高爐生產過程中直吹管燒穿問題探析

楊軍昌，申 偉，楊海東

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠，山西 長治 046031）

0 引言

高爐送風系統是指給高爐送風的系列裝置，它包括鼓風機、熱風爐、冷風管道、熱風管道、混風管道、煤氣管道以及管道上的閥門等[1]。正常生產時，鼓風機吸入空氣，輸送至熱風爐進行燃燒加熱，溫度升高后打開熱風爐的熱風閥把熱風由熱風總管道輸送至熱風圍管，再經單獨的送風裝置分別鼓入高爐。

高爐的送風裝置主要包括：熱風圍管、鵝頸管、膨脹器、短接、彎管、直吹管、風口等。直吹管是高爐送風裝置中的一個重要的連接輸送部件，主要由水冷鋼套、鋼殼、噴煤槍孔、彈子閥、連接法蘭等組成。高爐正常生產過程中，送風裝置經受著高溫、高壓的持續沖刷和磨損，尤其在高爐冶煉強度提高后，送風裝置的工作條件更加惡化，直吹管承受的負荷更高，極易出現發紅和燒穿現象，極大地影響著高爐的安全生產和技術經濟指標優化。

1 長鋼燒穿事故簡介

長鋼九號高爐有效爐容1 080 m3，采用磚壁一體化薄壁內襯設計，全覆蓋式冷卻壁，工業水開路循環冷卻方式，設計有20 個風口，2 個鐵口，配套有4 座熱風爐。高爐正常送風風量在3 350～3 400 m3/min，富氧量在6 000～6 500 m3/h，熱風溫度在1 190～1 200 ℃，高爐冶強控制在1.76 左右水平，具體技術經濟指標如表1 所示。

表1 九高爐部分技術經濟指標統計表

2023 年3 月31 日中班接班前期風量3350m3/min，風壓360 kPa，風溫1 190 ℃，透氣性指數11.0，爐況穩定順行。19：00 打開北場919979 爐次鐵口，出鐵到220 t 時，爐外風口平臺位置發出異常聲音，6 號風口直吹管突然吹開，燒穿位置冒火、冒煤氣現象嚴重，并有灼熱的紅焦炭吹出。發現異常情況后，對爐內進行大幅度減風控制，同時停煤停氧，執行緊急休風程序；爐外迅速向燒穿部位打水。高爐于20：30 休風，休風后，進行煤氣倒流，檢查6 號風口情況，發現直吹管前端燒損嚴重，前端約1/3 的位置被全部燒損，約1/2 位置的鋼殼被燒毀?，F場立即組織人員清理燒損的舊直吹管及現場吹出的焦炭，對6 號直吹管及6 號風口小套、二套進行更換，同時檢查其余風口，待安裝上新的直吹管，確認安裝嚴密后，高爐開始復風。

2 直吹管燒穿引發的危害

高爐生產過程中，發生直吹管突然燒穿時，爐內操作畫面熱風壓力降低，爐外風口平臺位置發出異常聲音，燒穿位置的直吹管端冒火、冒煤氣，大量灼熱的焦炭和熔融渣鐵外噴，容易燒壞設備和燒傷人員；如果發生的位置在鐵口部位，將可能燒毀泥炮和開口機，使事故擴大，損失增加；如果控制不及時，還會燒壞風口小套、二套。為了找出直吹管燒損的原因，對其提前進行預防并改進，避免類似事情再次發生。因此，對直吹管燒出情況進行了詳細的分析，并制定了相應的預防改進措施。

3 直吹管燒穿的原因分析

1）直吹管內襯耐火材料不合格，局部區域內襯脫落。由直吹管的構造可知，直吹管外部是鋼結構件，內部是澆注料，在澆筑過程中由于澆筑料強度不夠或者澆筑質量較差，在高風溫、高風速的條件下，耐火材料抗沖刷能力不足；或者是高爐在停、送風過程中冷熱變化時產生裂紋，內襯被高速氣流沖刷侵蝕、剝落，導致直吹管被燒壞。

2）直吹管安裝不正確，直吹管與風口接觸間隙過大。高爐直吹管在安裝過程中，常常會出現不同程度的安裝誤差，強行安裝后，直吹管與風口接觸間隙產生縫隙，生產過程中受到溫度、壓力影響，應力加劇，最終發生燒穿。

3）噴槍長度、角度不正確，直接吹掃直吹管鋼套。噴煤槍是高爐風口工作條件最惡劣的部件[2]，在高爐富氧狀態下，噴煤槍前端存在一個局部的富氧區和旋流區。隨著噴煤比和富氧率提高，旋流數增大，富氧區域越靠近煤槍，煤槍損壞速度越快。噴煤槍由槍孔插入，受插槍深度的影響，噴槍位置不在風口小套中心，出槍的煤粉直接吹掃到鋼套，或者煤槍被磨爛后，部分煤粉在噴槍頭部位聚集、結焦，達到一定量后急劇燃燒，造成該部位溫度迅速上升，導致直吹管前端燒穿。直吹管的噴槍管夾角為9°～11°，噴煤槍位置插不到風口前端的中心線，噴煤槍被迫在直吹管前端頭部位拐彎防止煤粉磨損風口小套。當噴煤槍槍管耐熱耐磨性能不足時，噴吹煙煤時容易結焦堵煤造成噴煤槍嚴重氧化燒爛。另外煤粉中含有小部分的煤矸石顆粒，很容易在噴煤槍打彎處磨損并泄漏煤粉燃燒，造成直吹管前端頭燒穿。

4）直吹管前端鋼套冷卻強度不夠，焊縫開裂。九號高爐使用的直吹管前段是水冷鋼套，鋼套和直吹管焊接在一起，鋼套內部通水冷卻，水質不好或是水壓降低會影響冷卻強度，當焊縫開裂時或是當冷卻強度不夠時，極易出現發紅、燒穿情況。

5）處理異常爐況時。高爐復風時采用堵風口作業，堵風口炮泥在直吹管內沒有進入風口，開風后煤氣倒流。爐況難行，導致懸料及自動來渣，嚴重崩料、坐料，液態渣灌入直吹管發生燒穿。

本次九號高爐直吹管燒穿，從現場情況分析，直吹管前端燒損約800 mm，風口小套完好，二套沒有漏水，但內側右偏下燒損約300 mm×50 mm 凹槽，燒損部位距二套與風口接觸面130 mm，正好與直吹管前端鋼套焊縫處吻合，判斷為直吹管前端鋼套焊縫開裂引起[3]。在發生燒穿事故后，迅速對高爐采取控制措施，沒有造成更大的損失。為避免類似事情再次發生，結合生產實際制定出了針對性的預防改進措施。

4 預防改進措施

1）規范安裝工藝，避免出現漏風。在實際生產過程中，安裝直吹管的步驟主要包括：移動直吹管，使直吹管前端出風口外球密封面抵住風口小套后端內球密封面；拉起直吹管，使直吹管的上法蘭與送風管的下法蘭對接，將銷軸穿入對應的螺栓孔，然后將銷子穿入銷軸，然后打緊固定，使直吹管與上送風管緊緊地固定連接。直吹管下部用張緊拉絲與爐殼連在一起，然后緊固。受溫度、壓力、熱壓力變形等因素影響，直吹管的上法蘭與送風管的下法蘭對接難度非常大，必要時可調整拉桿，使兩個法蘭面對正，如果直吹管中心和風口小套中心沒有對正，兩個部件的球面接觸位置就會產生縫隙，出現漏風現象，為燒穿留下隱患。所以，安裝步驟要正確，緊固要嚴密，避免出現漏風現象。

2）澆筑耐材合格，澆筑質量合格。澆筑直吹管時采用高質量的澆筑料，澆筑過程中應優化澆筑工藝，提高澆筑質量。九號高爐的直吹管是與其他送風裝置一起招標進廠，要求供貨商保證澆筑質量滿足生產要求，內襯耐材澆注必須一次成型，保證耐材不脫落，內襯表面光滑，密實度達標，不存在局部裂紋及空洞，耐火材料澆注后，嚴防受潮和碰撞。

3）噴槍位置安裝適宜。九號高爐使用的噴槍材質為310S 不銹鋼材質，管壁厚3 mm，內徑14 mm，槍身長度2 100～2 500 mm，各處管徑統一，噴煤槍由槍孔位置插入，槍頭伸入風口小套，距離前段插入深度380～410 mm，適當調整煤槍前段頭部，使其處于風口小套通道中心，使噴槍吹出的煤粉硫位于中間位置。并對噴槍實施壽命管理，定期進行更換。

4）強化直吹管的冷卻，實施直吹管壽命管理。九號高爐使用中壓水對直吹管前端實施冷卻，中壓水壓力為0.55 MPa，直吹管上進出冷卻水管采取斜轉彎設計，有效降低轉彎部位的高度，避免與風口小套的進出水管產生擠靠，影響安裝效果。通過添加藥物對水質進行控制，水中懸浮物質量濃度11 mg/L 左右，鈣硬度+總堿度在75 mg/L 左右，滿足實際生產要求。對于直吹管的使用，按壽命周期進行管理，利用檢修或者其他休風時間進行更換。

5）處理異常爐況時做好監護。高爐爐況出現異常，在處理異常爐況過程中，做好爐前風口、直吹管的監護工作，由配管、副工長定期巡檢，發現異常情況，及時采取應急措施。

6）加強日常點檢維護。建立直吹管的管理臺賬，包括進廠日期、外觀質量、技監部探傷質檢單、直吹管編號情況等信息。日常生產過程中做好巡檢工作，嚴格點檢標準，每4 h 點檢1 次，每班點檢2 次；彎頭、直吹管溫度控制要求為≤350 ℃，直吹管溫度超出350 ℃時，必須對高溫點進行吹氮氣降溫，點檢頻次改為每班平均3 次。溫度超出380℃時，除氮氣冷卻外，每2 h 有針對性地點檢1 次，做好點檢記錄，必要時派專人監護；彎頭、直吹管表面溫度超過400 ℃時，必須休風更換，做到對直吹管的運行情況跟蹤及科學維護使用。

5 結語

直吹管燒穿不僅會對高爐經濟技術指標造成影響，還可能會引發安全事故，造成更大的損失。所以，要加強對直吹管預防措施和使用過程管控，避免發生燒穿問題。

從引發直吹管燒穿的原因入手，通過提高安裝、澆筑質量、科學使用、加強日常巡檢、建立臺賬等措施，對直吹管的使用形成閉環管理，達到了安全使用的目的。