當高爐爐缸側(cè)壁溫度嚴重升高時，操作者往往都會選擇堵住溫度升高上方對應(yīng)的風口，一般情況下都能夠達到預期效果。某廠1座1900m3高爐在生產(chǎn)7年之后，2017年9月中旬鐵口下方1.347m（標高8.653m）處（如圖1所示），爐缸側(cè)壁炭磚溫度超過了500℃。滿鋪炭磚上表面的標高7.094m處、陶瓷杯上表面的標高7.851m處，爐缸側(cè)壁炭磚溫度溫度也都開始升高。至10月下旬，標高8.653m處溫度升高至接近800℃，11月1日該處最高點達到了846℃，熱風圍管三岔口熱流強度達到了74872KJ/（m2·h），對應(yīng)的爐殼溫度達到了72℃，高爐處于事故臨界狀態(tài)。

高爐操作者緊急休風2h，堵４個風口，恢復送風之后，采取了降低冶煉強度和加入釩鈦礦護爐等一系列措施，至11月11日，標高8.653m處溫度由最高846℃降低至500℃以下（如圖2所示），熱流強度由74872KJ/（m2·h）降至36000KJ/（m2·h），標高7.851m處的溫度也由最高的550℃下降至320℃左右。此后逐步打開風口，適度提高了冶煉強度，只留下一個對應(yīng)熱流強度最高處的22號風口，直至2018年2月24日停爐大修。

在上述過程中，原來溫度和熱流強度最高的標高8.653m處，對應(yīng)的三岔口方向下方，21、22號風口基本處于受控的穩(wěn)定狀態(tài)，而與之對180°的標高7.851m的象腳處，對應(yīng)9、10號風口下方的炭磚溫度則呈明顯升高態(tài)勢（如圖3所示）。與最初的控制點相比，該點方向最后反倒成了高爐最重點的監(jiān)控區(qū)域。上述事實說明，堵風口可以有效地降低其下方標高8.651m處爐缸炭磚溫度，但是控制不住對面不堵風口處炭磚溫度的升高；標高8.651m的溫降速度明顯快于陶瓷杯上表面標高7.851m處（象腳處）的溫降速度，這說明堵個別風口阻止不了現(xiàn)在業(yè)內(nèi)所認可的環(huán)流，爐缸侵蝕仍在繼續(xù)。

半年之后，這座高爐停爐大修，在破損調(diào)查中發(fā)現(xiàn)爐缸炭磚整體侵蝕呈不均勻狀，最嚴重的區(qū)域為：

（1）熱風圍管三岔口下方，對應(yīng)21、22號風口處。水平方向在陶瓷杯上表面，滿鋪炭磚上表面，與側(cè)壁交接的象腳處，標高7.851m~7.094m；

（2）三岔口的對面，對應(yīng)7、8號風口處，水平方向也在陶瓷杯上表面，滿鋪炭磚上表面，與側(cè)壁交接的象腳處，標高同為7.851m~7.094m；

（3）鐵口下1.4m左右，與鐵口形成大致30°左右夾角的三角區(qū)，但其侵蝕程度不及三岔口下方以及對面。圖4（a）為標高在滿鋪炭磚上表面的標高7.049m，對應(yīng)三岔口下21，22號風口下方，殘存炭磚厚度為零，凝鐵已經(jīng)黏結(jié)在冷卻壁內(nèi)表面；圖4（b）為在護爐后期爐缸側(cè)壁炭磚溫度升高明顯，標高在陶瓷杯上表面的標高7.049m三岔口對面的7號、8號風口下方殘存炭磚也幾乎為零，圖4（c）為臨近的9~13號風口下方，標高7.049m處炭磚殘存厚度最薄處為200mm左右。爐缸二段冷卻壁內(nèi)炭磚，即滿鋪炭磚上表面和陶瓷杯上侵蝕情況如圖5所示：三岔口下方對應(yīng)的21、22、23號風口下方炭磚幾乎全部被侵蝕，三叉口對面的8、9、10號風口下面的炭磚也僅存100~200mm?？v向的總體情況如圖6所示，三岔口下面的21、22號風口象腳處侵蝕嚴重，三岔口對面的9、10號風口組合磚下方環(huán)炭損毀壞嚴重，象腳處侵蝕嚴重；25號風口對應(yīng)鐵口，鐵口下方月1.4m處，標高8.653m處（最早報警點）侵蝕嚴重。

該廠另一座與此設(shè)計完全相同、爐缸側(cè)壁溫度升高更為嚴重的高爐，在停爐后所見炭磚侵蝕的位置，程度與這座高爐高度吻合。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該公司的幾座有爐缸側(cè)壁溫度升高的高爐都存在這種對應(yīng)關(guān)系，表１記錄了幾座高爐停爐后侵蝕最嚴重的部位和未停爐生產(chǎn)狀態(tài)下炭磚溫度最高點與熱風三岔口之間的對應(yīng)關(guān)系。進一步調(diào)查又發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)許多高爐都存在這種現(xiàn)象，幾乎是一個共性問題，其內(nèi)在的機理與規(guī)律值得深入研究。

高爐工作者一直在關(guān)注三岔口與高爐圓周工作和爐缸炭磚侵蝕之間的對應(yīng)關(guān)系。筆者在20世紀80年代初進人鞍鋼工作時，老一輩煉鐵工作者就要求我們要練好看風口的基本功，看風口不只是學會判斷高爐涼熱趨勢，而是一定要掌握高爐圓周進風量是否均等。那時沒有現(xiàn)在這樣多的計量儀表設(shè)備。在高爐休風、減風時，爐長明確提出要特別注意，熱風圍管三岔口下方和對面風口的焦炭沉降速度與其他風口的區(qū)別，以焦炭沉降速度和向涼向熱的反應(yīng)速度來判斷高爐的圓周工作是否均勻。2017年3月，唐鋼負責高爐大修的同行也提及，唐鋼的幾座高爐在大修時都發(fā)現(xiàn)，爐缸侵蝕最嚴重的區(qū)域多在熱風圍管三岔口的對面。北科大梅亞光等人的數(shù)值模擬結(jié)果有助于解釋這一現(xiàn)象，對于5500m3高爐，距離熱風圍管最近的兩個風口風速最大，附近外側(cè)的兩個風口則是進風最少；2000m3或800m3高爐，風速最低，進風最少，鼓風動能最小的風口都在熱風圍管三岔口附近，而對面則是進風最多，風速最高、鼓風動能最大的區(qū)域。高爐風口圓周工作的不均勻性隨著送風總量的增加而加大，并且高爐越大，各風口鼓風動能的不均勻性也越大。

由生產(chǎn)經(jīng)驗和數(shù)學模擬均可發(fā)現(xiàn)，爐缸炭磚侵蝕與爐缸圓周工作有關(guān)：熱風圍管三岔口下方和對面的風口鼓風動能與其他風口相比或最強或最弱。當然，也有其他原因所導致的，體現(xiàn)在其他位置上的圓周工作不均勻。這種爐缸圓周工作的不均勻最終造成了其對應(yīng)下方，嚴重于其他位置的爐缸炭磚異常侵蝕。眾所周知的是，圓周方向上風口直徑上的等值分配不等于高爐圓周工作均勻，高爐操作者應(yīng)該在開爐初期就注意調(diào)整三岔口等處的風口布局，保證爐缸圓周工作均勻，這不僅是高爐穩(wěn)定順行的需要，更是高爐長壽的需要。

從上面的分析可以看出，爐缸炭磚侵蝕部位和程度同三岔口有關(guān)，與相關(guān)風口的鼓風動能有關(guān)。風口鼓風動能的差別，決定了各自下方的炭磚侵蝕程度；堵風口操作可以迅速降低其下方的炭磚溫度，這些都表明炭磚侵蝕的原發(fā)動力來自于爐缸縱向渦流。

日本的煉鐵工作者在對小倉2號高爐解剖的過程中，做了CO同位素跟蹤實驗，取得了渣鐵在爐缸內(nèi)的縱向流動軌跡：從縱向剖面看，高爐風口產(chǎn)生的渣鐵從風口噴射向爐內(nèi)，沿著拋物線方向抵達死料堆外表面，再沿著外表面下降至鐵水能夠有效流動的凝結(jié)層上表面，然后向爐墻折返，形成了一個縱向的渣鐵流，并且在爐底和側(cè)壁之間的象腳處形成了渦流［如圖7（a）所示］；從橫向的風口水平斷面上看，風口處形成的冶煉產(chǎn)物就近流向鐵口處［如圖7（b）所示］。從立體上看，縱向象腳處的渦流還要就近流向鐵口區(qū)，在爐缸內(nèi)部就還會有象腳處流向鐵口的橫向或斜向運動，過去所說的環(huán)流，筆者認為就是爐底側(cè)壁處的縱向渦流再流向鐵口斜向運動的合成。堵風口之所以能夠阻止炭磚溫度的進一步升高，其實就是從源頭上阻止了縱向渦流的產(chǎn)生，保護了堵住的風口下方的炭磚不再遭受進一步的侵蝕。

德國煉鐵工作者所做的關(guān)于死料堆的高爐解剖9組數(shù)據(jù)證實：在距風口約2m的死料堆的外表面，鐵水分布達到最大量。鐵水并不是向死料堆內(nèi)里無限制地滲透，死料堆內(nèi)的鐵量分布是相對固定的。爐渣和鐵水一樣，也是在距離風口2m的死料堆外表面得到最大量，但是在死料堆內(nèi)，爐渣的分布量比鐵水要多，同時波動也大。死料堆內(nèi)猹的分布要比鐵水的分布均衡許多。外表面的渣量相比鐵水要均衡許多（如圖8所示），這說明爐缸的活躍程度，爐缸死料堆的填充率最后取決于死料堆中爐渣的含量，不是鐵的含量，這與我們在日常生產(chǎn)中的觀察中所得出的結(jié)論幾乎完全一致。

上述２個試驗說明，鐵水在距風口2m左右的達到最大分布量，并不會向死料堆中大量滲透，無論爐缸活躍與否，都會有有大量的鐵水沿著死料堆外表面在爐底靠近爐墻處形成縱向渦流，侵蝕象腳處的爐缸炭磚；在爐缸活躍時，渣量可以更多地向死料堆內(nèi)部遷移，總體上減少了這種渦流的流量，使得爐缸側(cè)壁溫度降低，侵蝕減緩；在爐缸不活躍時，爐渣向死料堆遷移有限，有更多的渣鐵形成渦流，側(cè)壁側(cè)壁溫度升高，爐缸側(cè)壁的侵蝕加劇。

對某些高爐來講，三岔口下方的風口是鼓風動能最小的地方，所形成的縱向渣鐵流會離爐缸側(cè)壁相對較近，因此，在象腳處所造成的渦流對側(cè)壁炭磚侵蝕也就會比其他區(qū)域更為嚴重；在鼓風動能最強處的三岔口對面，該處的鼓風動能高于其他風口，所形成的的渣鐵流攜帶的能量高于其他部位，它首先破壞的是回旋區(qū)下部的炭磚，有能力繼續(xù)沖向死料堆并再在象腳處形成渦流，對該處的炭磚旋轉(zhuǎn)沖刷,造成這個區(qū)域爐缸側(cè)壁炭磚的嚴重侵蝕。許多高爐解剖都發(fā)現(xiàn)，在象腳處并沒有大量的焦炭存在，大多是凝鐵，但是這些凝鐵中含有小于5mm的碎焦炭末。不難想象，在高溫狀態(tài)下，這些夾雜著小炭粒的渦流對炭磚的巨大破壞作用。每個風口下由這些不等的縱向渦流引起的局部侵蝕，在周向上連通起來，就會形成周向不均勻的爐缸象腳侵蝕。

當多個風口形成的縱向渦流從象腳處再就近折向鐵口時，會在鐵口下方形成一個渣鐵高速流的渣鐵集中匯集區(qū)。寶鋼的專家用數(shù)學模型推算，不管高爐爐缸死料堆的透液性如何，爐缸炭磚剪切應(yīng)力最大的地方都在鐵口下方1.5m處的三角區(qū)，模擬溫度場的最高溫度區(qū)也在鐵口下方兩側(cè)呈三角區(qū)狀態(tài)分布，而且這里也是鐵水流速最高的區(qū)域，不難理解，由于上述原因造成了該處炭磚的侵蝕速度快于其他區(qū)域。

（1）熱風圍管三岔口會造成爐缸圓周工作不均，這種不均導致了爐缸炭磚圓周侵蝕的不均，侵蝕最嚴重的區(qū)域往往集中于三叉口下方和對面的象腳處。

（2）風口區(qū)熔煉的渣鐵在象腳處形成渦流后就近流向鐵口，所謂環(huán)流是縱向渦流和橫向流動的合成，縱向渦流是造成爐缸象腳侵蝕的重要原因，鼓風動能提供了縱向渦流的原發(fā)動力。渣鐵流在鐵口下方三角地帶匯集形成了高流速導致的高熱容區(qū)，造成了鐵口下三角區(qū)的侵蝕。

（3）從高爐投產(chǎn)起，就該注意調(diào)整與三岔口有關(guān)的風口布局，實現(xiàn)爐缸圓周工作均勻。從設(shè)計上，因該避免熱風圍管三岔口與鐵口位置重合。

（4）爐缸活躍程度取決于死料堆對于爐渣的滲透能力，或者說是爐渣在死料堆中的流動能力。爐缸溫度、渣的流動性和焦炭粒度構(gòu)成是影響滲透能力重要因素。