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魔鬼高爐人性化
發表時間:[2011-12-09]  作者:李安寧  編輯錄入:[]  點擊數:4915

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魔鬼高爐人性化

李安寧

    本文探討了地球和高爐的人性和魔性,提出了一些解決辦法,希望與讀者交流。

關鍵詞  魔鬼高爐  事故教訓  地球旋梯  人造地球行星

 

1簡介 

非洲剛果(金)(全稱:剛果民主共和國)北基伍省省會戈馬市(Goma)以

1  尼拉貢戈火山  

10公里,南緯1.52°,東經29.25°,有一座火山,名叫尼拉貢戈火山(1)。海拔3469m,是非洲中部維龍加火山群中的活火山,也是非洲最危險的火山之一[1]1977年尼拉貢戈火山噴出時,形成了一個直徑2000米的火山口,深244米,底部有熔巖平臺和一個活動的熔巖湖,如圖2。這個熔巖湖也有人形象的把他叫做魔鬼高爐。

 

2  魔鬼高爐

從高爐工作者的角度來看,天然的魔鬼高爐好像是地球魔性的表現。作為高爐,他只有一個爐缸,也就是熔巖湖。熔巖湖中我們看見的熔巖,不是鐵水而是爐渣。熔巖下連著地心。根據資料記載,這個熔巖的液面是不固定的。有時還會噴發形成火山。19771月火山噴發,在近半小時內,共造成約2000人死亡。另據報道,2002117日尼拉貢戈火山噴發,當時,居民沒有發現火山噴發的任何征兆。噴發出的巖漿不是從火山口流出的,而是從山坡上的三個裂口流出,12 m 高的巖漿流吞沒了整個小鎮,毀壞了附近的14個村莊,造成至少147人死亡,多人受傷,約3 5萬人受到影響,3萬人居無定所,12500個家庭被毀。這也許是把熔巖湖叫做魔鬼高爐的原因之一吧!

與煉鐵高爐比較起來,他們都具有兩重性,即人性和魔性。當煉鐵高爐表現為人性時,是溫柔的。煉鐵的技術人員把她比喻成嬌嫩的淑女,一會兒冷了,一會兒熱了,不好伺候。爐前工的情感則粗獷一些。一次爐前工交接班會,夜班爐前工對白班爐前工說:本班爐涼,鐵不好出,捅了一夜鐵口,累得夠嗆。白班爐前工面帶微笑的說:捅了一夜,累得夠嗆,那還叫爺們。交接班的全體爐前工都哈哈大笑。一般按煉鐵生產規律辦事,高爐是比較溫順的。反之,高爐的魔性就會發作,釀成事故。例如,南鋼股份公告“10·5”重大安全事故就是如此。2011105日上午730分左右,公司煉鐵廠根據已制訂的5號高爐停爐方案和應急救援預案,開始對5號高爐預休風做停爐準備工作。預休風期間,拆除了爐頂大放散閥和煤氣取樣管,安裝了爐頂打水裝置。割開了殘鐵口處爐皮,并取下殘鐵口處冷卻壁,同時對5號高爐界區內凈、荒煤氣及高爐富氧等設施進行安全處理,并與公共部分管線隔斷。1137分左右開始復風;1145分左右,高爐中的殘鐵流出,致使在爐基處工作的13人中的12人死亡,1人受傷的重大安全事故發生。使煉鐵行業由科研推動又回到事故推動上去了。

2 事故教訓

從高爐煉鐵的歷史來看,像這樣血的教訓是夠多的了。這次事故發生后,國家安全生產監督管理總局在其官方網站通報了重大事故相關情況。據初步分析,事故原因為爐缸內部碳磚受侵蝕變薄,在對其強度檢測和論證評估不充分的情況下割開了殘鐵口處爐皮,復風操作使爐內壓力升高,導致鐵水擊穿爐壁流出[2]

本人認為,從技術層面來分析原因如下:

㈠操作錯誤。例如,鞍鋼煉鐵廠工藝技術工程明文規定,在預休風時,要焊補爐皮。為什么要焊補爐皮呢?主要是防止煤氣泄漏。但是南鋼股份公司煉鐵廠在預休風時,割開了殘鐵口處爐皮,并取下殘鐵口處冷卻壁,人為地破壞了高爐的密封性,是操作錯誤,為事故制造了隱患,是發生事故的必要條件。

㈡管理失誤。表現在復風時要通知爐基處工作的人員暫時撤離,待安全員確定殘鐵口處無煤氣泄漏之后,才能讓工作人員進殘鐵口處工作。如果這樣做了,就不會造成這么多人死亡。但是復風時在管理上沒有發出撤離通知,為事故制造了充分條件。

㈢缺乏有關高爐煤氣方面的安全知識和安全教育。表現在事故發生前,有8分鐘的時間,殘鐵口處有經驗的工作人員應能感覺到煤氣泄漏;另外事故發生后,公司公告的是高爐中的殘鐵流出國家安全生產監督管理總局在其官方網站通報的是鐵水擊穿爐壁流出,對煤氣的行為只字未提。因此,這些公告通報與重大事故都對不上號,實際應是瓦斯爆炸。爆炸的物理過程:一是煤氣泄漏與積累;二是鐵水跟進與點火;三是爆炸。因此,鐵水在事故中的作用,既不是流出,也不是擊穿,而是點火

從大環境來分析,體現了高爐不跟形勢的魔性。近年來,煉鐵行業發生了兩件大事,一是,首鋼搬遷,折除高爐。另一是,高爐煉鐵進入到高增長的大發展時期,面臨著產能過剩,環保,鐵礦石漲價等諸多問題。為此,實施了淘汰落后產能政策,把小高爐列為淘汰對象。事故是發生在淘汰落后產能的過程中,公司煉鐵廠已制訂了5號高爐停爐方案和應急救援預案,為什么事故還是發生了呢?

首先要質疑的是,小高爐是不是落后產能?小高爐當然不是。這只要從我國生鐵的總產量中就可看出,大、小高爐生產的都是合格、優質生鐵。不是為什么還要遭淘汰?這是因為有人在搞行業歧視。其表現是在利益分配時,往往只把小高爐當分母,而不能當分子;并且羅織各種罪名對其進行淘汰,所以,淘汰中偶然出現的事故有其必然的規律。國家安全生產監督管理總局分析此次事故是檢測和論證評估不充分。其實這種檢測和論證評估不充分的事,在制訂淘汰落后產能政策時就已經存在了。現在事故發生了,就應該好好地檢討一下淘汰小高爐的政策。

其次,分析事故原因為爐缸內部碳磚受侵蝕變薄,但是碳磚還剩多少,沒有直接的檢測辦法。因此,國家安全生產監督管理總局在事故分析中說的,對其強度檢測不充分就值得質疑。他們是用什么辦法對碳磚受侵蝕后的強度進行檢測的呢?

第三,要質疑的是淘汰落后產能的辦法是上大壓小。這樣的辦法過于簡單和粗暴。據了解,南鋼股份煉鐵廠5號高爐于1998年建成投產,2006年停爐,2007619大修后開爐。爐容為402立方米,年產能為50萬噸,高爐設有14個風口和1個出鐵口,采用碳磚+陶瓷杯水冷爐底結構以及PW無鐘爐頂上料方式。高爐利用系數在3.5以上,在技術上是較先進的小高爐。既然要將其淘汰,安全上就應該負責任,有保證。可是在淘汰落后產能的辦法中卻沒有建立嚴格的檢修制度,也沒有直接檢測碳磚厚度的辦法,使得防范重特大事故發生和應急救援預案很空洞。所以事故就發生了。

第四,高爐是鐵魂寄托的地方,首鋼在污染可以治理的情況下,以搬遷的名義折除了高爐。由于示范效應,也就有跟風折除高爐的。這樣鐵魂就無處安身,還不到一年的時間,高爐的魔性發作,開始鬧事了。

如果我們把視野放寬點,高爐的魔性早在2010年京唐1號高爐上就表現出來了。該高爐爐容5500m3,單日產量最高達到13500t,可是好景不長。

331高爐大停電造成大灌渣:

415熱風環管跑風被迫停風;

5  8日煉鋼電纜著火突發事故,無計劃停風180h28min

7  6日停風8h41min處理4#熱風爐支管波紋管;

經過這么一番折騰,高爐得不到善待,爐況不順,利用系數由3月份的2.37降到12月份的1.304。從此踏上了大高爐低系數操作的漫漫長路。

這些都說明事故發生與高爐的魔性有關,與煉鐵的大環境有關。

3 評長鋼9號高爐強化冶煉生產實踐[3]

長鋼9號高爐爐容1080m3,是1000m3以上級的大高爐。20115利用系數達到3.510t/(m3.d),無疑是一項重大技術進步。說明高爐強化潛力很大,目前還看不到極限。長鋼9號高爐強化的經驗是:加強燃原料管理,優化高爐基本操作制度,高風溫富氧大噴吹,高頂壓,加強爐前及設備管理等等。這些說明高爐強化是一項綜合技術。強化的基本意思就是增產、降焦。

曾經有許多高爐工作者探究過強化高爐冶煉的因素以及存在限度的問題。一種意見認為:限制高爐強化的氣體力學因素,歸根結底是高爐內煤氣的通過能力[4]為此提出了高爐爐腹煤氣量指數的概念,并做了一番統計,發現各廠高爐單位爐缸斷面積通過的爐腹煤氣量比較接近,亦即在相同條件下,爐腹煤氣量指數相當接近,一般為5866可是,長鋼9號高爐在強化期間,爐腹煤氣量指數從76開始,不斷提高到86.。遠遠超過了統計值。限制高爐強化的因素,高爐內煤氣通過爐腹的能力,就這樣一次又一次被突破。同時燃料比只有525kg/t,也是較好的。說明5866還不是強化高爐冶煉的限度。由此可見,單方面強調氣體力學因素,并以此設限對高爐發展是不利的。

另一種研究強化的意見認為,長期以來,中國高爐提高單爐產量都是以提高冶煉強度作為手段[5]。按照冶煉強度的定義:單位爐容、單位時間所燃燒的燃料量。可見冶煉強度與單爐產量沒有直接的關系。但是經過公式推導后,冶煉強度與燃料比和單爐產量就掛上鉤了,推導出的公式如下:

P(單爐產量)= I(冶煉強度)×V (爐容)/K(燃料比)…………1

在討論提高單爐產量時,按照(1)式去思考,一是擴大爐容,搞大型化;二是提高冶煉強度;三是降低燃料比。不過有人卻說今后較長一段時間內,為提高單爐產量,應維持原燃料等操作條件允許的合適冶煉強度,通過大力降低燃料比,實現單爐產量的提高。力圖引導人們在討論問題時,不談高爐煉了多少鐵,而只談高爐燒了多少焦炭,同時假定冶煉強度不變,結果是燃料比越低,單爐產量就越高。這種意見與長鋼的經驗是矛盾的。矛盾的關鍵點就是把利用系數拋到一邊不談。從高爐工作者的觀點來看,高爐是煉鐵爐,而不是燃料燃燒爐。在建爐前就要考慮爐子能出多少鐵,噸鐵的利潤是多少,投資多長時間能回收。爐子建好后就要迅速達產,就要強化,提高利用系數。然后是節能降焦,創造較好的技術經濟指標。所以長鋼在高爐點火投產、達產達效后,就把提高高爐有效容積利用系數作為攻關課題。表1為長鋼9號高爐主要技術經濟指標及操作參數,由表1可見,強化的結果并不是維持允許的合適冶煉強度,而是:高冶煉強度,高利用系數和維持允許的合適燃料比。

        1 長鋼9號高爐主要技術經濟指標及操作參數

 

   

利用系數       t/(m3.d)

焦比kg/t

煤比

kg/t

燃料比

kg/t

綜合冶強t/(m3.d)

風量

m3 /min

風壓

kpa

頂壓kpa

風溫

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

20111

3.484

316

180

515

1.794

3490

352

200

1185

6500

20112

3.463

320

179

518

1.794

3487

350

200

1173

5500

20113

3.399

324

181

524

1.781

3510

350

200

1162

5500

20114

3.386

324

186

528

1.788

3489

351

199

1147

5500

20115

3.510

318

186

525

1.843

3470

359

200

1155

6000

第三,新技術的應用是強化的重要手段。這里說的新技術就是富氧。更確切的說是富氧的裝備和程度。長鋼9號富氧率為2.6%,不算太高,這可能與制氧機的能力有關。武鋼7號高爐爐容3200m3。強化期間,富氧率提高到5%以上,燃料比低至471.6 kg/t。由此可見長鋼9號還有強化潛力。經驗指出,隨著富氧率提高,風口理論燃燒溫度也會提高。為維持合理的理論燃燒溫度,同時降低焦比,就要提高噴煤量。但當煤比達到180 kg/t的水平時,再提高煤比,效果就不那么好了。本人認為,為了進一步強化高爐,應建造大型制氧機,富氧率應進一步提高,并結合葉渚沛的三高理論展開科技攻關。固定風溫,固定高壓,固定煤比,專門尋找富氧率與濕份的關系。1965年葉渚沛在進行第二次試驗時,爐頂壓力最高達到28千克/平方厘米,風溫最高達到1250度()、鼓風濕度最高達到5060克/立方米,利用系數最高達到64噸/立方米·日。

     葉渚沛后,煉鐵界花了很多時間將科研成果轉化為生產力。但就其水平來說還差一大截。因此煉鐵科研落后可能是造成首鋼搬遷拆除高爐的原因之一。

4 后首鋼時代

    我國高爐煉鐵的發展應歸功于政策、市場、科技三大因素。具體體現在首鋼高爐易地大修上。19791215日,首鋼二號高爐易地大修改造工程竣工投產,成為我國第一座現代化的高爐。從技術上來說首鋼二號高爐改造工程是新建。如果叫新建,國家就得拿錢。但是國家不想拿錢,而要首鋼自己拿錢。正好首鋼首先完成了從計劃經濟體制向市場經濟體制的轉變。國家權力下放,特別是推行財政大包干制度,大大增強了首鋼的財政和財力。本來是新建了一座高爐,由于首鋼財權在握,就把新建改成了易地大修。這樣高爐發展和改造的資金就有了出路。以前煉鐵界把這當成一條成功的經驗加以推廣。現在看來易地大修是在說假話。雖然首鋼曾經是世界上唯一在首都建設的大型鋼鐵企業。交錯的鐵軌、巨大的高爐、形態各異的廠房,訴說著90年的鋼鐵歷史,是中國從農業社會向工業社會發展的有力見證者。[6] 2001年以來,首鋼累計投入資金12.06億元,完成環境治理項目155項,停止了部分工廠和設備生產,大幅度減少了污染物排放;2007年與2001年相比,二氧化硫、煙塵、粉塵排放總量分別降低54.6%45.6%45.2%,化學耗氧量降低91.2%,石油類降低95%,噸鋼綜合能耗從883.5千克下降到658千克,噸鋼耗新水從8.51立方米下降到4.31立方米,節能減排指標均達到國內先進水平。證明鋼鐵行業的污染是可以治理的。但是由于把新建2號高爐改成了易地大修,說了假話,缺乏誠信,所以到頭來首鋼的高爐沒有保留住,而是全部拆除了。

首鋼通過搬遷拆除了高爐,沒有高爐生產的首鋼對中國煉鐵意味著什么?有一種意見認為是行業歧視。主要的理由是:高爐的污染是可以治理的。高爐能治污,為什么還要把它拆除呢?說明有些人在搞行業歧視,而這種行業歧視得到了政策的支持,所以首鋼高爐就被停產拆除了。因此在行業歧視的大環境中,要發展高爐生產會遇到前所未有的阻力和困難。其中最主要的困難是輿論的壓力和行業內不知道怎樣做才能改變歧視的現狀。輿論的壓力,耳熟能詳的有:高礦價,產能過剩,環境污染。不知道怎樣改變歧視現狀主要表現在淘汰落后產能上。小高爐被輿論成落后產能,武安市某公司便淘汰了三座小高爐,總爐容500多立方米。同時又新建了一座1000立方米級的大高爐,使本來過剩的產能又增加了點。怎么做都不符合政策的要求。其困難可見一般。

怎樣解決發展高爐生產遇到的阻力和困難,應該是后首鋼時代所面臨的任務。另外,過去的鋼鐵時代漸漸在向低碳經濟時代轉變,高爐生產面臨的任務也將會由單一生產鋼鐵產品而向產品多元化轉變。高爐生產既要克服阻力和困難,又要迎接新的任務。從大的方面來說,還是要從政策、市場、科技三方面想辦法。首先要使這三方面形成共識。例如在節能、減排、環保、增效、創收的目標上是有共識的。另外要也要承認差異。具體表現在實現上述目標的方法,觀點、立場上。

1,在產能過剩上,市場上很講究供求關系,一般求大于供時,產品能賣個好價錢,便拼命的組織生產;當供大于求,產品賣不出好價錢,就嚷嚷產能過剩。科技上講究的是發展生產力。生產力越發展社會就越進步,物質也就越豐富,當物質極大豐富時,人類就進入科學共產主義時代了。所以市場上說的產能過剩,實際上是生產力發展的一種表現。特別是鋼鐵產品,它是一種可貯備戰略物質,當貯備越來越多的時候,鋼鐵就會堆積成山。人們都知道,現在礦山都在漲價,難道鐵山就不會漲價嗎?有人想通過市場調節來控制生產力,人們將拭目以待。

2,在淘汰落后產能上,政策認為小高爐是落后產能。科技認為小高爐利用系數高,產品質量好,小高爐使用汽化冷卻利于節能,它成本低,效益好,萬噸生鐵就業率高,所以它不是落后產能。政策上采取上大壓小的辦法來淘汰小高爐,適得其反。不但沒有控制產能,產量反而年年增長。

所以,為了發展煉鐵生產,就需要在一些重大原則性問題上產生共識,一旦共識產生,解決問題的原則和辦法也就隨之產生了。對發展高爐生產來說,總原則還是要堅持發展高爐生產的總路線,即強化、大型化、智能化、連續化直接煉鋼、綠化(或叫清潔化生產)、管理精細動態化、產品多元化、工業旅游化。

具體辦法是:

1,高爐強化實驗要向更高、高強發展。

2,大型化并不是高爐越大越好,應把作力點放在高爐裝備水平提高上。

3,高爐直接煉鋼應立項研究。

4,用分子篩篩分高爐煤氣中的CO2制造干冰,發展低碳經濟,實現高爐產品多元化。

5,建造地球旋梯,為鋼鐵產品開拓新的市場。建一個100米深,雙向10車道的地球旋梯需要鋼材9t,地球平均半徑6,372.797 km,如果要從地表挖到地心,鋼材需要量是很大的。這是一個大的鋼鐵需求市場。

因此,我們不能滿足只在地球表面找礦,而應向地球的深處發展。整體估算,地球化學組成的重量百分比為:鐵34.6% ,氧29.5% ,硅15.2% ,鎂12.7% ,鎳2.4% ,硫1.9% ,鈦0.05%。所以從理論上來說,只要往地心挖,就有取之不盡的鋼鐵。目前的海底鉆探行動連地殼都尚未鉆穿。說明用鉆探的辦法是無法進入到地核的。如果采用雙向10車道的地球旋梯進入地心,還是可以期待的。

為了達到這個目的,應將深挖洞、廣積糧、不稱霸的口號,發展成深挖洞、廣積糧、冷冶金、不稱霸,建房、筑路為人民的千年發展計劃,指導今后的工作。

形象的說,自然的地球就像一座高爐,人們都生活在高爐的渣皮上,由于渣皮不穩定,就會發生高爐燒穿,對地球來說就是火山爆發,顯示出地球的魔性。因此,自然的地球并非完美無缺,他也需要改造,通過建造地球旋梯的辦法,實現地球板塊結構重組;又通過高爐汽化冷卻,進行冷冶金,一方面生產鋼鐵,另一方面利用地核的能量。這樣就能將地球改變成人造地球行星,魔鬼高爐也就人性化了。

 

參考資料:

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

[2] 南鋼鐵水外流致121 初查因設備檢測評估不足 來源:中國新聞網 20111012

[3] 延志強等 長鋼9號高爐強化冶煉生產實踐 煉鐵,2011.5):4144

[4] 項鐘庸  以高爐爐腹煤氣量指數取代冶煉強度的研究  發表日期:2008114

[5] 楊天鈞 左海濱 中國高爐煉鐵技術科學發展的途徑. 鋼鐵,2008,(1):15

[6] 首鋼將成北京特色旅游集聚區  北京頻道( 2009-08-21)稿件來源:北京日報

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