天鐵2 800 m3高爐爐缸燒穿事故分析及預(yù)防措施

謝 偉

（天津天鐵冶金集團(tuán)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(chǎn)。其設(shè)有30個(gè)風(fēng)口，3個(gè)出鐵口，3座卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐，干法布袋煤氣除塵及TRT發(fā)電系統(tǒng)，聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，高爐爐頂自動(dòng)噴霧，爐頂紅外影像監(jiān)測(cè)。在高爐上還采用了燒結(jié)礦和焦丁分級(jí)入爐等技術(shù)。至2012年2月5日，累計(jì)生產(chǎn)了2年7個(gè)月的時(shí)間，共生產(chǎn)鐵水5 524 946 t，單位爐容產(chǎn)鐵量 1 973 t/m3。2012年 2月5日 23：00，在 2#鐵口東側(cè)水平距離1.6 m，鐵口下方垂直距離1.6 m處燒穿，后經(jīng)查為爐缸2段第17塊冷卻壁燒穿。因休風(fēng)處理得當(dāng)，只流出大約40 t鐵水，沒(méi)有造成大量跑料。事故發(fā)生后，采取了清理爐內(nèi)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(jī)對(duì)高爐爐缸進(jìn)行了破損調(diào)查，并分析了高爐生產(chǎn)情況，為檢修后延長(zhǎng)高爐使用壽命提供了改進(jìn)依據(jù)。

1 事故分析

1.1 事故狀態(tài)

2012 年 2 月 5 日 23：00，1#、2#鐵口之間爐底傳來(lái)巨響，高爐水壓隨之急劇下降，高爐當(dāng)班工長(zhǎng)組織緊急休風(fēng)，23：15休風(fēng)完成。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)1#、2#鐵場(chǎng)下方爐底水管因漏鐵的影響導(dǎo)致燒漏，大量漏水初步預(yù)測(cè)為2#主溝漏鐵，休風(fēng)后組織人員開(kāi)始恢復(fù)爐底冷卻水管，計(jì)劃在爐底冷卻水管恢復(fù)后即送風(fēng)。2月6日凌晨5：00左右，配管人員在恢復(fù)水管過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2#鐵口左下方約1.5 m處爐皮燒穿，且有兩塊碳磚已經(jīng)凸出，情況相當(dāng)危險(xiǎn)。隨后決定放殘鐵處理，將爐底爐缸轉(zhuǎn)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(dòng)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(kāi)始打水涼爐。扒爐后發(fā)現(xiàn)，爐缸內(nèi)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(chǎn)情況

1.2.1 高爐生產(chǎn)指標(biāo)

天鐵2 800 m3高爐于2009年6月19日建成投產(chǎn)，至2012年2月5日，已生產(chǎn)2年零7個(gè)月。鐵口深度平均為2.8～3.0 m，個(gè)別時(shí)候?yàn)?.3 m，鐵口角度10°。投產(chǎn)后高爐生產(chǎn)指標(biāo)見(jiàn)表1。

從高爐投產(chǎn)后的生產(chǎn)指標(biāo)來(lái)看，高爐基本穩(wěn)定順行，利用系數(shù)在2.1 t/m3·d左右，綜合冶煉強(qiáng)度為1.0～1.05 t/m3·d，處于正常生產(chǎn)范圍。

表1 天鐵2 800 m3高爐投產(chǎn)后的生產(chǎn)指標(biāo)

1.2.2 高爐爐料結(jié)構(gòu)

高爐爐料結(jié)構(gòu)熟料率達(dá)92%，塊礦占8%左右。主要由堿性燒結(jié)礦（77.5%）、球團(tuán)（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(jì)算出高爐的鋅負(fù)荷。入爐原燃料的消耗量及含鋅量見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，目前高爐鋅負(fù)荷0.2 kg/t（原冶金部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.15 kg/tFe），超過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.05 kg/tFe，比國(guó)內(nèi)目前平均水平（0.25 kg/tFe）低0.05 kg/tFe，在國(guó)內(nèi)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(diào)查

1.3.1 燒穿部位的調(diào)查

燒出部位在標(biāo)高為8.637 m處的兩個(gè)測(cè)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(jiàn)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(qū)域碳磚原始砌筑厚度914 mm、陶瓷杯厚度300 mm。本次破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有非鐵口區(qū)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(guī)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(qū)和2#鐵口侵蝕曲線見(jiàn)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(jiàn)圖3。

圖2 非鐵口區(qū)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(shè)置少

爐缸部位溫度檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置偏少，操作人員無(wú)法判斷異常侵蝕情況。爐缸部位共設(shè)置5層熱電偶，每層7個(gè)方向，在2#鐵口下方4.8 m長(zhǎng)的異常侵蝕區(qū)域沒(méi)有一支熱電偶，無(wú)法掌握該部位的侵蝕情況，導(dǎo)致碳磚被侵蝕殆盡時(shí)沒(méi)有溫度顯示，無(wú)法及時(shí)采取護(hù)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(shè)計(jì)要求，爐缸側(cè)壁進(jìn)口UCAR碳磚縫隙≤1.7 mm；國(guó)產(chǎn)超微孔碳磚、微孔碳磚、半石墨磚砌筑時(shí)水平縫和豎縫都要求≤1.0 mm；爐缸側(cè)壁碳磚與陶瓷杯之間有60 mm縫隙用炭素?fù)v打料搗實(shí)。在本次破損調(diào)查過(guò)程中，在3號(hào)鐵口西側(cè)發(fā)現(xiàn)爐缸側(cè)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(guò)大的原因有可能是兩個(gè)方面引起，一方面是施工時(shí)磚縫超出標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)原因是炭磚在生產(chǎn)過(guò)程中，在高溫下收縮引起。因此，需要嚴(yán)格控制砌筑施工的質(zhì)量。

1.4.3 美國(guó)UCAR炭磚出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，美國(guó)UCAR碳磚透氣度、導(dǎo)熱率和＜1 μm孔容積比3項(xiàng)指標(biāo)不合格，提高了碳磚被侵蝕速度，尤其是NMA碳磚質(zhì)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(chǎn)管理問(wèn)題

通過(guò)高爐生產(chǎn)指標(biāo)，可以看出高爐日常操作沒(méi)有問(wèn)題。爐前鐵口維護(hù)正常。爐內(nèi)操作人員和配管工對(duì)高爐爐缸及冷卻設(shè)備的管理力度不夠，巡查力度不夠，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提前采取必要的改進(jìn)措施。

1.4.5 原燃料的質(zhì)量管理

對(duì)于原燃料的管理問(wèn)題，應(yīng)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(nèi)的循環(huán)富集，它們會(huì)破壞和侵蝕磚襯。但入爐原料的鋅負(fù)荷影響并不是這次爐缸燒穿的主要原因。

2 針對(duì)類似事故的預(yù)防措施

（1）加強(qiáng)爐缸監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)鐵口下方等易侵蝕部位要增加測(cè)溫電偶數(shù)量，能夠?qū)t底爐缸炭磚侵蝕程度進(jìn)行判斷，且應(yīng)當(dāng)根據(jù)爐缸爐底溫度、冷卻水溫差、熱流強(qiáng)度、碳磚厚度等參數(shù)，能夠計(jì)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(huì)發(fā)生大量鐵水滲透侵蝕，有利于延長(zhǎng)高爐壽命。

（3）爐缸側(cè)壁碳磚由美國(guó)UCAR磚改為國(guó)產(chǎn)的超微孔炭磚。由于UCAR碳磚抗鐵水滲透侵蝕性能差，內(nèi)側(cè)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(lái)石改為微孔剛玉磚。復(fù)合棕剛玉磚和剛玉莫來(lái)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(xiàng)性能都很好的一種新型產(chǎn)品，目前在高爐的使用情況良好。

（5）加強(qiáng)日常操作的管理。新投產(chǎn)高爐宜煉10～20天鑄造鐵，投產(chǎn)半年后進(jìn)行一次釩鈦礦護(hù)爐，其后每年一次護(hù)爐；禁止有害元素超標(biāo)入爐，定期采取措施排放循環(huán)富集的有害元素；保證冷卻水量，密切關(guān)注有無(wú)冷卻設(shè)備漏水現(xiàn)象；加強(qiáng)鐵口維護(hù)，保證足夠的鐵口深度；對(duì)爐缸局部進(jìn)行壓漿處理等。

3 結(jié)語(yǔ)

從爐缸爐底侵蝕調(diào)查結(jié)果表明，除鐵口區(qū)域外，其它部位磚襯保存較完整。在3個(gè)鐵口下方都有不同程度的侵蝕，尤其以2#鐵口最嚴(yán)重，2#鐵口下方0.5～1.6 m寬，左右長(zhǎng)4.8 m的范圍被嚴(yán)重侵蝕掉。因此，在鐵口下方這個(gè)區(qū)間是高爐最薄弱的部位，在高爐大檢修和日常生產(chǎn)中應(yīng)引起足夠重視。