指標

天鐵2 800 m3高爐于2009年6月19日建成投產，至2012年2月5日，已生產2年零7個月。鐵口深度平均為2.8～3.0 m，個別時候為2.3 m，鐵口角度10°。投產后高爐生產指標見表1。

從高爐投產后的生產指標來看，高爐基本穩定順行，利用系數在2.1 t/m3·d左右，綜合冶煉強度為1.0～1.05 t/m3·d，處于正常生產范圍。

表1 天鐵2 800 m3高爐投產后的生產指標

1.2.2 高爐爐料結構

高爐爐料結構熟料率達92%，塊礦占8%左右。主要由堿性燒結礦（77.5%）、球團（14.5%）、南非礦（3%）、海南礦（5%）。由以上各種礦石的消耗量以及各種礦石中鋅含量計算出高爐的鋅負荷。入爐原燃料的消耗量及含鋅量見表2。

從表2中可以看出，目前高爐鋅負荷0.2 kg/t（原冶金部技術標準0.15 kg/tFe），超過技術標準0.05 kg/tFe，比國內目前平均水平（0.25 kg/tFe）低0.05 kg/tFe，在國內處于偏低水平。

表2 入爐原燃料的消耗量及含鋅量

1.3 燒穿事故的調查

1.3.1 燒穿部位的調查

燒出部位在標高為8.637 m處的兩個測溫電偶之間，距離最近的熱電偶3.0 m，距鐵口中心線水平以下距離1.6 m，在2段17#、18#冷卻壁之間。爐缸燒穿具體位置見圖1。

圖1 爐缸燒穿具體位置

1.3.2 爐缸爐底侵蝕情況

爐缸非鐵口區域碳磚原始砌筑厚度914 mm、陶瓷杯厚度300 mm。本次破損調查發現，所有非鐵口區域碳磚保持完整，陶瓷杯依然存在，陶瓷杯剩余厚度在110～250 mm，表面不規整，被侵蝕掉50～190 mm。爐底侵蝕線呈平鍋底形。陶瓷墊剩余厚度約600～700 mm，被侵蝕量在100～200 mm。非鐵口區和2#鐵口侵蝕曲線見圖2。爐缸象腳被侵蝕深度200～300 mm，高度約300～400 mm，距陶瓷杯底約500 mm左右，爐缸象腳被侵蝕程度見圖3。

圖2 非鐵口區和2#鐵口被侵蝕曲線

圖3 爐缸象腳被侵蝕

1.4 爐缸燒穿的原因分析

1.4.1 爐缸部位熱電偶設置少

爐缸部位溫度檢測點設置偏少，操作人員無法判斷異常侵蝕情況。爐缸部位共設置5層熱電偶，每層7個方向，在2#鐵口下方4.8 m長的異常侵蝕區域沒有一支熱電偶，無法掌握該部位的侵蝕情況，導致碳磚被侵蝕殆盡時沒有溫度顯示，無法及時采取護爐措施并最終被燒穿。

1.4.2 爐缸爐底磚縫不符合要求

按照設計要求，爐缸側壁進口UCAR碳磚縫隙≤1.7 mm；國產超微孔碳磚、微孔碳磚、半石墨磚砌筑時水平縫和豎縫都要求≤1.0 mm；爐缸側壁碳磚與陶瓷杯之間有60 mm縫隙用炭素搗打料搗實。在本次破損調查過程中，在3號鐵口西側發現爐缸側壁碳磚與陶瓷杯之間有空隙，寬度25 mm左右，能插入深度45 0mm。

造成磚縫過大的原因有可能是兩個方面引起，一方面是施工時磚縫超出標準，另一個原因是炭磚在生產過程中，在高溫下收縮引起。因此，需要嚴格控制砌筑施工的質量。

1.4.3 美國UCAR炭磚出現質量問題

通過數據分析，美國UCAR碳磚透氣度、導熱率和＜1 μm孔容積比3項指標不合格，提高了碳磚被侵蝕速度，尤其是NMA碳磚質量最差，是這次爐缸燒穿的最主要原因。

1.4.4 日常操作生產管理問題

通過高爐生產指標，可以看出高爐日常操作沒有問題。爐前鐵口維護正常。爐內操作人員和配管工對高爐爐缸及冷卻設備的管理力度不夠，巡查力度不夠，未能及時發現問題并提前采取必要的改進措施。

1.4.5 原燃料的質量管理

對于原燃料的管理問題，應盡量減少入爐原燃料所帶入的有害元素入爐，特別是堿金屬和鉛鋅在高爐內的循環富集，它們會破壞和侵蝕磚襯。但入爐原料的鋅負荷影響并不是這次爐缸燒穿的主要原因。

2 針對類似事故的預防措施

（1）加強爐缸監測，尤其是對鐵口下方等易侵蝕部位要增加測溫電偶數量，能夠對爐底爐缸炭磚侵蝕程度進行判斷，且應當根據爐缸爐底溫度、冷卻水溫差、熱流強度、碳磚厚度等參數，能夠計算和綜合判斷出爐缸爐底的殘磚厚度。

（2）爐缸碳磚由小塊磚改為大塊磚。大碳磚的磚縫少且很容易滿足＜1 mm，確保不會發生大量鐵水滲透侵蝕，有利于延長高爐壽命。

（3）爐缸側壁碳磚由美國UCAR磚改為國產的超微孔炭磚。由于UCAR碳磚抗鐵水滲透侵蝕性能差，內側的陶瓷杯侵蝕掉以后，UCAR碳磚的侵蝕速度很快。

（4）將陶瓷杯由剛玉莫來石改為微孔剛玉磚。復合棕剛玉磚和剛玉莫來石磚性能最差，不適合高爐使用，澆注大塊僅抗堿性好，其他性能都很差。微孔剛玉磚是這幾項性能都很好的一種新型產品，目前在高爐的使用情況良好。

（5）加強日常操作的管理。新投產高爐宜煉10～20天鑄造鐵，投產半年后進行一次釩鈦礦護爐，其后每年一次護爐；禁止有害元素超標入爐，定期采取措施排放循環富集的有害元素；保證冷卻水量，密切關注有無冷卻設備漏水現象；加強鐵口維護，保證足夠的鐵口深度；對爐缸局部進行壓漿處理等。

3 結語

從爐缸爐底侵蝕調查結果表明，除鐵口區域外，其它部位磚襯保存較完整。在3個鐵口下方都有不同程度的侵蝕，尤其以2#鐵口最嚴重，2#鐵口下方0.5～1.6 m寬，左右長4.8 m的范圍被嚴重侵蝕掉。因此，在鐵口下方這個區間是高爐最薄弱的部位，在高爐大檢修和日常生產中應引起足夠重視。