转换思路论证高炉的“悬料”现象

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            转换思路论证高炉的“悬料”现象     

                                                                                                            

高炉的“悬料”问题，可以说是一个“悬而未决”的问题。传统的研究方法已经走不通了，只有转换思路，才有突破的可能。这篇论文中没有使用专业术语，而是从基本的物理知识讲起。任何一种理论都应当遵循科学的规律，同时要服从物理原则的限制——悬料问题实际上就是一个物理现象。

对于悬料现象的发生原理，有的同事说，是由于炉料“粘”在炉壁上，下不来。“官方”说法更具科学性一些。炉料在炉体中受到两个作用力，一是使炉料下行的重力，二是阻碍下行的阻力。当阻力大于重力时就会发生悬料。阻力又分为两个力，摩擦阻力和空气浮力，摩擦阻力较小，阻力以空气浮力为主。为提高效率，高炉是高压运行，鼓风机以三倍气压将空气送入高炉，高气压产生对炉料的浮力作用。当悬料发生时，一般采取降风压的办法，减小浮力使炉料下滑。

因为高炉是一个封闭的系统，内部温度又非常高，所以无论哪种解释，其实都是一种猜想，我们将通过运用物理定律来论证这一现象。

下面首先来分析悬料后的症状，使用物理知识中的“液体浮力定律”。

一、悬料之后打开铁口，不出铁水只出风。传统理论认为，是因为怎样怎样导致反应减缓或停止，没有铁水了。但是送风并没有完全停止，按道理，风量应该和铁水量成正比，不应该一点铁水都没有。悬料不等于说不反应，预加热到1200多度的空气，与炉料在哪儿接触，就在哪儿反应，并不一定要在风口处。再者说，在堵口的时候，仍然有铁水在向外排放，开口后怎么就没有了？所以说问题的关键不是“铁水有没有”，而是——

    ——“铁水哪去了”？

整个高炉内部从炉顶到炉底都填满了炉料，实际上铁水只存在于风口以下的炉料颗粒之间的空隙之中。有的同事认为，铁口以下称为“死铁层”的空间，全部是铁水，炉料“漂”在铁水上。这是错误的认识，根据物理法则，在重力作用下炉料一定会“沉底”。这一点一定要强调清楚。

风口以上的炉料是焦炭与矿石的混合炉料，风口以下的炉料就只剩下焦炭，因为矿石都熔化了，而焦炭可以耐受高温，并兼有强度。当风口以上发生悬料，风口部位烧空，那么想象一下，风口以下还会维持原状吗？当然不会。焦炭与铁水的密度比例悬殊—— 1:7 ，所以当失去上方的压力后，焦炭上浮，如同泡沫塑料漂浮于水面，其必然结果是铁水液面下降，铁水收缩到铁口以下的空间中去了，成了真正的“死铁层”，出不来了。

二、根据参数记录，悬料后炉温经常会有所上升，然后再下降。按照传统理论，反应已经停止了，铁水也没有了，哪儿来的热量？

    “能量守恒定律”是绝对不能违反的，这是分析问题的根本前提。

在正常情况下，因为风向上走，所以燃烧的是焦炭与矿石的混合炉料，根据“液体浮力”定律，悬料后焦炭上浮，到达风口部位，这个时候，燃烧的是“纯焦炭”，是“纯爷们”，火力猛，当然会使炉温有所上升。

三、当降风压之后悬料下落，可能会使铁水或炉渣灌入风口堵塞。前边已经讲到，按照传统理论的说法，已经没有铁水了，又怎么会突然“蹿升”到风口的高度呢？这些铁水是哪来的呢？这样明显矛盾的逻辑，任谁也讲不清楚，任谁也听不明白。但是按照我们的“液体浮力”定律来解释就简单明了。

降压后悬料落下来，砸到漂浮的焦炭上，把焦炭“摁”进铁水中，一个猛子扎到炉底，铁水液面必然会升高上涨。举个非常简单的例子——

——《乌鸦喝水》。

乌鸦找到半瓶水，可是够不到水面，怎么办？乌鸦叼来几块“焦炭”，丢进瓶子里，焦炭下沉水面上升，聪明的乌鸦就喝到水了。

进行理论研究的基本原则是：力求以最简单的假设对各种现象做出统一的解释，这就是“简单性原则”。我们以一个简单的“液体浮力”理论对各种症状做出了统一且合理的解释，所以是可信的，而复杂且矛盾的观点往往是错误的。理论的第一步具有方向性，是整个理论的基础，因此一定要慎重，不要轻易下结论。比如这个“不出铁水就是因为没有铁水”的结论，显然是过于草率了，以至于把整个思路带进了死胡同。

无论做什么事，方向和路线都是最重要的。根据客观事实，引出思想、道理，提出方针、计划，才能做得好。我们反对主观的看问题，是指一个人的思想不依据客观事实、不符合客观规律，因而都是空想和假道理。

跟维修工老李讨论悬料问题，讲我们的“液体浮力”理论，讲到一半，老李说：“老安，后面的不用你讲我都明白了。你的理论绝对正确”。真正的道理不用多费口舌，方向确定了，过程就简单。假如只告诉老李“用物理的液体浮力定律来分析”，相信老李自己也能够得出完整的推论。只有自己亲自得出的结论才是可信赖的、有价值的，而错误的结论总是强迫人们去接受，当你最终接受并认可它的时候，说明你已经被“思想锚定”了。

现在开始讨论悬料的成因，先讲一个物理实验。

右手拿一杯水，盖上一张纸板，左手掌压住，翻转过来，使杯口朝下，然后慢慢移开左手，纸板和水不会掉落下来，也可以说是水悬在杯子里了。这个实验证明了大气压力的存在，是大气压力或者说大气浮力使水悬在了水杯中。但是仅有大气压力还不行，比如我们将一瓶水倒立起来，空气会化为水泡，穿过水层进入瓶中，消除瓶子内外的压力差，水就咕嘟咕嘟流了出来。所以说必不可少的条件是要有一张纸。空气和水都是流体，当它们处于颠倒位置时，不可避免要发生对流置换，它们之间没有一个稳定的界面来实现作用力。纸板将水和空气分开，提供了一个界面，在重力与浮力之间起到平衡和传递的作用。

高炉悬料现象与这个实验有相同的原理。炉体相当于玻璃杯，炉料相当于水。炉料虽然是固体颗粒状，但是也具有流动性，所以才会有流沙、泥石流之说。通过以上实验可以证明，仅有气压产生的浮力并不能使炉料产生悬空。松散的炉料会不断“塌方”下落，进而整个料柱下行。炉料下行实际上就是一个连续“塌方”的过程，并不是整体下滑。因此悬料现象也需要这样“一张纸”。

   通过以上实验，说明存在这张“纸”的必要性，“这个应该有”。根据这个实验结论，咱们再来推理分析炉内的情况，看看是不是“这个可以有”。

炉料从上往下分为块状带、软熔带、滴落带、风口带、渣铁带和死铁层。炉料的温度逐渐升高直至使矿石完全熔化为铁水。由于高炉的运行并不能达到绝对的平稳，温度不可避免的会有一定的起伏波动。既有长期缓慢的波动，也有短时间内快速的变化，比如说蜡烛的火焰，有时火焰大、有时火焰小，但总是在跳动。软熔带的位置随炉温的波动而升降。软熔带刚好处于矿石的熔点温度范围，假如此处的矿石表面刚刚开始熔化滴落，这时突然出现炉温比较大的的下落——是温度下降，并不一定指温度偏低——，刚刚熔化的铁水降温凝固，将矿石和焦炭粘连成一个“壳”，于是就会形成我们前边提到的“一张纸”。这个“纸壳”的作用就是形成一个稳定的界面，依托下面高压空气产生的浮力，支撑起上方的炉料。同时还有另外一个作用，就是降低透气性、增大气流阻力，使压力差增大、浮力增长，两个作用相加，从而形成悬料。当炉况顺行时，极少发生悬料。炉温过高和过低，都是不稳定状态，温度异常波动容易导致悬料，悬料使炉况恶化，温度变化剧烈极不稳定，又会引发下一次悬料，所以悬料现象经常集中爆发，“悬而又悬”。可以认定悬料现象与温度变化之间有最直接的关系。

还有这样一种情况。炉料的强度不够，在加热的过程中破碎细化，使透气性变差、浮力增大形成悬料。但是前边我们已经论述，仅有浮力不足以形成悬料。

让我们再一次开动脑筋，展开想象力。

炉料在进炉前经过筛分，去除粉末，以保证炉料颗粒之间的空隙，维持透气性，气流由此空间上行，铁水由此空间下行滴落，各行其道相安无事。如果炉料颗粒破碎，使透气性变差，压力增长，气流通过这个变窄的间隙，势必要“提速”。打个比方，用橡胶水管洒水，当捏扁口部，“透水性”变差，会使水压增长水流提速，水流喷射得更远。气流提速会对铁水滴落产生明显的阻力，裹挟铁水和炉渣上行到达低温区，降温凝固，形成我们前边提到的“纸壳”并导致悬料。

因为“纸壳”的透气性也差，所以一旦形成这种局面，就成了恶性循环，状况只会持续恶化，不会自行缓解。“纸壳”底层逐渐熔化塌方，而上层会不断增长，保证悬料不会全部塌落下来。所以“纸壳”的位置会上升，到达块状带，使亏料的空间逐渐增大。

传统观点认为“上悬料”发生于“块状带”，这种说法没有科学道理，因为正常情况下在块状带并没有发生物理或化学的变化，不存在引发悬料的诱因，任何解释都说不过去。况且悬空的料层较薄，透气性应变好，怎么会增大浮力呢？至于悬料的高度记录，在风口以上有五六米的，有七八米的，有同事说曾在某钢铁厂见过十米的，另一同事说十米算什么，我还见过十二米的呢，都快到顶了。 既然差距这么大，那么在上悬料和下悬料之间，是不是应该有一个“中悬料”。比如说在地球上的热带和寒带之间有温带，还有亚热带、亚寒带，同样的道理，是不是也应该有“中悬、亚上悬、亚下悬”？假如只有上悬和下悬两个极端，分界线应该在（5+12)÷2=8.5m米处，如果某一次悬料正好发生于此处，该定为上悬还是下悬呢？

既然无法明确的分类，就只有和谐的统一了。

  

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