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魔鬼高炉人性化

李安宁

摘  要  本文探讨了地球和高炉的人性和魔性，提出了一些解决办法，希望与读者交流。

关键词  魔鬼高炉  事故教训  地球旋梯  人造地球行星

 

1简介 

在非洲刚果（金）（全称：刚果民主共和国）北基伍省省会戈马市（Goma）以

图1  尼拉贡戈火山  

北10公里，南纬1.52°，东经29.25°，有一座火山，名叫尼拉贡戈火山（图1）。海拔3469m，是非洲中部维龙加火山群中的活火山，也是非洲最危险的火山之一^[1]。1977年尼拉贡戈火山喷出时，形成了一个直径2000米的火山口，深244米，底部有熔岩平台和一个活动的熔岩湖，如图2。这个熔岩湖也有人形象的把他叫做魔鬼高炉。

 

图2  魔鬼高炉

从高炉工作者的角度来看，天然的魔鬼高炉好像是地球魔性的表现。作为高炉，他只有一个炉缸，也就是熔岩湖。熔岩湖中我们看见的熔岩，不是铁水而是炉渣。熔岩下连着地心。根据资料记载，这个熔岩的液面是不固定的。有时还会喷发形成火山。1977年1月火山喷发，在近半小时内，共造成约2000人死亡。另据报道，2002年1月17日尼拉贡戈火山喷发，当时，居民没有发现火山喷发的任何征兆。喷发出的岩浆不是从火山口流出的，而是从山坡上的三个裂口流出，1～2 m 高的岩浆流吞没了整个小镇，毁坏了附近的14个村庄，造成至少147人死亡，多人受伤，约3 5万人受到影响，3万人居无定所，12500个家庭被毁。这也许是把熔岩湖叫做魔鬼高炉的原因之一吧！

与炼铁高炉比较起来，他们都具有两重性，即人性和魔性。当炼铁高炉表现为人性时，是温柔的。炼铁的技术人员把她比喻成娇嫩的淑女，一会儿冷了，一会儿热了，不好伺候。炉前工的情感则粗犷一些。一次炉前工交接班会，夜班炉前工对白班炉前工说：“本班炉凉，铁不好出，捅了一夜铁口，累得够呛。”白班炉前工面带微笑的说：“捅了一夜，累得够呛，那还叫爷们。”交接班的全体炉前工都哈哈大笑。一般按炼铁生产规律办事，高炉是比较温顺的。反之，高炉的魔性就会发作，酿成事故。例如，南钢股份公告“10·5”重大安全事故就是如此。2011年10月5日上午7时30分左右，公司炼铁厂根据已制订的5号高炉停炉方案和应急救援预案，开始对5号高炉预休风做停炉准备工作。预休风期间，拆除了炉顶大放散阀和煤气取样管，安装了炉顶打水装置。割开了残铁口处炉皮，并取下残铁口处冷却壁，同时对5号高炉界区内净、荒煤气及高炉富氧等设施进行安全处理，并与公共部分管线隔断。11时37分左右开始复风；11时45分左右，高炉中的残铁流出，致使在炉基处工作的13人中的12人死亡，1人受伤的重大安全事故发生。使炼铁行业由科研推动又回到事故推动上去了。

2 事故教训

从高炉炼铁的历史来看，像这样血的教训是够多的了。这次事故发生后，国家安全生产监督管理总局在其官方网站通报了重大事故相关情况。据初步分析，事故原因为炉缸内部碳砖受侵蚀变薄，在对其强度检测和论证评估不充分的情况下割开了残铁口处炉皮，复风操作使炉内压力升高，导致铁水击穿炉壁流出^[2]。

本人认为，从技术层面来分析原因如下：

㈠操作错误。例如，鞍钢炼铁厂工艺技术工程明文规定，在预休风时，要焊补炉皮。为什么要焊补炉皮呢？主要是防止煤气泄漏。但是南钢股份公司炼铁厂在预休风时，“割开了残铁口处炉皮，并取下残铁口处冷却壁，”人为地破坏了高炉的密封性，是操作错误，为事故制造了隐患，是发生事故的必要条件。

㈡管理失误。表现在复风时要通知炉基处工作的人员暂时撤离，待安全员确定残铁口处无煤气泄漏之后，才能让工作人员进残铁口处工作。如果这样做了，就不会造成这么多人死亡。但是复风时在管理上没有发出撤离通知，为事故制造了充分条件。

㈢缺乏有关高炉煤气方面的安全知识和安全教育。表现在事故发生前，有8分钟的时间，残铁口处有经验的工作人员应能感觉到煤气泄漏；另外事故发生后，公司公告的是高炉中的“残铁流出”，国家安全生产监督管理总局在其官方网站通报的是“铁水击穿炉壁流出”，对煤气的行为只字未提。因此，这些“公告”与“通报”与重大事故都对不上号，实际应是瓦斯爆炸。爆炸的物理过程：一是煤气泄漏与积累；二是铁水跟进与点火；三是爆炸。因此，铁水在事故中的作用，既不是“流出”，也不是“击穿”，而是“点火”。

从大环境来分析，体现了高炉不跟形势的魔性。近年来，炼铁行业发生了两件大事，一是，首钢搬迁，折除高炉。另一是，高炉炼铁进入到高增长的大发展时期，面临着产能过剩，环保，铁矿石涨价等诸多问题。为此，实施了“淘汰落后产能”政策，把小高炉列为淘汰对象。事故是发生在淘汰落后产能的过程中，公司炼铁厂已制订了5号高炉停炉方案和应急救援预案，为什么事故还是发生了呢？

首先要质疑的是，小高炉是不是落后产能？小高炉当然不是。这只要从我国生铁的总产量中就可看出，大、小高炉生产的都是合格、优质生铁。不是为什么还要遭淘汰？这是因为有人在搞行业歧视。其表现是在利益分配时，往往只把小高炉当分母，而不能当分子；并且罗织各种罪名对其进行淘汰，所以，淘汰中偶然出现的事故有其必然的规律。国家安全生产监督管理总局分析此次事故是“检测和论证评估不充分”。其实这种“检测和论证评估不充分”的事，在制订“淘汰落后产能”政策时就已经存在了。现在事故发生了，就应该好好地检讨一下淘汰小高炉的政策。

其次，分析事故原因为炉缸内部碳砖受侵蚀变薄，但是碳砖还剩多少，没有直接的检测办法。因此，国家安全生产监督管理总局在事故分析中说的，“对其强度检测” 不充分就值得质疑。他们是用什么办法对碳砖受侵蚀后的强度进行检测的呢？

第三，要质疑的是“淘汰落后产能”的办法是“上大压小”。这样的办法过于简单和粗暴。据了解，南钢股份炼铁厂5号高炉于1998年建成投产，2006年停炉，2007年6月19日大修后开炉。炉容为402立方米，年产能为50万吨，高炉设有14个风口和1个出铁口，采用碳砖+陶瓷杯水冷炉底结构以及PW无钟炉顶上料方式。高炉利用系数在3.5以上，在技术上是较先进的小高炉。既然要将其淘汰，安全上就应该负责任，有保证。可是在“淘汰落后产能”的办法中却没有建立严格的检修制度，也没有直接检测碳砖厚度的办法，使得防范重特大事故发生和应急救援的预案很空洞。所以事故就发生了。

第四，高炉是“铁魂”寄托的地方，首钢在污染可以治理的情况下，以搬迁的名义折除了高炉。由于示范效应，也就有跟风折除高炉的。这样“铁魂”就无处安身，还不到一年的时间，高炉的魔性发作，开始闹事了。

如果我们把视野放宽点，高炉的魔性早在2010年京唐1号高炉上就表现出来了。该高炉炉容5500m³，单日产量最高达到13500t，可是好景不长。

3月31日高炉大停电造成大灌渣：

4月15日热风环管跑风被迫停风；

5月  8日炼钢电缆着火突发事故，无计划停风180h28min；

7月  6日停风8h41min处理4^#热风炉支管波纹管；

经过这么一番折腾，高炉得不到善待，炉况不顺，利用系数由3月份的2.37降到12月份的1.304。从此踏上了“大高炉低系数操作”的漫漫长路。

这些都说明事故发生与高炉的魔性有关，与炼铁的大环境有关。

3 评长钢9号高炉强化冶炼生产实践^[3]

长钢9号高炉炉容1080m³，是1000m³以上级的大高炉。2011年5月利用系数达到3.510t/(m³.d)，无疑是一项重大技术进步。说明高炉强化潜力很大，目前还看不到极限。长钢9号高炉强化的经验是：加强燃原料管理，优化高炉基本操作制度，高风温富氧大喷吹，高顶压，加强炉前及设备管理等等。这些说明高炉强化是一项综合技术。强化的基本意思就是增产、降焦。

曾经有许多高炉工作者探究过强化高炉冶炼的因素以及存在限度的问题。一种意见认为：“限制高炉强化的气体力学因素，归根结底是高炉内煤气的通过能力^[4]。”为此提出了高炉炉腹煤气量指数的概念，并做了一番统计，发现“各厂高炉单位炉缸断面积通过的炉腹煤气量比较接近，亦即在相同条件下，炉腹煤气量指数相当接近，一般为58～66。”可是，长钢9号高炉在强化期间，炉腹煤气量指数从76开始，不断提高到86.。远远超过了统计值。限制高炉强化的因素，高炉内煤气通过炉腹的能力，就这样一次又一次被突破。同时燃料比只有525kg/t，也是较好的。说明58～66还不是强化高炉冶炼的限度。由此可见，单方面强调气体力学因素，并以此设限对高炉发展是不利的。

另一种研究强化的意见认为，“长期以来，中国高炉提高单炉产量都是以提高冶炼强度作为手段^[5]”。按照冶炼强度的定义：单位炉容、单位时间所燃烧的燃料量。可见冶炼强度与单炉产量没有直接的关系。但是经过公式推导后，冶炼强度与燃料比和单炉产量就挂上钩了，推导出的公式如下：

P（单炉产量）= I（冶炼强度）×V （炉容）/K（燃料比）…………（1）

在讨论提高单炉产量时，按照（1）式去思考，一是扩大炉容，搞大型化；二是提高冶炼强度；三是降低燃料比。不过有人却说“今后较长一段时间内，为提高单炉产量，应维持原燃料等操作条件允许的合适冶炼强度，通过大力降低燃料比，实现单炉产量的提高。”力图引导人们在讨论问题时，不谈高炉炼了多少铁，而只谈高炉烧了多少焦炭，同时假定冶炼强度不变，结果是燃料比越低，单炉产量就越高。这种意见与长钢的经验是矛盾的。矛盾的关键点就是把利用系数抛到一边不谈。从高炉工作者的观点来看，高炉是炼铁炉，而不是燃料燃烧炉。在建炉前就要考虑炉子能出多少铁，吨铁的利润是多少，投资多长时间能回收。炉子建好后就要迅速达产，就要强化，提高利用系数。然后是节能降焦，创造较好的技术经济指标。所以长钢在高炉点火投产、达产达效后，就把提高高炉有效容积利用系数作为攻关课题。表1为长钢9号高炉主要技术经济指标及操作参数，由表1可见，强化的结果并不是“维持允许的合适冶炼强度”，而是：高冶炼强度，高利用系数和维持允许的合适燃料比。

        表1 长钢9号高炉主要技术经济指标及操作参数

 

时    间	利用系数       t/(m3.d)	焦比kg/t	煤比 kg/t	燃料比 kg/t	综合冶强t/(m3.d)	风量 m3 /min	风压 kpa	顶压kpa	风温℃	富氧量m3/h
2010第一季度	3.153	305	184	522	1.646	3238	327	180	1215	5100
2010第二季度	3.153	305	184	522	1.646	3238	327	180	1215	5100
2010第三季度	3.098	331	198	557	1.726	3328	345	192	1207	5000
2010第四季度	3.135	314	188	534	1.674	3268	333	184	1213	5500
2011年1月	3.484	316	180	515	1.794	3490	352	200	1185	6500
2011年2月	3.463	320	179	518	1.794	3487	350	200	1173	5500
2011年3月	3.399	324	181	524	1.781	3510	350	200	1162	5500
2011年4月	3.386	324	186	528	1.788	3489	351	199	1147	5500
2011年5月	3.510	318	186	525	1.843	3470	359	200	1155	6000

第三，新技术的应用是强化的重要手段。这里说的新技术就是富氧。更确切的说是富氧的装备和程度。长钢9号富氧率为2.6%，不算太高，这可能与制氧机的能力有关。武钢7号高炉炉容3200m³。强化期间，富氧率提高到5%以上，燃料比低至471.6 kg/t。由此可见长钢9号还有强化潜力。经验指出，随着富氧率提高，风口理论燃烧温度也会提高。为维持合理的理论燃烧温度，同时降低焦比，就要提高喷煤量。但当煤比达到180 kg/t的水平时，再提高煤比，效果就不那么好了。本人认为，为了进一步强化高炉，应建造大型制氧机，富氧率应进一步提高，并结合叶渚沛的三高理论展开科技攻关。固定风温，固定高压，固定煤比，专门寻找富氧率与湿份的关系。1965年叶渚沛在进行第二次试验时，炉顶压力最高达到2．8千克／平方厘米，风温最高达到1250度（℃）、鼓风湿度最高达到50～60克／立方米，利用系数最高达到6．4吨／立方米·日。

     叶渚沛后，炼铁界花了很多时间将科研成果转化为生产力。但就其水平来说还差一大截。因此炼铁科研落后可能是造成首钢搬迁拆除高炉的原因之一。

4 后首钢时代

    我国高炉炼铁的发展应归功于政策、市场、科技三大因素。具体体现在首钢高炉易地大修上。1979年12月15日，首钢二号高炉易地大修改造工程竣工投产，成为我国第一座现代化的高炉。从技术上来说首钢二号高炉改造工程是新建。如果叫新建，国家就得拿钱。但是国家不想拿钱，而要首钢自己拿钱。正好首钢首先完成了从计划经济体制向市场经济体制的转变。国家权力下放，特别是推行财政大包干制度，大大增强了首钢的财政和财力。本来是新建了一座高炉，由于首钢财权在握，就把新建改成了“易地大修”。这样高炉发展和改造的资金就有了出路。以前炼铁界把这当成一条成功的经验加以推广。现在看来“易地大修”是在说假话。虽然首钢曾经是世界上唯一在首都建设的大型钢铁企业。交错的铁轨、巨大的高炉、形态各异的厂房，诉说着90年的钢铁历史，“是中国从农业社会向工业社会发展的有力见证者。”^[6] 2001年以来，首钢累计投入资金12.06亿元，完成环境治理项目155项，停止了部分工厂和设备生产，大幅度减少了污染物排放；2007年与2001年相比，二氧化硫、烟尘、粉尘排放总量分别降低54.6%、45.6%和45.2%，化学耗氧量降低91.2%，石油类降低95%，吨钢综合能耗从883.5千克下降到658千克，吨钢耗新水从8.51立方米下降到4.31立方米，节能减排指标均达到国内先进水平。证明钢铁行业的污染是可以治理的。但是由于把新建2号高炉改成了“易地大修”，说了假话，缺乏诚信，所以到头来首钢的高炉没有保留住，而是全部拆除了。

首钢通过搬迁拆除了高炉，没有高炉生产的首钢对中国炼铁意味着什么？有一种意见认为是行业歧视。主要的理由是：高炉的污染是可以治理的。高炉能治污，为什么还要把它拆除呢？说明有些人在搞行业歧视，而这种行业歧视得到了政策的支持，所以首钢高炉就被停产拆除了。因此在行业歧视的大环境中，要发展高炉生产会遇到前所未有的阻力和困难。其中最主要的困难是舆论的压力和行业内不知道怎样做才能改变歧视的现状。舆论的压力，耳熟能详的有：高矿价，产能过剩，环境污染。不知道怎样改变歧视现状主要表现在淘汰落后产能上。小高炉被舆论成落后产能，武安市某公司便淘汰了三座小高炉，总炉容500多立方米。同时又新建了一座1000立方米级的大高炉，使本来过剩的产能又增加了点。怎么做都不符合政策的要求。其困难可见一般。

怎样解决发展高炉生产遇到的阻力和困难，应该是后首钢时代所面临的任务。另外，过去的钢铁时代渐渐在向低碳经济时代转变，高炉生产面临的任务也将会由单一生产钢铁产品而向产品多元化转变。高炉生产既要克服阻力和困难，又要迎接新的任务。从大的方面来说，还是要从政策、市场、科技三方面想办法。首先要使这三方面形成共识。例如在节能、减排、环保、增效、创收的目标上是有共识的。另外要也要承认差异。具体表现在实现上述目标的方法，观点、立场上。

1，在产能过剩上，市场上很讲究供求关系，一般求大于供时，产品能卖个好价钱，便拼命的组织生产；当供大于求，产品卖不出好价钱，就嚷嚷产能过剩。科技上讲究的是发展生产力。生产力越发展社会就越进步，物质也就越丰富，当物质极大丰富时，人类就进入科学共产主义时代了。所以市场上说的产能过剩，实际上是生产力发展的一种表现。特别是钢铁产品，它是一种可贮备战略物质，当贮备越来越多的时候，钢铁就会堆积成山。人们都知道，现在矿山都在涨价，难道铁山就不会涨价吗？有人想通过市场调节来控制生产力，人们将拭目以待。

2，在淘汰落后产能上，政策认为小高炉是落后产能。科技认为小高炉利用系数高，产品质量好，小高炉使用汽化冷却利于节能，它成本低，效益好，万吨生铁就业率高，所以它不是落后产能。政策上采取“上大压小”的办法来淘汰小高炉，适得其反。不但没有控制产能，产量反而年年增长。

所以，为了发展炼铁生产，就需要在一些重大原则性问题上产生共识，一旦共识产生，解决问题的原则和办法也就随之产生了。对发展高炉生产来说，总原则还是要坚持发展高炉生产的总路线，即强化、大型化、智能化、连续化直接炼钢、绿化（或叫清洁化生产）、管理精细动态化、产品多元化、工业旅游化。

具体办法是：

1，高炉强化实验要向更高、高强发展。

2，大型化并不是高炉越大越好，应把作力点放在高炉装备水平提高上。

3，高炉直接炼钢应立项研究。

4，用分子筛筛分高炉煤气中的CO₂制造干冰，发展低碳经济，实现高炉产品多元化。

5，建造“地球旋梯”，为钢铁产品开拓新的市场。建一个100米深，双向10车道的地球旋梯需要钢材9万t，地球平均半径6,372.797 km，如果要从地表挖到地心，钢材需要量是很大的。这是一个大的钢铁需求市场。

因此，我们不能满足只在地球表面找矿，而应向地球的深处发展。整体估算，地球化学组成的重量百分比为：铁34.6% ，氧29.5% ，硅15.2% ，镁12.7% ，镍2.4% ，硫1.9% ，钛0.05%。所以从理论上来说，只要往“地心”挖，就有取之不尽的钢铁。目前的海底钻探行动连地壳都尚未钻穿。说明用钻探的办法是无法进入到地核的。如果采用双向10车道的“地球旋梯”进入“地心”，还是可以期待的。

为了达到这个目的，应将“深挖洞、广积粮、不称霸”的口号，发展成“深挖洞、广积粮、冷冶金、不称霸，建房、筑路为人民” 的千年发展计划，指导今后的工作。

形象的说，自然的地球就像一座高炉，人们都生活在高炉的渣皮上，由于渣皮不稳定，就会发生高炉烧穿，对地球来说就是火山爆发，显示出地球的魔性。因此，自然的地球并非完美无缺，他也需要改造，通过建造“地球旋梯”的办法，实现地球板块结构重组；又通过高炉汽化冷却，进行冷冶金，一方面生产钢铁，另一方面利用地核的能量。这样就能将地球改变成人造地球行星，魔鬼高炉也就人性化了。

 

参考资料：

[1] 尼拉贡戈火山 http://baike.baidu.com/view/432171.htm

[2] 南钢铁水外流致12死1伤 初查因设备检测评估不足 来源：中国新闻网 2011年10月12日

[3] 延志强等 长钢9号高炉强化冶炼生产实践 炼铁，2011.（5）：41～44

[4] 项钟庸  以高炉炉腹煤气量指数取代冶炼强度的研究  发表日期：2008年1月14日

[5] 杨天钧 左海滨 中国高炉炼铁技术科学发展的途径. 钢铁，2008，（1）：1～5

[6] 首钢将成北京特色旅游集聚区  北京频道( 2009-08-21）稿件来源：北京日报