新3号高炉是某钢容积较大，工艺最先进的大型高炉之一，整个系统采用了多项国际先进的炼铁技术和装备。高炉、热风炉、运上料系统采用国际先进的集散控制系统;先进的环保除尘系统;除盐水闭路循环冷却系统;炉缸、炉底高导热碳砖结合大块陶瓷杯结构;炉体铜冷却壁、铜冷却板结构;无料钟炉顶技术;茵芭水冲渣处理系统;配套建设4座外燃式煤气、空气双预热热风炉，设计有效容积3200m3，日产生铁7500吨。

2005年12月28日一次送风投产，之后顺利达产，但于2008年8月25日满负荷生产时发生炉缸烧穿事故，所幸未造成人员伤亡，但带来巨大经济损失。虽经采用钒钛矿护炉和增加冷却流量等补救措施维持生产，但效果不理想，炉缸碳砖温度仍继续升高，为避免发生恶性烧穿事故，2010年3月12日大修砌筑炉缸碳砖。新3高炉一代炉龄4年零3个月(高炉各项经济技术指标见表1)。这次烧穿事故是一起典型的生产过程中炉缸烧穿事故，故对整个事故过程、处理、原因调查等作以详细介绍，供大家参考。

表1新3号高炉各项参数

1、新3号高炉炉缸基本情况

新3号高炉设计之初的目标是在不进行中修的前提下一代炉龄达到15年，很显然未能实现设计目标。炉缸为美国UCAR小块碳砖，外侧为5段光面铸铁冷却壁。炉缸铁口区域环境最恶劣，对炉缸侵蚀最严重，故在铁口区域设6块异型铜冷却壁，增强铁口区域冷却强度。为满足炉腹及炉身高强度冷却需求，炉腹下层为四层铜冷却板，炉腹上层至炉身下部三层铜冷却壁。吸取鞍钢多年生产实践经验，鞍钢进一步优化设计炉型，增加死铁层深度至2801mm，以期降低炉缸内铁水环流对碳砖的物理侵蚀作用，具体炉体结构参数见表2。

表2新3号高炉各项参数

(1)炉底碳砖结构

新3高炉底为5层满铺碳砖，从下至上第1层为高导热石墨碳砖，第2层及第3层为半石墨碳砖，第4层与第5层最外环砌筑小块UCAR碳砖，其余区域为国产微孔碳砖，在第5层碳砖之上砌筑厚度为800mm陶瓷杯垫。

(2)炉缸碳砖结构

从炉底第5层碳砖上到铁口上部砌筑52层UCAR小块碳砖，铁口区域全部采用NMD砖，剩余区域外侧为NMD砖、内侧为NMA砖。铁口侧砖墙厚度1914mm，非铁口侧砖墙厚度999.8mm，从第53层到第62层环炭为国产SiC砖，在炉缸内侧砌筑1层厚度为360mm陶瓷杯。

(3)软水冷却系统

3高炉冷却水系统为并联除盐水密闭循环系统，冷缺系统采用分段冷却方式，分为Ⅰ系统和Ⅱ系统两个系统。Ⅰ系统共设两层，一层为炉底水冷管供水，另一层为风口二套供水。Ⅱ系统分为二层，一层为炉缸冷却壁供水，共分5段冷却壁，设计冷却水流量1250m3/h。二层为炉腹以上冷却设备供水，设计冷却水流量3700m3/h。在发生炉缸烧穿事故后，新增加一路炉缸供水管，使炉缸冷却水量增加到2800m3/h。

2、新3号高炉烧穿事故介绍

(1)事故经过

2008年8月25日20:30分，3高炉正常生产，炉内各项操作参数正常，炉前2#铁口正在进行出铁作业，突然发生巨大爆炸声音，将主控室玻璃全部震碎，经确认后为4#铁口下方炉缸处烧穿。当班工长立即将高炉紧急休风并组织人员撤离高炉区域，上报火警。由于发生事故时为夜间，高炉区域无外单位人员作业，同时人员撤离及时，所幸未造成人员伤亡。

共有20余辆消防车赶到现场，进行紧急灭火作业，但由于现场火势较大，直到次26日5:40左右才扑灭现场火灾。现场确认安全后，检查发现4#铁口下方炉缸烧穿，同时喷出大量渣铁及炉内积料。烧毁新2、新3高炉共用电缆隧道在事故发生区域的全部电缆。同时烧损出铁场天棚、4#炉前开口机、泥炮、东场及北场吊车、炉前休息室、电梯等设备。净水循环泵站断电，供水降压，造成新2号高炉、新3号高炉鼓风机停风，新2号高炉大面积灌渣停产。两座高炉冷却水全部停供，新3号高炉炉体供水环管在4号铁口区域部分的全部烧损。

烧穿部位在4号铁口正下方，距铁口中心线下2.2m，(高炉死铁层是2.8m)炉缸2段冷却壁32~33号冷却壁处。事后统计，炉缸烧穿后跑出渣铁约900吨，炉料约2500吨，清净渣铁后烧穿部位尺寸为500mm×2000mm，所幸未造成人员伤亡。图1为烧穿位置的示意图。

图1新3号高炉烧穿位置

(2)应急救援工作

首先进行灭火工作。由消防部门负责，高炉负责人员疏散及其他配合工作，防止次生灾害发生。

然后恢复供水，保证其他设备冷却。净环泵启动应急柴油泵恢复风口、鼓风机冷却供水;迅速从烧结变电所引电缆供电;调用柴油发电机等供高炉闭路循环泵站供电，恢复高炉冷却供水;迅速恢复新2号高炉冷却供水;新3号高炉冷却水环管烧坏，闭路循环无法运行，改用工业水，炉顶回水管用于进水，已烧坏的环管为排水口，以直排方式进行冷却。

恢复新2号高炉生产。组织更换灌渣的风口，处理6h后恢复生产。制订新3号高炉抢修方案，清理现场后决定采取挖补法修复。

(3)修复经过

现场积料清理(25/8-20:30----28/8-7:00，共58.5h)利用挖掘机或直接由人工进行挖掘作业，将现场残留渣铁及积料清理干净，将需要抢修的炉缸部位完整漏出，具备抢修施工条件。

烧损部位清理(28/8-7:00----30/8-16:00共57h)割除烧穿区域损坏的5块冷却壁，并清理烧穿部位的残渣、炉料，抠除部分烧损碳砖，露出砌筑接口。

烧损部位砌筑(30/8-16:00----02/9-15:00共71h)利用工程剩余的UCAR碳砖重新砌筑，特殊区域碳砖现场切割加工合适的尺寸后砌筑，采用炭质泥浆封堵碳砖缝隙。总计砌筑11层，449块碳砖。

施工部位安装冷却壁、试水(02/9-15:00----6/9-15:00共96h)按图纸重新制作5块铸铁冷却壁，安装焊接后试水。

高炉装料及送风前准备(6/9-15:00----7/9-04:00共13h)按实际料线深度及技术规程，算出装料负荷，进行装料。各系统单独试车、各系统联合试车，各系统风、水、电、气带负荷运转。

高炉9月7日恢复生产，经过10天左右的调整，利用系数达到2.0t/(m³·d)。其后一直保持在这一冶炼强度水平，直到2010年3月12日停炉进行炉缸大修。

(4)恢复生产后采取的改进措施

①强化炉缸冷却强度。由于涉及冷却强度偏低，为维护炉缸安全，采取了以下措施提高冷却强度：

原设计除盐水闭路循环水泵为2工2备，先期改为3工1备，是炉缸冷却水流量有12000m3/h，增加到15000m3/h。

利用生产间隙对闭路循环水泵、炉缸供水管线进行增容改造。水泵流量由2700m3/h，增容到3200m3/h，并新增2条炉缸供水管线，使炉缸冷却水量增加到2900~3000m3/h左右。

对关键区域如铁口下方的冷却壁预先留有高压工业水支管(1.6MPa)。如冷却强度不足时，将每单根水管由软水改为高压工业水，可将单管水流量增加15m3/h，水温差下降0.3~0.5℃。

对铁口区域下方炉壳直接喷洒冷却水进行冷却。

②一旦有机会就对炉缸砖缝进行压浆作业。由于碳砖砌筑和高炉生产过程中存在热膨胀现象，在炉壳与冷却壁之间以及冷却壁与炉缸碳砖之间会产生气塞。一旦冷却壁与碳砖之间存在气塞，会大幅度降低冷却效率，加快碳砖熔蚀。只有消除气塞，冷却系统才能充分发挥作用，将热量传递出去，有利于炉缸部位形成保护渣皮，维护炉缸安全。在压浆作业时须注意以下几方面：

压浆机压力应控制在2.0MPa以下，否则容易造成碳砖内移或冷却壁变形破损。

孔与孔间需保持一定距离，这样能保证对冷却壁强度破坏最少。确定开孔位置时要慎重，尽可能开孔数量做到最少且能反复利用，减少对冷却壁的破坏。

③采用钒钛矿护炉。鞍钢一般选用钒钛球团对高炉进行钒钛矿护炉作业。加入量要保证铁水中的钛含量在0.08%~0.20%之间，这需根据炉缸侵蚀程度进行综合考虑。

④加强炉缸的监测工作。碳砖温度和炉缸各部位水温差的监测，对判断炉缸状况非常重要。新3号高炉原设计碳砖环墙测温点少，关键区域2段和3段冷却壁部位碳砖只有24点，且无冷却水水温差热流强度监测手段。针对这一监测盲区，在炉缸碳砖环墙增设68点双支电偶测温，还增加炉缸水温差监测点136点，实现对碳砖温度和炉缸水温差热流强度的实时监控。

⑤对高炉进行超声波回波检测，确认高炉一周的剩余耐火材料厚度，推算出炉缸内衬轮廓。检测显示该区域没有进一步的异常情况，说明修复工作是成功的。

⑥制订安全生产预案，认真贯彻执行。为了实现高炉安全生产，制订了抢修复产后高炉生产参数的控制范围。严密监视炉缸部位冷却壁的水量、水温差以及碳砖温度、壁体温度的变化，出现异常要及时掌握，逐级汇报，并采取相应的措施。

3、高炉烧穿事故调查结论

对这次事故的原因高度关注，责成炼铁厂和钢铁研究院两家单位共同成立调查组，对炉缸破损原因进行调查。调查组主要调查了炉缸、炉底侵蚀情况、碱金属在炉缸内分布情况、及钒钛护炉效果，得出以下结论：

(1)铁口下方2段冷却壁区域碳砖侵蚀最严重

铁口下方2段冷却壁区域内碳砖侵蚀最严重，但炉缸圆周方向碳砖侵蚀程度不均匀。在1号铁口偏西方向，剩余碳砖最薄处仅为500mm。2号铁口碳砖在拆卸过程中已经被破坏，碳砖侵蚀程度不详。3号铁口方向碳砖残存厚度1870mm。4号铁口偏南侧，在发生烧穿事故后抢修时碳砖砌筑厚度为1000mm，本次破损调查发现剩余碳砖最薄处仅为460mm，18月内侵蚀掉540mm即侵蚀掉54%，侵蚀程度及速度惊人。4号铁口剖面侵蚀轮廓图见图2。

图2 4号铁口剖面侵蚀轮廓图

(2)炉底碳砖侵蚀不严重。

调查发现炉底陶瓷杯损坏较严重，原厚度为800mm的陶瓷杯剩余170~420mm厚。侵蚀未达到滴层碳砖，故全部碳砖保存完整。

国内很多炉缸受铁水环流侵蚀严重的高炉侵蚀位置在距冷却壁2.5~3m的环形区域，炉底侵蚀线呈反锅底形。调查发现3高炉与这些高炉不同，中心区域与环状带侵蚀程度大致相同，侵蚀在400~650mm左右。这应该与死铁层深度有一定联系。

(3)K、Na、Pb碱金属以及Zn负荷不高

通过对炉缸残存物取样化验及日常炉料抽样化验得出：新3高炉钾、钠负荷也处于国内高炉中等水平，铅负荷极低，碱金属综合负荷为2.153Kg/tFe，锌负荷0.277Kg/tFe，在国内也属于中等水平，未见异常。可以认定新3#高炉炉缸侵蚀与碱金属及锌负荷无明显联系。

(4)钒钛矿对炉衬起到了保护作用。

通过取样化验得出从炉腹上部到炉身下部的大块渣皮内都有Ti(C，N)物质。风口到铁口以上区域Ti(C，N)物质含量较少。铁口及以下炉底区域Ti(C，N)物质含量相对较高，Ti(C，N)物质摩尔分数达85%。

使用钒钛矿护炉是国内外高炉常用方法，应该慎重使用钒钛矿护炉方法。目前技术条件下，高炉都存在砌筑砖缝。所以一旦高炉保护砖衬被侵蚀后，就应当在炉料中添加适量的钒钛矿，生成高熔点化合物填充砖缝，防止渣铁渗入。之后定期上钒钛矿护炉，保持高熔点Ti(C，N)物质能持续存在。

(5)铁口下方区域没有稳固渣铁保护层

铁口下方如果有稳固的渣铁保护层，就能防止炉缸碳砖完全暴露在铁水环流侵蚀下，从而起到保护作用。渣铁保护层为炉渣，但炉渣密度远低于炉缸内铁水密度，故炉缸内死铁层越深，越不容易形成保护渣皮。3高炉炉缸内死铁层深度较深，对未形成稳固渣铁保护层有直接影响。

(6)炉缸耐材选择不合理

新3号高炉炉缸结构形式为UCAR小块碳砖及陶瓷杯。其中UCAR小块碳砖导热系数高，而陶瓷杯则导热系数小，保温效果好，致使炉缸热量不能导出，同时冷却效果不理想，因此该结构形式导热与保温理论发生冲突。同时这两种耐火材料间膨胀系数相差较大，同时搭配贴合使用时很容易出现缝隙，缝隙热阻大，不利于热量传递;并且一旦有陶瓷杯损坏，铁水很容易从该缝隙渗入碳砖表面，进一步加剧砖缝扩大，造成恶性循环。故采用UCAR小块碳砖及陶瓷杯结构炉缸设计不合理。