摘  要  随着高炉大型化和高风温技术的应用，高炉风压和顶压的提高，高炉及热风炉已等同于“压力容器”；另外，旧有的热风炉在结构上存在着“老化”的重大隐患；热风炉的操作管理也时常存在“侥幸”心理，加之操作人员技术水平不佳，时而出现换错炉而断风事故、燃烧器爆炸事故、炉皮鼓开事故和冷风管道爆炸事故。给人民生命财产和设备造成重大损失，我们要认真应对，避免此类事故的发生。

关键词  高炉  热风炉  事故  预防

1  前言

随着高炉大型化和高风温技术的应用，高炉热风压力和炉顶压力的提高，高炉及热风炉已等同于“压力容器”；另外，新设计的热风炉大多远离高炉，热风管道过长；旧有的热风炉在结构上存在着“老化”的重大隐患；热风炉的操作管理也时常存在“侥幸”心理，加之操作人员技术水平不佳，时而出现换错炉断风事故、燃烧器爆炸事故、炉皮鼓开事故和冷风管道爆炸事故。给人民生命财产和设备造成重大损失，我们要认真应对，避免此类事故的发生。

2  事故案例及原因分析

2.1  事故案例

案例1：1998年12月27日9：00左右，某厂3号高炉2号热风炉崩裂事故。当场死亡6人，重伤2人。直接经济损失×××万元。

原因：炉体老化，检修中焊接质量欠佳。

案例2：1997年3月6日17点30分,开炉仅两年的某厂10号高炉的热风围管在3号铁口上方爆裂鼓开,并将高压水总管(Φ400mm)烧损，大量的水从围管开口处(1200mm×6000mm )由风管灌入炉缸，炉缸严重冻结。

原因：设计与施工质量问题。

案例3：1990年9月19日某厂7号高炉3号热风炉拱顶开裂事故。19日6：05-9：35，共计休风210分钟，损失生铁1200吨。直接经济损失×××万元。

原因：某建设公司抢修拱顶后，炉皮焊接质量差，焊口没有深度，焊缝口夹有铁棍。

案例4：1998年6月22日某厂7号高炉3号热风炉蓄热室管道盲板开裂事故。22日4：25-11：45，共计休风440分钟，损失生铁2200吨。直接经济损失×××万元。

原因：某修建部施工焊接质量差，焊肉没有达到技术要求，盲板没有加固筋。

案例5：1995年12月22日某厂10号高炉1号热风炉煤气短管开裂事故，休风935分钟，损失生铁4900吨。直接经济损失×××万元。

案例6：2008年8月3日某厂6号高炉2号热风炉热风外短管膨胀节开裂、管道吹损事故，休风2465分钟，损失生铁5000吨。后来又多次处理。直接经济损失×××万元。

原因：新设计的热风炉大多远离高炉，热风管道过长；膨胀节材质差，多次包补，施工焊接质量差，有串风现象。使用风温1230℃。

案例7：2006年7月20日某厂2号高炉热风炉冷风管道爆炸事故，将2号冷风阀炸碎。直接经济损失×××万元。

原因：热风炉烧嘴冷却用冷风阀门没有及时关闭，煤气由此倒流到冷风管道。

案例8：2009年12月30日某厂2680m3高炉2号热风炉热风外短管三岔口开裂、管道吹损事故。直接经济损失×××万元。

原因：结构稳定性差，多次包补，施工焊接质量差，有串风现象。使用风温1230℃。

案例9：2010年2月12日某厂5800m3高炉热风炉热风管道拉杆断裂，膨胀节开裂、管道吹损事故。直接经济损失×××万元。

原因：新设计的热风炉大多远离高炉，热风管道过长；膨胀节材质差。

2.2  几起典型事故原因分析

2.2.1  某厂10号高炉热风围管爆裂和炉缸严重冻结两大事故

1997年3月6日17时35分，某厂10号高炉3号铁口上方突然发生围管爆裂事故，致使紧急休风。该高炉由30个风口，4个铁口及事故发生前使用的1号和2号铁沟（2号铁沟由3号铁沟报废改制的）。当时发现爆裂的围管将高压水管崩坏，大量循环水顺着爆裂的围管通过风口流进炉内，造成炉缸冻结。形成热风围管爆裂和炉缸严重冻结两大事故。

这次围管爆裂，从3月6日开始抢修、9日正式送风至25日恢复正常，共计16天。一般来说，开始时，由于对这次事故严重性估计不足，没有认清炉缸漏水是炉缸冻结所致，做出3-5天即可恢复高炉生产的错误判断。10号高炉没有渣口装置，恢复炉况时又几次波动，炉前的两次堵炮时机掌握不准确，忽视了对铁口两侧的维护以及对碱度和炉温调剂不及时等，都是造成这次恢复炉况缓慢的直接原因。

2.2.2  某厂3号高炉2号热风炉炉皮鼓开事故

某厂3号高炉炉容为1053m3。于58年开始兴建，60年投入生产。高炉于73年进行全面大修。2号热风炉先后于87年6月、92年、95年6月、98年10月进行了多次大中小修，其主要维修的内容有：热风出口挖补、球顶填水渣、更换球顶砖、蓄热室标高30.99m以上格子砖全换，蓄热室标高30.99m—36.99m的大墙和火井墙更换、火井墙标高30.99m以下内环砖更换、球顶以下炉皮进行打带焊接（共计7带）等。在历年的维修中，2号热风炉标高30.99m以下的炉壳及耐火砖衬自73年以来也基本未更换过。

事故发生于1998年12月27日早9：00时。事故发生时，3号高炉的三座热风炉中，1号炉处于燃烧期，2号炉处于送风末期，3号炉正在做由燃烧转为送风的操作工作。当时，助燃风机已停，煤气阀和煤气调节阀已关，燃烧阀及烟道阀还未关闭；2号热风炉停送操作尚未执行，在这之前，其各阀启闭位置正确，开关运动灵活无卡阻，热风阀无漏水现象。

事故发生前主要的生产运行参数：2号热风炉：冷风压力0.225MPa；风量2300m3/min；风温860℃；拱顶温度 960℃。1号和3号热风炉（2号热风炉与1、3号基本相同）。煤气压力：6.3kPa；煤气量：38000-40000m3/h座。

12月22日高炉计划休风检修，同时对2号热风炉进行检修，检修项目主要是对热风出口部位炉壳进行挖补，挖补用料为普碳钢板，厚度12mm，总面积约26.4m2。

当日早8：00时高炉休风，修建公司检修人员进现场开始施工，直至26日中午11：00时，挖补工作基本完成，炼铁厂人员用冲压阀进行了冲压实验，实验介质为冷风管道的冷风，实验压力为0.22 MPa，实验期间对施焊焊缝进行了检查，在确认无跑风漏气的情况下，于26日中午12：00开始烘烤，烤炉。但此时尚有部分补焊钢板的加强筋未焊完，局部补焊处内部未补填水渣，随之既投入使用。当晚在运行中，先后两次发现施工部位有500mm和200mm长的竖缝漏风，均停止送风进行了处理。截止27日9：00时，该炉已在检修后进行了燃烧，送风五个工作周期。

27日早8：00，修建公司上白班的检修人员又进入施工现场，准备继续完成扫尾项目。

事故发生前，由于2号热风炉投入运行时间长，风温水平低，高炉已停止喷煤2小时，早8：20分打开铁口开始出铁，事故发生时，出铁已继续40分钟，渣、铁已基本出净，高炉操作未发现异常现象，运行一切正常。

导致事故突发的几种可能性，主要集中于煤气爆炸和焊接质量不佳，炉壳强度差上。

煤气爆炸：考虑爆炸为本次事故原因的依据主要是：热风炉是大量使用煤气的设备，热风炉区域内各种设备发生煤气爆炸的事例比较多见。这次2号热风炉事故造成的破坏非常严重，炉壳钢板破口面积大，飞溅物抛掷的距离远，这些现象与爆炸产生的效果相似。

煤气爆炸必须具备三个基本要素，一是要有足够量的煤气，二是煤气与空气均匀混合到一定的比例，三是温度要达到着火点，而且三个要素缺一不可。

从2号热风炉发生事故时的工作状态来看，正处于送风末期，换炉操作尚未执行，煤气阀烧阀均处于关闭状态，不可能有煤气进入热风炉。即使煤气阀、燃烧阀关闭不严，在送风期内，燃烧室里充满0.22MPa的热空气，压力只有6.3kPa的低压煤气也不可能由煤气阀、燃烧阀泄漏至热风炉内，因此不具备煤气发生爆炸的基本条件。

另一方面，高炉在事故发生之前，处于顺行状态，没有用热风炉进行倒流休风、倒流坐料等操作；鼓风机运转正常，没有突然停风等事故发生，因而不会产生高炉炉缸内煤气倒流回热风炉的情况。

由此可见，热风炉内不存在煤气，因煤气发生爆炸的几率为零。

发生爆炸的另一个可能的原因是有大量的水漏入热风炉，当水遇到高温耐火砖时，在极短的时间内汽化，产生大量蒸汽，体积急剧膨胀，使炉内压力骤然上升，当炉壳和大墙承受不了这一压力时，高压蒸汽从炉体最薄弱的部位喷出，致使炉壳破裂，炉衬崩塌，而造成爆炸。

热风炉设备中，使用水冷却的设备主要是热风阀，它使用的冷却水由4号高炉软水泵站共给。据调查，事故发生之前，泵站供水压力和流量均在正常范围之内，未见异常。热风阀也无漏水现象，不可能有大量的水进入热风炉，即便有少量的水泄漏，产生的水蒸汽数量有限，也会随热风炉送入高炉，不会在热风炉内造成爆炸现象。

从爆炸产生的效应方面分析，这次事故的一些现象也与之有较大差别。

爆炸是剧烈的化学或物理膨胀过程反应，是开放性的，能产生高温高压以及强大的冲击波，使周围建筑物产生强烈振动。但调查中在崩裂处形成高温高速气流，引发炉壳裂口迅速扩大，与此同时，在高温气体的推动下，炉墙破裂飞出，并引起炉内大量耐火材料塌落，塌落时会产生巨大的冲击力，这样的高温气流的冲刷力和耐火材料的冲击力的叠加作用下，炉壳裂口进一步扩大，大量耐火砖由裂口处涌出。

这一理论的依据是：

① 热风炉因炉壳强度，砖衬开裂等原因而引发炉壳崩裂，并且将砖衬崩出的事故时有发生，只不过是规模有大有小，破损程度有重有轻而已。

② 本次事故现场，炉壳破口处两侧的钢板大部分保持原来形状，破口出的焊缝多呈断裂状，明显可见被拉断的。

③ 热风炉内有0.225MPa的热风压力，炉壳是个受压容器，该压力可视为炉壳崩裂的原动力。

④ 热风压力和流量的记录显示，在事故的当时，风压降低而流量提高，该过程是一个卸压过程，而非增压过程。

因而，可以断定，本次事故确是由炉壳崩裂而引发的恶性事故。

（1）炉壳崩裂原因：

① 三号高炉热风炉系统是58年设计，59年施工，60年投产的，由于历史的原因及当时技术水平的限制，该系统存在多个先天不足之处，比如：炉壳厚度仅为10mm，偏薄；耐火材料热工性能差，稳定性差；炉壳内没有采取喷涂等保护措施等，均对热风炉的高温长寿运行不利。

② 内燃式热风炉在结构上存在着固有的缺陷，常发生供顶开裂掉砖，火井上部砖墙向蓄热室一侧倾倒和上部掉砖，格子砖错位和堵塞，火井下部隔墙开裂和短路，格子砖中心部分下沉为锅底形，高温区耐火砖渣化的变质，炉底板上翘及焊缝开裂，甚至腐蚀漏风等，这些现象在73年2号热风炉大修时的破损调查分析报告中得到了验证。

随着炼铁技术的不断进步，以及新技术、新工艺的采用，比如：扩容、富氧喷煤的使用炉顶压力提高，干法除尘的投用等，使高炉冶炼大大强化，高炉工况明显提高，但在这一过程中，热风炉的技术进步显得滞后，使热风炉的负荷逐年加重。

③ 2号热风炉炉壳从60年投产至今，已运行38年，中途从未做过整体更换（中下部），长期在恶劣环境条件下工作，温度呈周期性变化不断地充压、放压已达十万余次，热疲劳次数较高，再加上在高温下晶间应力腐蚀的作用，炉壳强度降低。

由于设备老化，在维修中采取的一系列措施，往往由于各种因素的影响，不能奏效，达不到预期的目的。比如：挖补、焊加强板等很难做到等强度焊接；新旧钢板之间的焊接难度大，且只能单面焊，焊缝内应力较大，新旧钢板之间厚度不等，焊缝处不做过渡处理，也会造成焊缝应力集中，削弱焊缝的强度。

从近一个月的点检记录上可以看到，2号热风炉检修次数频繁，特别是热风炉出口部位，从12月1日至12月21日，补焊次数多达7次，说明2号炉炉壳老化程度严重。

④ 2号热风炉自73年以来30.99m标高以下的耐火砖基本未更换过，至今已使用25年，由于耐火材料长期工作在恶劣条件下，砌体的开裂剥落在所难免，从炉壳频繁补焊以及检修人员挖补时观察到炉体保温材料散落、热风出口上下部位的大墙上均有600mm长，5-10mm宽的裂缝，还有一些小裂缝的事实也证实了这一点。由于砌体开裂、剥落，形成炉壳窜风，导致炉壳与高温气体直接接触，使炉壳钢板工作温度上升。热风炉炉壳采用Q235（A3）钢板，有关资料载明，这种钢板随工作温度的增高，其许用应力大大降低，比如：温度≤20℃时，许用应力只有94MPa；而当温度上升至350℃时，许用应力降为77MPa；分别比常温下降低15%和30%。而在炉皮窜风时，炉皮温度可达500℃以上，在这种情况下，钢板已失去了结构强度。

此外，当炉壳崩裂时，大墙耐火砖失去炉壳的保护和支撑，在其本身强度不足的情况下，大面积、大体积的耐火砖瞬时塌落，必定在底部和炉壳上产生巨大的冲击力，这个力量的热风对炉壳的冲刷力相叠加，进一步加大对炉壳的破坏作用，使炉壳裂口扩展，从而扩大事故的规模。

（2）炉壳崩裂突破口的方位

根据炉壳裂口的形状和散落物的分布情况可确定突破口的方位如下：

①炉壳裂口左上放，其边缘是新旧钢板的接缝，该处有一直角相交的焊缝，这是应力集中的部位所在，那里强度最低，应该是首先破裂的部位。

②根据散落物分布的方向和距离绘制的简图（见附件5），散落物距离热风炉愈远，该物体喷出的初速度愈大，突破口应在其包容角的范围内。

③热风总管上平台栏杆的破坏情况也为突破口的位置提供了证据。

根据上述三点理由，可以确定突破口位于热风炉中心偏西61°-75°范围内，标高约16m处。

经过反复调研和分析，认为太钢三号高炉2号热风炉12.27事故的原因是多方面的，事故突发是由于热风炉老化严重，出现一些薄弱环节，造成处在送风状态的热风炉炉壳，因热风炉大墙砌体开裂严重，产生局部破损后，直接接触高温气体，从而是炉壳钢板许用应力下降，在其薄弱部位产生崩裂造成的。炉壳崩裂后，高温气体以每平方米22.9吨的压力，以每秒百米以上的速度冲出炉外，瞬时引发热风炉内中、上部砌体破坏，失去整体稳定性，大量高温耐火材料塌落，几种因素相互叠加导致炉皮由崩裂发展为大范围撕裂，上千吨耐火材料涌出炉外，发生热风炉本体毁坏的恶性事故。

2.2.3  某厂6号高炉2号热风炉热风管道膨胀节鼓开事故

2008年8月3日某厂6号高炉2号热风炉热风外短管膨胀节开裂、管道吹损事故，休风2465分钟，损失生铁5000吨。后来又多次处理。直接经济损失×××万元。

原因：新设计的热风炉大多远离高炉，热风管道过长；膨胀节材质差，多次包补，施工焊接质量差，有串风现象。使用风温较高，出事前风温为1230℃。

3  防范措施

3.1  设计与施工

设计，施工部门限于工作性质和现场工艺合理有着一定的差别，可以说，对热风系统按压力容器标准设计非常懂的人不很多，缺乏足够的实践经验。更有甚者，现场工艺人员善意提出的很好的意见和建议，得不到应有的认可。这样势必留下先天缺陷，以后生产应用问题就反映出来了，即便想改也比较难了。施工队伍限于工期紧，任务重，特别是甲方的默认，施工质量欠佳，不按规程试漏、试压。极易造成系统泄漏，给后续的生产埋下祸根。

严格执行高炉生产、设备运行、作业有关规定。建立健全本单位的生产组织机构,实行专业化管理，严格执行设备检查与维护制度。建立技术档案,完善应急预案,及时整改事故及设备隐患。赋予专业化队伍相应的职权，强化设备管理与操作专业队伍的培养。履行好各级安全生产责任制，最大的限度地保护人民生命和财产安全。

高炉与热风炉的相对位置不要过远；减少波纹膨胀器的使用。原则上来说，热风炉与高炉靠得越近越好；使用波纹膨胀器要充分考虑耐压强度与热风管道的整体稳定性；实践说明，大量使用波纹膨胀器有害无益。

送风系统的设计要全面优化，耐火材料的选择要有足够的安全容量。

在砌筑方面要精雕细刻，绝不可粗制滥造，以各种名义偷工减料。

严格焊接施工质量，该双面焊接的不能单面焊接。

严格按试压程序进行系统试压，发现问题，及时处理。

3.2  操作与维护管理

高炉热风炉系非常重要的热工设备，要制定完备的检查与维护制度，作为A类设备进行管理，分班定期巡视检查。一旦发现异常，应立即休风处理，不得延误。

设备有缺陷，不得使用高风温。适当降低风温可以有效缓解事故的发生。

焊接质量是保证设备正常运行的关键环节。综合多起热风炉送风系统事故案例可以看出，焊接质量不佳是酿成重大事故的“罪魁祸首”。

4  结论

（1）随着高炉大型化和高风温技术的应用，热风炉及送风系统的稳定性问题应引起炼铁工作者高度重视。高炉炉顶压力的提高，高炉及热风炉已等同于“压力容器”；旧有的热风炉在结构上存在着“老化”的重大隐患；切不可盲目使用高风温、高风压和高顶压。

（2）新设计的热风炉大多远离高炉，热风管道过长，靠膨胀节来解决大膨胀量的问题是一种错误的设计理念。从热风炉及送风系统的稳定性角度考虑，热风炉靠近高炉可以大大降低事故的风险。

   （3）严格把好热风炉及送风系统的检修质量，不可偷工减料。焊接质量是保证设备正常运行的关键环节。综合多起热风炉送风系统事故案例可以看出，焊接质量不佳是酿成重大事故的“罪魁祸首”。

（4）消除热风炉的操作管理的“侥幸”心理，提高操作人员技术水平，避免出现换错炉断风事故、燃烧器爆炸事故、和冷风管道爆炸事故。一旦发现炉皮鼓包、发红等，要立即休风处理。避免事故的发生。

5  参考文献

[1]  刘全兴. 高炉热风炉操作与煤气知识问答，冶金工业出版社 2005.3.

[2]  刘全兴. 关于钢铁厂煤气事故特征分析与防范的探讨，钢铁产业，2007（6）：25-28.

[3]  刘全兴. 煤气设施维护的特殊操作方法，钢铁产业，2008（1）：13 -16.

[4]  孙金铎、黄晓煜. 鞍钢10号高炉炉缸冻结及处理，鞍钢技术，1998（8）：8-11。