2018.4.22-24，中國金屬學會2018煉鐵學術年會在杭州召開，到會代表450余人，匯集了各方面的專家、學者及一線技術人員。

    大會論文集收錄了我公司論文《水及水蒸汽對爐缸下部炭磚侵蝕的探討》，并安排我公司吳強國總工就此新觀點進行了分會場演講，闡述了隱形水是造成爐缸象腳侵蝕的重要因素這一全新觀點。

    現將論文轉載如下：

 

 

 

隱形水對高爐爐缸下部炭磚侵蝕的探討

吳強國

（河南煜華科技有限公司 ）  

 

摘  要：高爐爐缸下部炭磚普遍存在異常侵蝕，目前的侵蝕理論及業(yè)界總結的侵蝕因素難以完整詮釋這種狀況。隱形水由高爐風口串煤氣產生，伴隨高爐生產全過程持續(xù)不斷。隱形水沉積到爐缸下部后，獨特作用于高爐爐缸象腳區(qū)炭磚，持續(xù)不斷侵蝕爐缸下部，是造成象腳侵蝕的重要因素。

關鍵詞：隱形水  高爐  爐缸  象腳侵蝕  

 

    高爐爐缸的壽命決定了高爐一代爐齡的長短，而爐缸的壽命則大多取決于爐缸、爐底交界區(qū)域（俗稱象腳區(qū)）的侵蝕狀況。由于爐缸炭磚熱面豎向呈現不均勻侵蝕，象腳區(qū)域的侵蝕往往最為嚴重。

    目前的侵蝕理論從設計、施工、耐材性能、耐材質量、鐵水環(huán)流、鐵水熔蝕、熱應力、有害雜質、操作制度、冶煉強度、冷卻效果、原燃料條件等不同角度對象腳侵蝕的成因進行分析解釋，并針對性地采取相應的防治措施^[1-7]。但長期的運行實踐表明，爐缸下部的異常侵蝕仍然普遍存在，現有的侵蝕理論并不完善，仍然存在業(yè)界并未發(fā)現的侵蝕因素。而隱形水應該是造成高爐爐缸下部異常侵蝕的重要因素^[8]。

    隱形水主要指風口區(qū)域串煤氣在炭磚冷面及爐殼內壁之間產生的過飽和冷凝水，其次也包括冷卻設備滲漏到炭磚冷面及爐殼內壁之間不易被發(fā)現的滲漏水。這些隱形水沿炭磚冷面及爐殼內壁之間的縫隙沉積到爐缸下部炭磚冷面，再從炭磚冷面沿磚縫進入到炭磚熱面，氣化成高溫水蒸汽后與高溫炭磚發(fā)生水煤氣反應，對炭磚造成持續(xù)不斷的侵蝕。

    過飽和冷凝水伴隨高爐生產的全過程持續(xù)產生，但高爐休風后即自行終止，比較難以發(fā)現，因此稱其為“隱形水”。

1. 水造成炭磚侵蝕的化學機理

    水侵蝕高爐爐缸炭磚是典型的水煤氣反應過程：水受熱變成水蒸汽，遇到高溫的炭磚，發(fā)生水煤氣反應，生成CO和H₂。

     C ＋ H₂O = CO ＋ H₂

    水煤氣反應的溫度條件為980K（707℃），在此溫度條件下水以蒸汽形態(tài)參與反應。

    壓力升高，反應所需的溫度條件也升高。根據高爐的運行壓力，水侵蝕炭磚的溫度條件約為715℃。

    爐缸炭磚熱面持續(xù)保持高溫，遇到自冷面進入的水蒸汽必然發(fā)生水煤氣反應，爐缸炭磚氣化、粉化甚至消失。

    如果少量熾熱的炭磚遇到大量的液態(tài)水而迅速冷卻，水煤氣反應也將迅速終止，炭磚也不會繼續(xù)發(fā)生侵蝕。這也是炭磚制造廠家利用水進行炭磚冷卻的原理。

2. 隱形水的來源及產量

    隱形水主要指風口區(qū)域串煤氣在炭磚冷面及爐殼內壁之間產生的過飽和冷凝水，其次也包括冷卻設備滲漏到炭磚冷面及爐殼內壁之間不易被發(fā)現的滲漏水。

    冷卻設備的滲漏水是局部的、偶發(fā)的，通過加強設備管理可以消除，本文不做詳細討論。

    高爐鼓風從大氣環(huán)境中帶入水蒸汽；噴煤帶入的水分在爐內氣化為水蒸汽；噴煤中的氫組分燃燒轉化為水蒸汽。這三部分水蒸汽是風口區(qū)域煤氣中水蒸汽的主要來源。風口漏水也產生水蒸汽，但屬于間歇、偶發(fā)來源，會在短時間內提高該風口區(qū)域煤氣的含濕量。高爐頂部裝料、頂部打水、上部冷卻設備漏水等因素也會使高爐上部煤氣濕度提高，但鑒于煤氣向上流動和水蒸汽密度較小，這些水分對風口區(qū)域煤氣含濕量的影響非常有限。

    高爐中部焦炭大量過剩，溫度較高，沒有氧氣來源，呈現強還原性氣氛。水蒸汽將被還原為CO 和 H₂。高爐中部串出煤氣的測試結果也顯示，其含濕量極低，幾乎為零。

    爐缸下部沉積的隱形水主要來自風口區(qū)域串出的煤氣 。高爐鼓風從大氣環(huán)境中帶入一部分水蒸汽；噴煤燃燒產生大量的水蒸汽，大大提高了風口煤氣的含濕量。在風口高溫狀態(tài)下，風口熱煤氣呈現不飽和狀態(tài)，但當串出的煤氣到達炭磚冷面至爐殼內壁之間的低溫區(qū)域時，在低溫及壓力（該區(qū)域的氣壓略低于高爐鼓風壓力）的雙重作用下，將達到過飽和狀態(tài)，從而產生過飽和冷凝水。

    高爐生產過程中，風口區(qū)域串煤氣無法根治，因此隱形水的產生也將伴隨高爐生產的全過程。這部分隱形水必將沉積到爐缸下部區(qū)域，如果無法將這些隱形水排放到爐外，那么這些隱形水只能有一條出路，就是從炭磚冷面滲透到炭磚熱面，高溫條件下氣化并與熱面炭磚發(fā)生水煤氣反應，從而對炭磚造成侵蝕。

2.1風口氣氛

    高爐風口氣氛決定了鼓風帶入的水蒸汽是否能夠繼續(xù)存在，也決定了噴煤裂解產生的H₂ 是否轉化為水蒸汽。

    如果風口區(qū)域呈現氧化性氣氛，那么鼓風帶入的水蒸汽能夠繼續(xù)存在，噴煤裂解產生的H₂ 將轉化為水蒸汽，風口區(qū)域煤氣的含濕量將保持較高水平。

    如果風口區(qū)域呈現缺氧的還原性氣氛，那么鼓風帶入的水蒸汽無法繼續(xù)存在，而是被C還原成CO 和 H₂。 噴煤裂解產生的H₂ 也不會轉化為水蒸汽。風口區(qū)域煤氣的含濕量將非常低。

    風口區(qū)域有連續(xù)不斷的新風鼓入，在較大的空間內進行大負荷燃燒，以提供高爐冶煉所需要的熱量。風口區(qū)域雖然有煤粉和塊狀焦炭，但鑒于這兩種固態(tài)燃料自身的特性，燃燒只在燃料顆粒的表面進行。焦炭和煤粉的燃燒速度較慢，而高爐鼓風的流速極快，因此在燃料顆粒之間充滿了富裕的O₂ 。

    風口是助燃空氣進入高爐的始發(fā)端，含氧量最高。高爐鼓風壓力大，流速高，風口區(qū)域存在空氣的射流及回流，因此風口四周的含氧量都較高。

    雖然高爐內部大部分部位是還原性氣氛，但風口區(qū)域及燃燒帶必然是氧化性氣氛。否則燃燒將無法繼續(xù)，高爐冶煉也無法進行。

    實際測定風口煤氣成分如圖一^[9]，也證實風口區(qū)域呈現氧化性氣氛。因此風口區(qū)域空氣帶入的水蒸汽能夠存在，噴煤將產生更多的水蒸汽。

    通過檢測風口以下壓漿孔串出煤氣中CO₂及H₂的濃度，也可以粗略判斷風口區(qū)域是否為氧化性。如果CO₂濃度較高，H₂濃度較低，則可以判定爐內呈現氧化性。反之，如果CO₂濃度較低，H₂濃度較高，則可以判定爐內呈現還原性。

2.2鼓風帶入的水蒸汽量

    大氣環(huán)境的含濕量是變化的。大部分地區(qū)夏秋季節(jié)空氣濕度大，含濕量高。

不同高爐的運行參數有差異，在此我們取鼓風壓力0.35MPa（表壓），噸鐵耗風1200m³/t，煤比150kg/t。

空氣在不同溫度、不同壓力下的飽和含濕量見表一：

                  表一   空氣飽和含濕量表   

（表中壓力為絕對壓力）     含濕量單位：g(水）/ kg(空氣)  

	0.1MPa	0.2MPa	0.3MPa	0.4MPa	0.5MPa	0.6MPa
0℃	3.82	1.27	0.95	0.76	0.63	0.54
10℃	7.73	2.56	1.92	1.53	1.28	1.09
15℃	10.80	3.58	2.66	2.13	1.77	1.52
20℃	14.90	4.89	3.66	2.92	2.43	2.09
25℃	20.36	6.64	4.97	3.97	2.83	2.47
30℃	27.58	8.93	6.67	5.33	4.43	3.80
35℃	37.09	11.89	8.88	7.08	5.89	5.04
40℃	49.57	15.69	11.69	9.32	7.75	6.63
55℃	116.28	25.50	20.23	16.77	14.32	12.49
100℃		658.70	324.54	215.30	161.10	128.70
110℃		1659.70	585.60	355.10	255.20	199.00

    

    取夏秋季節(jié)平均環(huán)境溫度25℃，平均濕度70%，空氣密度1.29 kg/m³，噸鐵鼓風帶入的水蒸汽量為：

    1200×1.29×20.36×70%﹦22062（g/t）

2.3噴煤產生的水蒸汽量

噴煤產生的水蒸汽由物理水及燃燒生成的化學水兩部分構成。

煤粉的含水量約1.5%，氫含量約3%。煤比取150kg/t。

煤粉帶入的物理水量（噸鐵）為：150×1.5%×1000﹦2250（g/t）

煤粉中的氫裂解、燃燒以后轉化為水蒸汽，氫與水的質量比為1:9。

噴煤產生的化學水量（噸鐵）為：150×（1-1.5%）×3%×1000×9 =39893（g/t）

2.4風口煤氣含濕量

從風口鼓入的空氣，其中的氮氣不參與化學反應，只有氧氣助燃后生成CO₂和CO。1kg空氣將生成1.08~1.15kg的風口煤氣，風口煤氣的密度約為1.40kg/m³。

根據2.2及2.3兩項的計算，噸鐵對應的水蒸汽量為：

22062+2250+39893 = 64205（g/t）。

噸鐵耗風量1200m³,生成的風口煤氣約為：

1200×1.29×1.15 = 1780（kg/t）

風口熱煤氣的絕對含濕量為：64205÷1780 = 36.1（g水/kg風口煤氣）。

其中噴煤產生的水蒸汽量比較穩(wěn)定，保持在23.7g（水）/ kg（風口煤氣）左右，高爐鼓風帶入的水蒸汽量隨大氣環(huán)境中空氣濕度的變化而波動。

2.5風口串煤氣產生的冷凝水量

    由于結構及運行條件的影響，高爐風口串氣無法避免，并將伴隨高爐生產的全過程持續(xù)保持。風口串氣的流動方向最明顯的是流向鐵口排出，也可能沿冷卻壁前后的氣隙向上流動。風口串出的煤氣只要到達冷卻壁附近的低溫區(qū)域，將持續(xù)產生過飽和冷凝水。

    目前尚沒有精確的高爐煤氣飽和含濕量數據，但鑒于風口煤氣與空氣的分子量比較接近，可以參考空氣的飽和含濕量數據進行類比、估算。

    高爐風口及爐缸區(qū)域冷卻水的溫度約保持在35℃左右，高爐鼓風壓力約0.35MPa（表壓），實測爐缸區(qū)域串煤氣的壓力約0.25MPa（表壓，絕對壓力應為0.35MPa）。根據表一的數據，這種溫度及壓力狀況下空氣的飽和含濕量約為8.0 g(水）/ kg(空氣)。鑒于風口煤氣密度稍大，風口煤氣在35℃、0.35MPa（絕對壓力）的飽和含濕量約為7.8 g(水）/ kg(風口煤氣)。

    根據2.4的計算數據，風口熱煤氣的絕對含濕量為36.1g（水）/ kg（風口煤氣）。其組成部分中噴煤產生的水蒸汽量穩(wěn)定在23.7g（水）/ kg（風口煤氣）左右。

    以上含濕量數據均基于質量單位，因此可以不考慮溫度變化及體積變化的影響。顯然，風口煤氣（高溫狀況）的含濕量遠遠高于其在35℃、0.25MPa（表壓）時的飽和含濕量。因此，風口煤氣流動到冷卻壁前后的低溫區(qū)域時，必然產生過飽和冷凝水。僅僅噴煤產生的水蒸汽就可以產生持續(xù)不斷的隱形水，空氣帶入的水蒸汽使隱形水產量更大?？諝鉂穸仍礁?，隱形水量越大。

    高爐風口串煤氣情況普遍存在，且無法根治。串氣情況越嚴重，產生的隱形水量越大，對爐缸下部的侵蝕越厲害。對于串氣情況稍輕的高爐，估算隱形水產量如下：

風口熱煤氣的含濕量36.1g（水）/ kg（風口煤氣）；風口煤氣在35℃、0.35MPa（表壓）的飽和含濕量約為7.8 g(水）/ kg(風口煤氣)；風口煤氣密度1.40kg/m³。假定風口串煤氣氣總量為5m³/分鐘，每天產生的隱形水量為：

5×1.40×（36.1－7.8）×24×60 = 285264（g）≈ 285 kg

    據此推算，高爐每年生產330天，將產生約94噸的隱形水。這些隱形水將氣化掉約63噸的炭磚。

    如果串氣情況嚴重，產生的隱形水量將更大，也將侵蝕掉更多的炭磚。

    隱形水對高爐爐缸下部炭磚的破壞遠遠超出業(yè)界目前的認知程度。

3. 隱形水造成象腳侵蝕的過程

3.1隱形水造成象腳侵蝕過程簡述

    新高爐或者大修后的高爐投產后，由于多種因素的共同作用，在冷卻壁熱面和冷面、爐殼內壁必然形成氣隙。風口串煤氣形成的隱形水將沿著這些氣隙沉積到爐缸下部的縫隙中，水位不斷上升。

    爐缸、爐底靠近冷卻壁的炭磚磚縫在高爐投產一定周期后也將產生縫隙及通道。沉積到爐缸下部的隱形水沿著這些縫隙和通道向炭磚內部滲透，隨著溫度的升高轉化為水蒸汽。

    在爐底下部，由于內部、外部炭磚的溫度都較低，不具備發(fā)生水煤氣反應的溫度條件，因此隱形水繼續(xù)以液態(tài)水或水蒸汽的形式存在。

隨著水位的上升并向炭磚內部滲透，必將達到具備發(fā)生水煤氣反應溫度條件（約為715℃）的部位。根據高爐爐缸的設計及運行參數，這個部位就在象腳區(qū)。

    具備發(fā)生水煤氣反應條件后，隱形水的水位將保持穩(wěn)定不再上升，這是因為單位時間內隱形水的產量較小。但是隱形水伴隨高爐生產持續(xù)產生，水位穩(wěn)定在象腳區(qū)持續(xù)侵蝕爐缸炭磚。由于炭磚溫度、隱形水產量等因素的共同影響，隱形水將獨特作用于象腳區(qū)，是象腳侵蝕的主要因素。

    加深死鐵層深度后，爐底溫度降低，具備發(fā)生水煤氣反應溫度條件的位置抬升，侵蝕位置升高，象腳侵蝕變化為寬臉型侵蝕。因此隱形水也是造成寬臉型侵蝕的主要因素。

   隱形水造成象腳侵蝕的過程示意：

風口串煤氣 → 爐殼內壁產生冷凝水 → 冷凝水沉積到爐缸下部 → 水位上升至象腳區(qū) → 隱形水自炭磚冷面向炭磚熱面滲透 → 隱形水轉化為水蒸汽 → 高溫水蒸汽與高溫炭磚反應 → 炭磚粉化、消失。

3.2隱形水侵蝕造成保護層破壞

    保護層包括爐缸陶瓷杯、陶瓷杯消失后炭磚熱面形成的凝鐵層及鈦合物保護層等。

    隱形水侵蝕炭磚是在保護層穩(wěn)定存在的情況下仍然持續(xù)發(fā)生的，是保護層破壞的主要原因。保護層破壞后，鐵水短時間內直接面對炭磚熱面，產生熔蝕、滲鐵、沖刷，直到形成新的凝鐵保護層，然后進入下一個侵蝕、破壞周期。

3.2．1隱形水侵蝕造成陶瓷杯坍塌、漂浮

    對于炭磚+陶瓷杯復合結構的爐缸，普遍存在象腳區(qū)陶瓷杯過早消失的情況，而上部陶瓷杯及爐底陶瓷墊侵蝕很輕。陶瓷杯耐材的抗渣鐵侵蝕性能較好，渣鐵侵蝕不是象腳區(qū)陶瓷杯過早消失的主要原因。

    采用炭磚+陶瓷杯復合結構爐缸的高爐投產初期，隱形水就不斷向爐缸下部炭磚冷面沉積，最先侵蝕象腳區(qū)炭磚熱面，造成爐缸炭磚熱面粉化甚至產生空腔。由于砌筑陶瓷杯每塊磚之間缺乏整體結合性，在鐵水靜壓的作用下，象腳區(qū)陶瓷杯必然局部坍塌。由于鐵水與陶瓷杯材料密度差較大，象腳區(qū)坍塌的陶瓷杯將漂浮，失去對炭磚的保護作用。象腳區(qū)炭磚將直接面對鐵水，在炭磚熱面將逐漸形成凝鐵層。

3.2．2隱形水侵蝕造成凝鐵層破壞

    對于全碳爐缸及陶瓷杯消失的復合結構爐缸，炭磚熱面將形成凝鐵層。穩(wěn)定的凝鐵層是爐缸長壽的保證，但高爐運行的實踐證明，凝鐵層不斷遭到破壞。

    目前煉鐵屆普遍認為由于冷卻效果不佳，造成凝鐵層破壞，進而發(fā)生鐵水侵蝕炭磚，因此認為通過改善傳熱、強化冷卻就能夠使凝鐵層穩(wěn)定存在。但冷卻效果僅僅是影響凝鐵層穩(wěn)定的一個因素，隱形水侵蝕對凝鐵層的破壞更大。即使傳熱良好、冷卻強度足夠大、凝鐵層穩(wěn)定存在的情況下，依然會發(fā)生隱形水先侵蝕炭磚，進而影響傳熱，繼而破壞凝鐵層的情況。

    高爐生產過程中，隱形水不斷向爐缸下部炭磚冷面沉積，從炭磚冷面不斷向炭磚熱面滲透，逐步變?yōu)楦邷厮羝＜词固看u熱面存在穩(wěn)定的凝鐵層 ，只要炭磚溫度達到715℃，水蒸汽就與炭磚發(fā)生水煤氣反應，造成炭磚的粉化、氣化，在凝鐵層及炭磚熱面交界處形成粉化層，甚至形成空腔。這將逐步惡化傳熱效果，使凝鐵層溫度上升、熱面融化、厚度減薄。在這個破壞過程中，由于炭磚熱面存在粉化層，導熱系數小，爐缸側壁溫度不會上升，熱流強度也不會加大，這兩個重要參數表現正常甚至更好，讓高爐操作者難以發(fā)現侵蝕的存在。

    當凝鐵層厚度減薄到一定程度，在鐵水靜壓的作用下，凝鐵層將發(fā)生最終破壞。破壞形式有兩種：裂縫或者漂浮。

    如果凝鐵層僅僅出現裂縫而沒有漂浮，鐵水將通過裂縫進入炭磚熱面的空腔及粉化層，迅速形成新的凝鐵層；或者鐵水將裂縫的凝鐵層擠壓向炭磚熱面，原有的粉化層及空腔被重新壓實，傳熱改善，在殘余壓裂的凝鐵層熱面生成更厚的凝鐵層。凝鐵層這種破壞和恢復的過程中，不會出現爐缸鐵水持續(xù)直接面對炭磚熱面的情況，側壁溫度及熱流強度沒有明顯變化，高爐操作者無法感知發(fā)生的侵蝕過程。許多高爐大修停爐時發(fā)現，象腳區(qū)炭磚幾乎完全消失，甚至只剩下搗料層，但停爐前該部位的熱流強度一直完全正常。這是因為該部位凝鐵層的破壞形式一直是裂縫方式，每一次裂縫破壞后會形成更厚的凝鐵層。

    如果凝鐵層發(fā)生漂浮式破壞，爐缸鐵水會直接面對炭磚，對炭磚熱面造成熔蝕、沖刷，直到形成新的凝鐵層。當鐵水直接面對炭磚時，爐缸側壁溫度會以較快速度升高，熱流強度加大。新的凝鐵層形成后，側壁溫度及熱流強度恢復到正常水平。

    象腳區(qū)凝鐵層的破壞形式（裂縫或者漂?。┦芏喾N因素的影響，無法選擇和控制。如果炭磚厚度較大，冷卻、傳熱系統(tǒng)正常，新的凝鐵層會重新生成；如果殘?zhí)亢穸容^大，但冷卻、傳熱系統(tǒng)不正常，炭磚熱面將無法形成凝鐵層，鐵水熔蝕及沖刷將持續(xù)，側壁溫度保持高位；如果殘?zhí)亢穸群苄。词估鋮s、傳熱系統(tǒng)正常，一旦出現凝鐵層漂浮破壞，當鐵水直接面對炭磚時，熱流強度會急劇升高，超出冷卻系統(tǒng)的能力上限，炭磚熱面將無法形成凝鐵層，如不及時休風停爐，就會發(fā)生爐缸燒穿事故。

    良好的冷卻效果是凝鐵層形成的前提；冷卻效果不佳和隱形水持續(xù)侵蝕炭磚熱面是凝鐵層破壞的兩個主要因素。只有保證良好的冷卻效果，同時有效抑制隱形水的侵蝕，才能確保凝鐵層的穩(wěn)定、長久存在，避免疊加產生鐵水對炭磚的熔蝕和沖刷，才能實現爐缸長壽。

4． 隱形水侵蝕機理對一些侵蝕狀況的解釋

4.1為什么爐缸下部工況好而侵蝕速度更快

    綜合對比爐缸側壁的影響因素，象腳區(qū)的工況條件好于爐缸中部（鐵口段）的工況條件，但象腳區(qū)的侵蝕速度更快^[10]。這是因為隱形水持續(xù)不斷向爐缸下部沉積并侵蝕象腳區(qū)炭磚。由于隱形水流量不大，來水能夠被象腳區(qū)完全消耗，因此水位穩(wěn)定在象腳區(qū)而不再上升，從而只對象腳區(qū)產生持續(xù)不斷的侵蝕。

4.2為什么鐵口下部區(qū)域更容易燒穿

    由于頻繁的開鐵口、堵鐵口，強烈的機械振動使鐵口附近區(qū)域產生更多氣隙；鐵口也是串煤氣的逸出口。鐵口區(qū)域串煤氣情況更嚴重，產生更多的冷凝水；眾多的氣隙也使得冷凝水更容易沉積到鐵口下部區(qū)域。因此鐵口下部的侵蝕更快，也更容易燒穿。

4.3冶煉強度與爐缸壽命的關聯性

    長期的生產實踐表明，隨著冶煉強度的提高，爐缸炭磚的侵蝕速度明顯加快，使用壽命顯著縮短。業(yè)界目前將其歸咎于冶煉強度提高，出鐵量增加，更多的鐵水沖刷造成炭磚侵蝕加快。

    凝鐵層的破壞是間歇性的，在大部分時間內，凝鐵層是連續(xù)存在的。即使冶煉強度提高，出鐵量增加，鐵水也不會隔著凝鐵層對炭磚熱面產生更多的沖刷。

    提高冶煉強度時，鼓風壓力提升，串煤氣情況隨之加劇，單位時間內串出更多的煤氣。壓力升高使得單位質量熱煤氣降溫后，產生更多的過飽和冷凝水。因此，隨著冶煉強度的提高，隱形水的產出量明顯增加。這就必然加快象腳區(qū)的侵蝕速度，縮短爐缸的使用壽命。

    有一點令業(yè)界普遍迷惑不解，隨著耐材性能及質量的提高，卻出現了高爐爐缸壽命縮短的反常局面，目前業(yè)界將此歸咎于冶煉強度的大幅提升、施工搶工期、高爐過早快速達產等。其實自上世紀末開始噴煤量的大幅提升使隱形水的產量成倍增加，也是造成這種局面的重要因素。

4.4爐缸側壁溫度的周期性大幅波動

    眾多高爐出現側壁溫度周期性大幅波動現象，在沒有采取其他護爐措施的情況下，側壁溫度能夠自發(fā)恢復到前期正常水平。具體表現如圖二所示。其過程可以描述為：

較長的溫度穩(wěn)定期 → 溫度驟升期 → 短暫的高溫期 → 平滑降溫期 → 下個溫度穩(wěn)定期。

 

                  圖二   爐缸側壁溫度周期性波動示意圖

爐缸側壁溫度周期性大幅升高并能夠自行降低復原表明：

    炭磚熱面能夠自發(fā)形成新的保護層（表現為側壁溫度能夠自發(fā)降低復原）；

    冷卻系統(tǒng)是有效的（表現為能夠自發(fā)形成新的保護層）；

    傳熱系統(tǒng)是可靠的（表現為能夠自發(fā)形成新的保護層）；

    即使具備有效的冷卻、可靠的傳熱，也有新生成的保護層隔離鐵水和炭磚，但炭磚仍然繼續(xù)發(fā)生侵蝕，并進入下一個侵蝕及波動周期。顯然強化冷卻無法根治象腳侵蝕。

    這種爐缸側壁溫度周期性大幅升高并能夠自行降低復原的情況是隱形水侵蝕過程的典型表現。這種狀況是由于該部位的凝鐵層周期性以漂浮的形式遭到破壞。凝鐵層漂浮后，鐵水直接面對炭磚，側壁溫度急劇上升；由于冷卻及傳熱系統(tǒng)有效，炭磚熱面逐步形成新的凝鐵層，側壁溫度逐漸下降、復原；雖然側壁溫度保持穩(wěn)定，但隱形水的侵蝕仍在持續(xù)；當凝鐵層減薄的一定程度時，再次漂浮，側壁溫度又一次急劇升高；然后進入到下一個凝鐵層的修復、侵蝕周期。

4.5無征兆燒穿是可能的

    象腳區(qū)凝鐵層的破壞形式（裂縫或者漂?。┦芏喾N因素的影響，無法選擇和控制。燒穿部位的侵蝕較快，但爐役前期、中期如果該部位凝鐵層破壞均屬于裂縫（不漂浮）形式，業(yè)界依賴的側壁溫度、熱流強度等技術參數將完全正常，那么高爐操作者就很難發(fā)現侵蝕狀況。如果該部位殘?zhí)亢穸群苄?，即使冷卻、傳熱系統(tǒng)正常，一旦出現凝鐵層漂浮性破壞，當鐵水直接面對炭磚時，熱量強度會急劇升高，超出冷卻系統(tǒng)的能力上限，炭磚熱面將無法形成凝鐵層。如果休風停爐不夠及時，就會發(fā)生爐缸燒穿事故。而燒穿前該部位的側壁溫度、熱流強度并不異常，屬于無征兆燒穿。

5． 隱形水侵蝕的防治途徑

結合隱形水的產生、流向及侵蝕機理，提出如下防治隱形水侵蝕的途徑：

1）采取措施抑制風口串煤氣量，減少隱形水的來源；

2)采取措施抑制隱形水向爐缸下部沉積；

3)采取措施抑制隱形水自爐缸炭磚冷面向熱面的滲透；

4)設法及時排出爐缸下部沉積的冷凝水（也包括設備的滲漏水）；由于頻繁壓漿，爐缸下部的冷凝水常常難以排出，爐役后期往往只能排出蒸汽，排水的效果比較有限；

5)提高爐缸炭磚的抗水氧化性能。

6． 結語

6.1 高爐風口煤氣呈現氧化性氣氛。在風口區(qū)域，高爐鼓風帶入的水蒸汽能夠繼續(xù)存在；高爐噴煤將產生更多的水蒸汽；風口煤氣的含濕量較高。

6.2 隱形水伴隨高爐生產的全過程持續(xù)產生；隱形水獨特作用于爐缸象腳區(qū)炭磚，產生持續(xù)不斷的侵蝕，是象腳侵蝕的重要因素；提高冶煉強度、增加煤比使隱形水產量大幅度提高，加劇了象腳侵蝕的速度。

6.3 隱形水是在爐缸保護層完好的情況下侵蝕炭磚的，側壁溫度、熱流強度等參數表現正常，侵蝕具有較強的隱蔽性，因此高爐容易發(fā)生無征兆燒穿。

6.4 新建、大修的高爐應該從設計環(huán)節(jié)考慮采取防治隱形水侵蝕的技術措施。

6.5 對于在用高爐，宜及早采取防治隱形水侵蝕的措施，確保保護層的穩(wěn)定存在。特別是新投產的有砌筑陶瓷杯的高爐，抑制隱形水的侵蝕，將避免象腳區(qū)陶瓷杯的坍塌、漂浮，大大延長陶瓷杯的壽命。對于爐役中后期的高爐，盡早采取措施，抑制隱形水的侵蝕，將避免凝鐵保護層的周期性破壞，大大延長爐缸炭磚的使用壽命。

6.6 只有確保良好的冷卻效果，同時必須對隱形水侵蝕進行有效的抑制，才能實現爐缸長壽。

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[2]湯清華  關于延長高爐爐缸壽命的若干問題  煉鐵 2014.10  P7-11

[3]黃曉煜  孫金鐸  高爐爐缸破損的原因與控制   2014全國煉鐵學術年會文集 P916-921

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[9]王筱留  2004-《鋼鐵冶金學 煉鐵部分 （第二版）》

[10]吳強國  高爐爐缸象腳侵蝕成因的再思考   2016年全國高爐煉鐵學術年會論文集P59-62。。。

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