摘  要：高爐爐缸下部特別是象腳區(qū)側(cè)壁溫度過高時，普遍采取封堵高溫點上部數(shù)個風(fēng)口的處理措施。堵風(fēng)口后下部高溫點的溫度會明顯下降。現(xiàn)有理論對這一過程機理闡釋為：堵風(fēng)口以后，冶煉強度降低，鐵水環(huán)流減輕，因此側(cè)壁溫度降低。但是這種解釋顯然與實質(zhì)不符。在此提出對這一最常規(guī)技術(shù)措施機理的質(zhì)疑，并從另一種角度來解釋這一現(xiàn)象，進(jìn)而引申到鐵水環(huán)流、冶煉強度對于爐缸炭磚侵蝕影響的質(zhì)疑，供大家交流探討。

關(guān)鍵詞：側(cè)壁溫度升高  堵風(fēng)口  冶煉強度  鐵水環(huán)流  風(fēng)口燃燒輻射  煙氣對流傳熱

1. 對現(xiàn)有理論闡釋的質(zhì)疑

當(dāng)高爐爐缸側(cè)壁（特別是爐缸下部象腳區(qū)側(cè)壁）溫度嚴(yán)重升高時，高爐操作人員往往都會選擇封堵溫度升高部位上方對應(yīng)數(shù)個風(fēng)口的技術(shù)措施，一般都能夠?qū)崿F(xiàn)快速降低側(cè)壁溫度的效果。

這是一項司空見慣的常規(guī)措施，現(xiàn)有理論對這一過程的機理闡釋為：堵風(fēng)口以后，冶煉強度降低，鐵水環(huán)流減輕，因此側(cè)壁溫度降低。

這一觀念在煉鐵屆根深蒂固，成為共識，幾乎從未聽到過質(zhì)疑的聲音。

側(cè)壁溫度升高，如果封堵對面相同數(shù)量的風(fēng)口，能否實現(xiàn)降低高溫點的側(cè)壁溫度呢？答案顯然是否定的！高溫點的側(cè)壁溫度不但不會降低，反而繼續(xù)升高！（見竇力威先生《高爐爐缸圓周工作狀態(tài)對側(cè)壁炭磚壽命的影響》）

同樣是堵相同數(shù)量的風(fēng)口，同樣降低了冶煉強度，同樣降低了鐵水環(huán)流，高溫點的側(cè)壁溫度為什么不降低，甚至繼續(xù)升高！

顯然，從冶煉強度高低、鐵水環(huán)流強弱的角度解釋這一現(xiàn)象的形成機理是不符合實際的！

由此可以得出如下推論：影響象腳區(qū)側(cè)壁溫度的主要因素不是鐵水環(huán)流；象腳侵蝕的主要因素也不是鐵水環(huán)流和鐵水熔蝕；高冶強造成爐缸壽命縮短，但不是因為出鐵量增加、鐵水環(huán)流加劇造成的，而是高冶強誘發(fā)另外某種侵蝕因素加劇，從而造成爐缸侵蝕加速、壽命縮短。

2. 堵風(fēng)口降低側(cè)壁溫度的機理探討

高爐爐缸側(cè)壁溫度升高后，堵高溫點上部風(fēng)口能夠快速降低側(cè)壁溫度，但堵其他部位相同數(shù)量的風(fēng)口無法降低高溫點的溫度。兩種情況的區(qū)別在于高溫點上部風(fēng)口燃燒情況存在巨大差異，從風(fēng)口燃燒狀況方面入手，也許可以解釋高溫點降溫過程的機理。

2.1  堵風(fēng)口大幅度降低了該區(qū)域的熱輻射

風(fēng)口正常送風(fēng)燃燒時，劇烈燃燒區(qū)域的溫度顯著高于周圍溫度，從而對周圍區(qū)域形成輻射傳熱，風(fēng)口下部爐缸側(cè)壁耐火材料也會受到強烈的輻射傳熱。

輻射傳熱受溫差、間距、輻射角度等因素的影響。正上方的風(fēng)口燃燒對其下部爐缸側(cè)壁的輻射傳熱最強烈，兩側(cè)風(fēng)口的輻射傳熱受到間距、輻射角度的影響顯著降低。

爐缸側(cè)壁溫度升高時，往往采取封堵正上部若干個風(fēng)口的處理措施。這就消除了正上方風(fēng)口的輻射傳熱，兩側(cè)風(fēng)口燃燒的輻射傳熱量比較小，因此相當(dāng)于大幅削減了該部位爐缸側(cè)壁接受的輻射傳熱。因此側(cè)壁溫度應(yīng)該降低。

2.2  堵風(fēng)口降低了該區(qū)域的對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱

堵風(fēng)口以后，該區(qū)域的燃燒幾乎停止，但上部落下的焦炭仍然源源不斷，因此該區(qū)域的焦炭不斷積累，渣鐵液面以上焦炭厚度不斷增加，直到達(dá)到一種平衡狀態(tài)，焦炭厚度達(dá)到最大值。

焦炭厚度增加，一定程度遮擋了爐缸側(cè)壁，大幅降低熱煙氣對該區(qū)域爐缸側(cè)壁的沖刷和對流傳熱。

焦炭厚度增加，相當(dāng)于增加了熱阻，爐缸側(cè)壁接收的熱煙氣的傳導(dǎo)傳熱量也降低了。

焦炭厚度增加遮擋爐缸側(cè)壁，也同時削弱了兩側(cè)風(fēng)口的輻射傳熱。

2.3  堵風(fēng)口降低其下部爐缸側(cè)壁溫度是傳熱量顯著減少的結(jié)果

基于上述分析可以看出，堵風(fēng)口以后，其下部爐缸側(cè)壁接收的輻射熱大幅降低，接收的熱煙氣的對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱也相應(yīng)減少。在冷卻強度、爐內(nèi)鐵水傳熱等因素相對穩(wěn)定的情況下，爐缸下部側(cè)壁溫度降低是一種合理的結(jié)果。

2.4  堵風(fēng)口造成對面?zhèn)缺跍囟壬叩臋C理

堵風(fēng)口治理爐缸側(cè)壁溫度升高時，冶煉強度降低，單位時間內(nèi)加入的焦炭及噴煤量相應(yīng)減少。

堵風(fēng)口后，對應(yīng)的風(fēng)口噴煤中止，但是該部位仍然有焦炭從上部落下。由于該部位燃燒中止，這些焦炭就不斷富集、不斷積累。

入爐焦炭量對應(yīng)于高爐供風(fēng)量，被堵風(fēng)口區(qū)域焦炭過剩富集，其他風(fēng)口區(qū)域的焦炭就相應(yīng)有所欠缺。根據(jù)爐缸圓周工作均勻性，對面風(fēng)口焦炭欠缺量最為明顯。在這種工作條件下，高爐運行一段時間后，渣鐵液面上部焦炭積累厚度出現(xiàn)明顯偏差：被堵風(fēng)口區(qū)域焦層加厚，對面風(fēng)口區(qū)域焦層明顯減薄。

根據(jù)以上燃燒、傳熱分析，焦層減薄以后，該區(qū)域爐缸側(cè)壁承受的輻射傳熱量、煙氣對流傳熱量、傳導(dǎo)傳熱量將增加。因此該區(qū)域爐缸側(cè)壁溫度將有所升高。

3． 引申思考

堵風(fēng)口降低爐缸側(cè)壁溫度是煉鐵屆長期以來采取的常規(guī)技術(shù)措施，效果明顯，司空見慣。探究其形成機理貌似沒有多大意義。但是通過重新探索這一技術(shù)常識的背后機理，對于我們認(rèn)識冶煉強度及鐵水環(huán)流對象腳侵蝕的影響、客觀認(rèn)識鐵水環(huán)流理論的正確與否，具有重要意義。

3.1  業(yè)界過分夸大了鐵水環(huán)流對于象腳侵蝕的影響

業(yè)界把鐵水環(huán)流、鐵水熔蝕作為象腳侵蝕的重要因素，甚至是主要因素。認(rèn)為炭磚侵蝕的本質(zhì)是鐵水熔蝕。認(rèn)為鐵水環(huán)流造成凝鐵層頻繁破壞，進(jìn)而沖刷炭磚、熔蝕炭磚。但有證據(jù)表明，許多炭磚的侵蝕過程中根本沒有發(fā)生與鐵水接觸的情況，炭磚侵蝕是在有保護(hù)層的情況下被侵蝕的，侵蝕因素不是鐵水。

長期以來，業(yè)界一直過分夸大了鐵水環(huán)流、鐵水熔蝕在象腳侵蝕形成中的作用。

雖然無法直觀觀察象腳區(qū)鐵水環(huán)流的破壞能力，但我們可以從鐵水在沙溝的流動情況得到一些啟示。原先出鐵前，在鐵溝中鋪上沙子并整理成沙溝。出鐵時流動的鐵水在沙溝中形成近似半圓形的管狀鐵殼，鐵水在中間部分快速流動。由于流量波動的影響，上表面的鐵殼會出現(xiàn)反復(fù)熔化、凝固的情況，但與沙子接觸的下部鐵殼極少被破壞。

對比沙溝出鐵與象腳區(qū)炭磚的工況條件：沙子是疏松的，沒有強度（抗壓、抗剪能力極低），沒有強化冷卻，導(dǎo)熱系數(shù)極低，鐵水溫度相差無幾，鐵水流速是象腳區(qū)的百倍以上。這種條件下接觸沙子的凝鐵殼能夠穩(wěn)定存在不被快速流動的鐵水破壞，工況條件非常好的象腳區(qū)凝鐵層為什么就被近乎靜止的鐵水沖刷破壞了？象腳區(qū)鐵水流動的剪應(yīng)力近乎為零（計算結(jié)果顯示，還沒有我們鼻孔出氣的剪應(yīng)力大），卻極力夸大它的破壞力！

3.2  業(yè)界應(yīng)該努力走出鐵水環(huán)流理論的誤區(qū)，補齊侵蝕理論的短板

鐵水環(huán)流理論根深蒂固，影響深遠(yuǎn)且廣泛，長期誤導(dǎo)煉鐵屆。象腳侵蝕的治理始終沒有實質(zhì)性改善，就是因為侵蝕理論與實際不符，在此理論指導(dǎo)下的治理措施無異于隔靴搔癢。

如果一直受困于鐵水環(huán)流理論，爐缸長壽只能寄希望于耐火材料性能的突破。

只要采用炭磚耐材，受困于目前的侵蝕理論，爐缸象腳侵蝕就無法避免，將一直困擾煉鐵屆。

鐵水環(huán)流理論建立在錯誤的假設(shè)條件之上，把死料柱設(shè)想成正圓錐形，并且死料柱下沉到象腳區(qū)，這違背基本的浮力學(xué)原理。這種假設(shè)的計算結(jié)果是象腳區(qū)鐵水環(huán)流速度比其它區(qū)域更大。

鐵水比焦炭的密度大得多，即使死料柱是一個穩(wěn)固的整體，在浮力的作用下，正圓錐形的死料柱在鐵水中必然翻轉(zhuǎn)。

死料柱主要是由焦炭組成的，焦炭顆粒之間沒有結(jié)合力，在浮力的作用下，正圓錐形死料柱下部邊緣部分的焦炭必然分散上浮，改變死料柱形狀，形成上部大、下部小的倒圓錐形或者鍋底形。這樣象腳區(qū)的環(huán)流通道就大幅加寬了，計算的鐵水環(huán)流速度應(yīng)該是象腳區(qū)比其它區(qū)域更小。

死料柱的下沉深度很難到達(dá)象腳區(qū)。如果死料柱長期下沉到鐵口以下，出鐵時應(yīng)該頻繁出現(xiàn)卡焦、噴焦的情況。

如果死料柱本來就沒有下沉到象腳區(qū)，那么象腳區(qū)就不存在環(huán)流。

我曾反復(fù)做一些簡單的模擬試驗，結(jié)果如下：

密度較小的固體顆粒，始終無法在密度較大的液態(tài)中形成正圓錐形的組團(tuán)；

即使在容器中放置類似死料柱，從容器標(biāo)高的中間部位出液，容器底部的液體根本沒有出現(xiàn)肉眼可見的環(huán)流。

象腳區(qū)可能根本不存在鐵水環(huán)流；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，對于凝鐵保護(hù)層也不會有實質(zhì)性的破壞能力；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，象腳區(qū)的環(huán)流速度比爐缸中部標(biāo)高段的環(huán)流速度應(yīng)該更小，象腳區(qū)的炭磚侵蝕速度應(yīng)該更慢。

鐵水環(huán)流理論存在明顯缺陷，矛盾重重。

煉鐵屆應(yīng)該走出鐵水環(huán)流理論的死胡同，重新認(rèn)識、探究象腳侵蝕的成因和治理措施。補齊侵蝕理論的短板，實現(xiàn)爐缸長壽的目的。

3.3  探究高冶強造成爐缸短壽的技術(shù)機理有助于找到既提高冶強又不影響爐缸壽命的技術(shù)途徑

高冶強造成爐缸短壽是不爭的事實，但形成機理仍然局限于鐵水環(huán)流理論。認(rèn)為冶強高，出鐵量大，環(huán)流加劇，侵蝕加速，壽命縮短。

鐵水環(huán)流理論的科學(xué)性非常值得懷疑，用這一理論很難正確解釋高冶強造成爐缸短壽問題。

象腳區(qū)可能根本不存在鐵水環(huán)流，冶強增加應(yīng)該只影響爐缸中部鐵口標(biāo)高段。高冶強應(yīng)該是通過其他橋梁媒介作用于象腳區(qū)從而造成象腳區(qū)侵蝕加速。

我提出以下看法，供大家交流：

①  冶強提高，鼓風(fēng)壓力提高，高爐運行壓力提高，串煤氣量增加，由此產(chǎn)生的隱形水產(chǎn)量大幅增加。這部分水分沉積到爐缸下部環(huán)炭冷面，固定侵蝕象腳區(qū)炭磚，造成象腳侵蝕加速；

②  冶強提高，高溫燃燒區(qū)范圍加大外移，爐缸側(cè)壁承受的輻射加劇，側(cè)壁溫度提升一定幅度。側(cè)壁溫度提升使得隱形水與炭磚的反應(yīng)速度加快；初始反應(yīng)位置向環(huán)炭冷面移動，反應(yīng)范圍加大。

以上兩個因素中，隱形水產(chǎn)量大幅增加是主要因素。

基于隱形水侵蝕的技術(shù)觀點，很容易找到既提高冶強又不影響爐缸壽命的技術(shù)途徑。

不要把高冶強造成爐缸短壽看成是一種必然結(jié)果。

3.4  突破現(xiàn)有侵蝕理論的束縛，有利于高爐節(jié)能降本

在現(xiàn)有侵蝕理論的指導(dǎo)下，為了實現(xiàn)爐缸長壽，就需要采購昂貴的“優(yōu)質(zhì)”耐火材料，極力提高冷卻強度，苛求原燃料“質(zhì)量”，約束冶煉強度，頻繁鈦礦護(hù)爐。這些措施大幅抬升了高爐的建造成本和煉鐵成本，而且對爐缸長壽的作用非常有限。

突破現(xiàn)有侵蝕理論的束縛，我們可能發(fā)現(xiàn)如下情況：

國產(chǎn)普通炭磚也能實現(xiàn)爐缸長壽，目前要求的“優(yōu)質(zhì)”耐火材料純屬浪費；

目前要求的冷卻強度極度富裕，加大了高爐能耗；

為了提高死料柱的透液性，減輕環(huán)流而對焦炭質(zhì)量提出的苛刻要求是多余的；

為了減輕有害元素侵蝕爐缸而對煉鐵原料提出的嚴(yán)格質(zhì)量要求是不必要的；

高冶強并不影響爐缸長壽；

鈦礦護(hù)爐不但不必要，而且更容易造成無征兆燒穿。

跳出現(xiàn)有束縛，探究侵蝕機理，接受新的理念，采取新的措施，可以大幅降低高爐的建造成本和生產(chǎn)成本。