摘要 多年来，高炉炉缸烧穿一直困扰着我国炼铁工作者，几乎所有炼铁厂都有烧穿的痛苦经历。实际，炉缸烧穿，现在已经可以杜绝，因为我国已经拥有成功的补炉经验，使已侵蚀的炉衬补上。

关键词 炉缸烧穿 钒钛补炉 钛化物 预防措施

1 杜绝炉缸烧穿

高炉烧穿是一个过程，炉衬被侵蚀需要一定时间。随着砖衬的侵蚀，砖衬中的热电偶温度升高，铁水逐渐接近冷却壁，冷却壁的进出水温差，越来越高，通过冷却壁的热流强度也越来越高。当炉缸部位冷却壁热流强度升高或此区域的砖衬温度升高，必须重视并连续观察。如升高继续，说明侵蚀在继续，应判明真相，及时采取措施。如不采取措施，有可能烧穿。

炉衬侵蚀是不可避免的，但烧穿是可以避免。

2 钛矿补炉是防止烧穿的有效方法

2.1 加含钛矿物补炉

用含钛矿物补炉，是当前唯一能将已侵蚀的炉衬补上的有效方法，也是走出烧穿威胁的基本方法。

加含Ti炉料，能修补炉缸，最早是日本炼铁专家发现的。日本早在50年代，就用本国含Ti的‘砂铁’作为护炉料维护炉缸。以后又从国外购买使用。日本将此次实践成果，发表在美国1978年炼铁年会上[1]，使世界认知了它的作用，也直接影响到我国。

首先在中国应用补炉技术的是柳州钢铁厂。他们参考日本的经验和攀枝花钢铁公司的冶炼状况，1981年1月在柳钢2高炉开始试验加钒钛矿，砖衬温度计装在铁口平面砖墙250mm内，温度水平在400--500℃之间。3月11日将TiO2加到18Kg / t，12日加到20Kg / t，温度迅速下滑，仅一周时间，砖衬温度降到150℃（～43℃/日）以下。柳钢的成功，开创了我国补炉操作的先河。是他们首次提出“补炉”概念：“根据装设于炉缸边墙内电偶测到的数据，及时采取‘补炉’措施，对预防炉缸烧穿起到十分有益的作用[2]。”当时的厂长是罗天然（？），负责此项工作的是韩弈和。

1982年9月湘潭钢铁公司2号高炉试验补炉，在试验过程做了仔细分析，当铁水中含Ti在0.15%左右，一周后，炉缸冷却壁水温差降到正常水平(稳定在2℃以下)，高炉转危为安，大修推迟到1986年进行，炉役寿命达到11年。他们于1984年开会鉴定，在会上介绍用钛矿补炉的成功经验，由此在我国宣传、推广了这一重要技术，为减少炉缸烧穿、延长高炉寿命，作出了重大贡献[3]。当时倡议决策补炉的公司总工程师孟庆辉，他亲自翻译日本在美国年会上的补炉论文，向有关人员介绍。炼铁厂厂长刘坤庭全力执行，并认真总结，使这一成果，得到全国推广[3]。

承德钢铁公司的陈培坚，为推广钛矿补炉，做出重要贡献。当年冶金部周传典副部长，对他不止一次在大大小小的会议上表彰。周传典在宋建成教授主编的《含钛矿物护炉的理论与实践》一书的代序中（冶金出版社，1994年出版）写道：“对首创者要表彰，对传播者同样也要表彰。这项技术能在我国高炉上推广就有赖于后一部分同志的不懈努力。

“记得是1985年或1986年的初秋，我在辽宁兴城开会，陈培坚专程前往，建议推广钛铁矿护炉技术。他收集了几家铁厂的护炉资料，凡采用这项技术的，都有很明显的效果，当时，我是吃了一惊的。此类事是冶金部机关的职责，并且情报所更有此职能。我们没有能够尽职，却由他做了。…，不久，在承德召开了第一次含钛物料护炉会议。这是一次小型会议，讨论的却是重要的问题。

“到了1991年还是这位陈培坚，送来第一次会后含钛物料护炉技术推广的总结资料。…我看了总结资料，很受鼓舞！

“此后，他进行了广泛的串联。得到承钢、攀钢、攀矿、北京科技大学的赞同；又到成都，得到四川冶金厅王心让同志的大力支持，终于促成了1991年6月在四川乐山召开的全国第二次含钛物料护炉会议，这是一次200多人的大型会议，所有大中型高炉的厂家都参加了。会议交流了“七五”期间各厂含钛物料护炉的经验，决定在炼铁学会下边成立钛矿护炉学术委员会。”[4]。

是这些平凡的炼铁工作者，提倡推广补炉技术，使它成就了侵蚀炉衬得以补上的唯一方法。

2.2 钛化物在炉缸的形成与沉积

含钛物料在炉内还原析出金属钛后与碳、氮结合，生成TiC、TiN和固溶体Ti(C，N)。下表是三者的数据： 

上述钛化物和固溶体熔点很高，呈颗粒状悬浮、弥散在铁水中，使铁水变黏稠，这些钛化物是补炉的基本材料。杜鹤桂教授等通过热力学计算得出结论，高炉条件下Ti在铁水中的溶解度如下[5]：

裴志云的结论是铁水温度低于1350℃，钛能析出[6]。

不同作者给出的结果，比较接近，在高炉炉缸工作条件下，铁水中[Ti]的溶解度分别是：

Ti的溶解度与铁水温度关系密切，温度越低，钛析出越多。按以上研究者的结论，铁水在1500℃以上，钛浓度＜0.5%（？需要刘老师核实：是0.5%还是0.05%），不可能析出；在高炉条件下[Ti] ＞0.08～0.15%，才可能析出。由此可知，要想用钛补炉，必须铁水中钛浓度高于 0.08%，铁水温度降低、低于正常水平，效果才明显。这是用含钛物料补炉的两个必要条件。

2.3 含钛炉料补炉效果

李永镇教授 [10]、宋建成教授和陈培坚 [11]。莫燧炽厂长和杜春 [12] 分析、总结众多实践数据说明，铁水含Ti在0.08%~0.12%之间，补炉作用明显，含Ti在0.15%~0.25%之间，作用更有效。更高的含Ti量，虽然补炉效果甚佳，但容易形成炉缸堆积，破坏高炉行程。有的高炉，因入炉Ti量过多，造成“炉缸热结”[13]，并粘铁水罐和铁沟，不能正常生产。

用含钛炉料补炉，效果明显，铁水中含钛作用，如表3：

3 炉缸烧穿前的征兆

当炉缸内铁水靠近冷却壁，冷却壁后温度和进出水水温差急剧升高，这是炉缸可能烧穿的前兆，应非常警惕并立即坚决采取措施。铁水一旦接触冷却壁，升温速度突起，烧穿很难避免。

8: 00  炉缸二层32#-1和32#-2相邻的两块冷却壁的水温差已到0.9℃和1.1℃，热流强度分别达到18.03和22.1 kW/m2.h( 15 500和19 000 kcal/m2.h)。按首钢经验(有炉底冷却的综合炉底)，热流强度到17.45 kW/m2.h( 15 000kcal/m2.h)，冷却壁处于危险状态、已到安全生产的极限，这是警戒温度； 热流强度到20.93 kW/m2.h (18 000 kcal/m2.h)是极限温度，铁水已接触到冷却壁表面，如不采取坚决措施，冷却壁随时可能烧穿。

9:00  32#一1的水温差继续升高，已经超过极限温度，到1.2℃，热流强度高达24.1 kW/m2.h(20 720 kcal/m2.h)。

这么高的热流强度，说明铁水已经侵入冷却壁，冷却水已不可能将如此巨大的热量带走，冷却壁温度必然继续升高，冷却壁破坏，已经发生。当时采取紧急措施，将32#一1冷却壁进水水压，由17.8 kg/cm’提高到20.5 kg/cm2，9点45分完成，但为时已晚，温差继续上升，烧穿无可挽回，于是组织出铁，准备停风，以减少烧穿损失。

10: 17  出铁。32#一1的水温差继续升高。

10: 20  32# -1到3.3℃，立刻改常压、放风，准备停风。鼓风压力由2.63逐步降到1.1  kg/cm2，由于铁水流的太慢，风压无法继续降低，11:20，停风；11点25分出完铁。

水温差不断提高，冷却壁的烧穿范围在扩大，11点55分，看水工发现，炉皮铁锈剥落一大片，炉皮发红，炉台下冒出黄烟，随即响起铁水遇到水产生的爆炸声。

水温差急剧上升，已经是烧穿的前兆。当热流强度超过极限值以后，铁水已将冷却壁烧坏。不断升温，表明冷却壁烧毁面积在不断扩大。此后水温差的急剧上升，是必然的，烧穿已不可避免，这是烧穿前的普遍现象，下表给出首钢两座高炉的烧穿前温度变化:

4 补炉实践及剖析

首钢4号高炉1985年3月5日烧穿，修补后，又生产一年，主要靠用含钛物料补炉。1987年4月停炉后发现：“在炉缸炭砖被侵蚀严重部位，沉积了大量碳氮化钛Ti（C，N）和少量的石墨和α-Fe。此沉积物是高熔点、高硬度、高密度、具有磁性和导电性的护炉材料。碳化钛的沉积过程是TiO2经逐级还原成[Ti]，与铁水中溶解的[N]和[C]反应形成[Ti N]和[Ti C]”，在低于1350℃界面时，[Ti N]和[Ti C]交替析出，形成树的年轮状构造[6]。

图3是依据1987拆炉结果绘制的。“炉缸和炉底交界处沉积了很厚一层亮的古铜色矿物”。“在炉缸侵蚀最严重的部位，钛沉积物最厚”。铁口西侧的炉缸部位，炭砖全部被蚀掉，仅剩下30mm左右的炭捣料，其上沉积了400mm的钛化物”（图4）。

“沿炉壁向上逐渐减薄，其厚度为20mm左右，呈浅古铜色。沿炉底方向延伸到高铝砖止，呈浅古铜色。铁口东侧炉缸部位钛沉积物比西侧薄些，但铁口对面炉缸部位的沉积物较厚。两风口下0.5m处钛沉积物与较多的炉渣、焦炭混合在一起。在炉底高铝砖表面未发现有钛沉积物析出，只在个别炭砖与高铝砖缝隙中有少量的渗渣现象”。

首钢4炉停炉后的实际侵蚀线，说明学者们研究结论是正确、可靠的：

第一， 越是侵蚀严重的地方，沉积越厚，即最需要的地方，补的最多；

第二，越是冷却强度大的地方，沉积的越厚，这地方一般也是距冷却壁最近的地方，温度最低，钛化物最容易析出。可以说，用含钛炉料补炉是合适的、合理的。从钛化物沉积厚度判断，4号高炉炉底、炉缸部分，可以继续安全生产。在侵蚀最严重的地方，距冷却壁仅30mm，接近此处的铁水，因冷却壁冷却，温度最低，所以沉积最厚、约400mm。

靠近冷却壁的沉积凝结物是钛化物，鲜亮的金属光泽。在沉积物外是凝结的铁、炉渣及焦炭碎粒，如图4示。

表5是图1所示位置的沉积凝结物的成分[6]。

5 减缓、预防烧穿操作的方法

5.1 提高冷却强度

炉缸发现炉衬侵蚀严重，首先是提高冷却壁的冷却强度，这是用工业水冷却最常用的传统方法。首钢四高炉1984年，炉缸二层冷却壁受到烧穿威胁时，曾将炉缸1、3、4层冷却壁的冷却水压力由3.4 kg/cm2降到3.2 kg/cm2，将炉身冷却壁的水压由2.3 kg/cm2.降到2.2 kg/cm2，以提高烧穿威胁最严重的二层冷却壁的水压。部分水温差过高的冷却壁，用10～12 kg/cm2的高压水，使危险的烧穿威胁，暂时躲过。

现在很多高炉使用软水闭路循环，强化局部冷却的有效方法是将局部冷却壁改成工业高压水，这是行之有效的方法。

5.2 灌浆

在有气隙的地方灌浆，十分必要，也是行之有效的方法。堵塞气隙，能改善传热条件，对保护炉衬、降低温度，均有突出作用。如已有的灌浆孔失效或没有相应位置的灌浆孔，应按需要重开。这方面已有很成功的经验可参考。炉缸灌浆，也出现过严重问题，在炉壳和冷却壁之间灌浆，一般易于掌握，在冷却壁与砖衬之间，应非常慎重。已发生多起事故，甚至炉缸破损、人员伤亡[15]。

5.3 改变风口

为降低炉缸边缘区域热流强度，将局部侵蚀严重区域风口加长，原来倾斜的风口改成直风口。遇到有烧穿威胁时，可堵相应的区域的风口。堵风口的效果，大于风口加长和变直。这是简单的辅助措施，起不了很大作用。堵风口，能延缓侵蚀速度，当遇到烧穿威胁时，堵风口改变不了威胁的局面。

在威胁烧穿部位上方的风口堵死，实际是减少风口附近局部温度，效果是有的，对操作不利，且解决不了根本问题。许多厂在面临烧穿严重威胁时，采取堵风口措施，它是在高炉处于烧穿威胁紧急情况下，争取时间的较好手段。与此同时，应采用有效的补炉方法，将侵蚀的炉衬补上，制止烧穿。

5.4 停风

当炉缸受到烧穿威胁时，高炉停风，是行之有效的。仅靠停风、不同时采取其他措施，炉衬温度和冷却壁水温差、冷却壁后温度，会立刻开始下降，效果明显；但送风以后，又会逐步升温，如风量回到原来水平，温度会逐步回到原状。孤立的临时停风，只能起延时作用。1985年7月，首钢四炉炉缸二层多块冷却壁水温差超标，其中有8块大于10，当时，曾利用检修机会，停风12小时，水温差很快由10降到0.6～0.8℃。送风后控制风量、降低冶炼强度，得到暂时稳定；以后恢复冶炼强度，烧穿威胁，再次出现，超限的冷却壁水温差，又回到原来的水平。

11月曾停风16小时，降温效果显著、快速，恢复生产后，依然如故。解决不了根本问题。显然，砖衬已严重侵蚀，暂时停风，解决不了砖衬缺失。

如果在补炉的条件下停风，会显著的加速铁水中钛化物的沉积。由于停风，已经严重侵蚀的冷却壁附近的铁水温度，因停风必然迅速降温，因而使析出的钛化物迅速凝结，是解决生产维修的最佳方法。

5.5 减少操作风量，控制冶炼强度

减少操作风量，降低高炉冶炼强度，是降低炉缸整体热流强度的有效措施，堵风口的作用，如果不扩大其他风口，也必然减少风量。但控制风量是全局措施，较堵个别风口，作用更大。

5.6 加含钛矿物补炉

用含钛矿物补炉，是当前唯一能将已侵蚀的炉衬补上的有效方法，也是走出烧穿威胁的基本方法。

参考文献

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

[2] 韩弈和. 炼铁，1975，5，18—21.

[3] 湘潭钢铁厂炼铁分厂，《钒钛磁铁矿用于高炉护炉鉴定会议资料》，1984年.

   孟庆辉 刘坤庭，等. 炼铁[J]：1992，（2）：1-4.

[4] 宋建成主编. 高炉含钛物料护炉技术[M]，北京：冶金出版社，1994年.

]5] 杜鹤桂等. 高炉冶炼钒钛磁铁矿原理.。北京：科学出版社，1996年63页。

[6] 裴志云. 高炉炉缸钛沉积物的物质组成及特性研究，钢铁，1990，1，13—18.

[7] Toshihino Inalani  etc . 钛化物在高炉炉缸的固化形成, Stahl und Eisen,94(1974),Nr.2, 47-53.

[8] 董一诚 于绍儒.钛在高炉内的行为及其对炉缸炉底寿命的影响，钢铁，1988.2.3－8.

[9] 任允芙 蒋烈英.高炉内钛沉积物的矿物组成及其生成机理低研究，钢铁，1988.5.1－5.

[10] 李永镇. 高炉冶炼钒钛磁铁矿原理(杜鹤桂主编)，北京：科学出版社，1996年第259页。

[11] 陈培坚 宋建成. 含钛物料护炉与操作图解，载：(宋建成主编).高炉含钛物料护炉技术，北京：冶金出版社，1994年第65－70页.

    宋建成  宋阳生，我国高炉使用含钛物料护炉技术的现状与展望，载：(宋建成主编).高炉含钛物料护炉技术，北京：冶金出版社，1994年第1-8页.

[12] 莫燧炽 杜春荣. 高炉含钛物料综合护炉技术，炼铁，1992，1，1－3。

[13] 林  彤. 湘钢 1# 高炉钛热结的处理,, 湖  南  冶  金,1998,6,21—24.

赵黎明 陈濂。湘钢高炉酿成“钛害”的教训。炼铁，1999，4，8－  .

[14] 李连仲。首钢四号高炉炉缸烧穿修复和生产，1985年(内部资料)

[15] 汤清华，炉缸炉底烧穿事故，载：高炉失常与事故处理（张寿荣主编，北京：冶金工业出版社，2012年第93-124页.