450m3高炉出铁沟整体浇注技术交流

450m3高炉出铁沟整体浇注技术交流现代大型高炉出铁沟一般都是采用低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料。

该材料使用安全寿命长，消耗少，施工维修方便，是高炉的稳产、顺产重要保证。

由于消耗少，维修少，使用稳定，因此，现代大高炉炉前出铁场环境整洁，没有小高炉炉前出铁场的乌烟瘴气和混乱不堪。

一般大高炉都有2个以上的出铁沟，因此当其中一条铁沟必须重新造衬或必须修补时，只要堵住该条铁沟的出铁口后，就可以对该条铁沟进行浇注、养护硬化、烘烤干燥等。

与此同时，其他出铁口出铁正常，不影响高炉的正常生产。

但容积为 450 m3高炉一般设计为单个出铁口，因此不可能保证一般浇注料施工所需要的养护、烘烤时间。

所以，目前的单出铁口的中、小型高炉铁沟一般还是采用沥青或树脂结合Al2O3–SiC–C 质免烘烤捣打料捣打铁沟内衬。

由于采用树脂或焦油结合，捣打料捣打施工后不必烘烤或略加短时间烘烤即可立即直接过铁水，可以满足中、小高炉的使用工艺要求。

但因为捣打的沟衬耐火材料一般只是沟底表面一层相对密实，而表层以下及沟帮部位都很疏松，不耐冲刷，因此捣打料存在使用寿命太短的问题，一般只有1～7天，最短的甚至1班一修。

因此，铁沟修补频繁，炉前工人劳动强度太大，且高热的环境又造成很多不安全因素，还有沥青与树脂的烟尘有毒有害问题！高炉铁沟因受出铁间断性的影响，耐火材料受到忽冷忽热的热冲击，加上铁水本身的冲刷和渣铁的侵蚀，使得其必须具有较强的热震稳定性、耐渣铁冲刷性、抗氧化性以及较高的高温强度。

贮铁式铁沟通过在沟内保持一定量的铁水，在较长时间不会冷却，使耐火材料处于一个相对恒温状态，且能通过沟内铁水有效地缓冲铁口出来的铁水对沟壁和沟底的直接冲击，以及通过铁水的覆盖使耐火材料与外界空气隔离，从而避免耐火材料的快速氧化。

尽管通过采用贮铁式铁沟可使用炉前铁沟条件得到改善，满足高强度冶炼的要求，但是浇注后需要养护且不能过快速度烘烤，否则会出现强度低和爆炸爆裂的问题限制了他在单铁口出铁的高炉上使用。

因此如何有效地解决单铁口高炉出铁沟寿命的问题备受关注！在总结经验与大量实验的基础上，浙江长兴强立耐火材料有限公司通过对大型高炉用低水泥结合Al2O3–SiC–C 质铁沟浇注料进行改性，使其能够在热态下施工并能快速升温而不爆裂，满足中、小型单铁口高炉铁沟的快速施工使用要求。

在工程实践中，我们还借鉴大高炉主铁沟普遍采用的贮铁式结构，将中、小型单铁口高炉出铁主沟也改造成贮铁式结构，从而改善耐火材料的烧结环境以及急冷急热环境。

这种结构也取消了小高炉炉前每次出铁前在沟内铺沙的惯例，从而彻底改变了炉前作业平台的工作环境。

一、低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料的性能要求：大高炉用低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料配料中有超微粉和分散剂，因此流动性好、耐火度高，浇注体致密性好、强度高，因此铁沟抗侵蚀、抗冲刷、使用寿命长（通铁量高）。

但该材料的最大问题是浇注后需要养护且不能过快速度烘烤，否则会出现强度低和爆炸爆裂。

因此有效解决大高炉铁沟浇注料的快干脱模和快速烘烤、防止爆裂问题，是该材料能否用于单铁口高炉的关键。

为此，我们采用了以下几种方式来改进他的防爆性能：1、改进发气剂的加入以达到改进浇注料的防爆性能金属Al粉能够与水反应产生H2气，因此浇注料中加入少量Al粉可以在浇注后产生大量气体通道，有利于烘烤过程中水蒸气的扩散。

同时Al粉与水反应的过程还会产生大量的热量，能够有效促进浇注料的硬化。

但金属Al粉加量过多时，因发气量太多，浇注体易发生鼓胀开裂，导致结构强度降低。

在这个基础上我公司参考日本黑骑窑业的技术，在浇注料中添了有机发气剂。

有机发气剂的发气机理是发气剂与水泥和水发生分解反应，生成某种钙盐，钙盐分解产生N2、CO2、NH3气。

由于有机发气剂不像Al粉那样反应剧烈，因此浇注料不易出现鼓胀和细粉上浮的问题。

而且有机发气剂不会因施工养护环境温度的差别而产生发气速度与发气量的很大变化，因此施工更易掌握。

2、添加助结合剂调整硬化时间浇注料的快硬对于施工后快速脱模至关重要，通过加入促硬的助结合剂，保证浇注料即具有足够的施工时间，同时还必须在浇注成型后很快硬化，以便及时脱模进行烘烤。

浇注料的硬化时间还与浇注体的鼓胀与爆裂有很大关系。

浇注料过快硬化和过慢硬化，都会出现浇注体鼓胀与爆裂的问题。

因此，通过加入适量的助结合剂，能有效控制浇注料的硬化时间，并进而防止发气带来的鼓胀和裂纹。

加有发气剂和助结合剂的浇注料浇注完后能马上进行烘烤，大约1小时即能固化脱模，固化后的样块直接放到450℃炉内也不会发生爆裂。

3.、添加有机纤维提高抗爆裂性从水的蒸气压和温度的关系中不难看出，水在100℃以上时，蒸气压力迅猛上升。

浇注体烘烤时，浇注料内的水会因受热迅速气化。

浇注料烘烤开裂和爆裂主要原因就是因为迅速形成的水蒸气不能及时排出浇注体外，浇注体内水蒸气压太高。

添加防爆纤维是浇注料最有效防爆措施之一。

纤维防爆的原理是浇注料受热后纤维迅速收缩或分解，并同时在浇注料中形成气孔通道，从而让浇注料因受热而产生的水蒸气迅速扩散挥发出去。

浇注料内的水蒸气及时扩散出去而不在浇注体内集聚形成较大压力，则浇注体不会发生爆裂。

但纤维品种众多，合理的选择品种、直径、长度与用量对浇注料的防爆效果至关重要。

本研究通过合理选择，在浇注料中加入适当品种与数量的纤维后，浇注后的试样放进200℃的高温炉内直接烘烤，试样表面完好，不会发生爆裂。

4、添加碱式乳剂防爆剂碱式乳剂防爆剂是近几年才见报道的一种新型防爆剂，其组成为氢氧化物的离子聚合而成的多核络合物，能有效溶解于水溶液。

有文献介绍其防爆机理为：浇注料在受热干燥时，碱式乳剂的脱水胶化在基质中形成网片状微裂纹通道，从而增大了浇注料的透气率。

另据称碱式乳剂能抑制或延缓CAH10 的生成，也可提高浇注料的防爆裂温度。

为进一步提高浇注料的防爆效果，对碱式乳剂防爆剂进行了应用研究，通过用量匹配研究，将浇注料抗爆裂温度从原来的安全防爆温度400℃提高到600℃，使快干防爆浇注料有了更安全的使用性能。

5、采用高效减水剂浇注料的爆裂主要是因为水的受热汽化后产生的水蒸气不能及时排出浇注体外所引起的，因此减少浇注料的加水量也是其中的一个必要的方式方法。

传统的浇注料减水剂主要是采用三聚磷酸钠或和六偏磷酸钠复合使用，但对于含C质的浇注料加水量一般会达到6%以上。

后来我们采用高效减水剂，获得了更好的分散效果，加水量控制在5%左右，比采用三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的减少了20%。

通过上述一系列改性研究，获得了系列低水泥结合Al2O3 -SiC-C质快干防爆浇注料，性能如下表1所示。

表1 出铁沟快干防爆浇注料理化指标：注∶热处理气氛为非氧化气氛（埋碳）通过以上方式对浇注料进行改性，有效的解决了大高炉铁沟浇注料的快干脱模和快速烘烤、防止爆裂问题，使之应用于单铁口出铁的中小型高炉进行整体浇注，取得了非常满意的效果。

二、主出铁沟贮铁式改造大高炉铁沟之所以通铁量高，使用寿命长，不仅是因为使用了高档次的Al2O3–SiC–C 质浇注料，而且还因为应用了贮铁式结构。

即大高炉的出铁沟主沟在出铁期间和出铁间隔时间内铁沟内总是储存大量的铁水，因此铁沟内的耐火材料所处温度环境相对恒定。

另外，由于贮铁式铁沟内总是残存大量铁水，因此，当高炉出铁时，从出铁口冲出并以抛物线形式快速落下的铁水所形成冲击沟底的巨大冲击力，被贮存在沟底的铁水缓冲，有效地保护了主沟冲击区的耐火材料。

传统的单铁口高炉主铁沟沟底坡度较大，而且撇渣器出铁口沟底标高几乎接近于撇渣器前端进铁口处主沟沟底的标高。

因此，每次出完铁以后主沟沟底不会留存残余铁水，并完全暴露在空气中。

更有甚者，为了使铁沟温度迅速降低以便清渣和铺沙，很多工人操作时还要向刚出完铁的沟内浇水。

因此，小高炉铁沟耐火材料会反复出现因温度骤降和水冷而发生收缩开裂等急冷急热的损坏问题。

由于沟底不存铁水，因此出铁冲击区的铁水流对沟底冲击损害严重，而这种落铁点冲击正是小高炉主铁沟损坏的最重要原因之一。

但是，到目前为止，还没单铁口半储铁式铁沟的工艺方案与实践，主要是因为没有合适的快干快烘铁沟浇注料来进行配套，无法实现后续的快速修补与维护，而这种铁沟的修补又是必须的和持续的。

由于有了上述新研制的快硬快烘铁沟浇注料，因此将单铁口高炉出铁主沟改造为贮铁式铁沟结构就有了物质条件。

贮铁式铁沟的设计主要考虑以下几种情况：(1)、根据炉前平台情况合理设计铁沟的长度和宽度；(2)、必须保证沟内铁水能在5个小时以内不会凝固，即要考虑沟内铁水容量；(3)、沟的保温性能，使铁水不至于过快冷却，也不会对周围的钢筋混泥土产生热冲击；(4)、合理设计铁沟的坡度,使渣铁分离较彻底；(5)、撇渣器大闸的设计；(6)、安全性能,即永久层的保护功能。

贮铁式出铁主沟的改造或设计方法如下：首先抬高撇渣器出口端沟底的标高，使其远高于撇渣器进铁口处主沟底的标高。

主铁沟从出铁口向撇渣器方向约1m处开始，沟底标高迅速下沉，改变原来坡度均匀下降的设计，使得沟底坡度减小，以便在高炉每次出完铁水后主沟内能够存留足够的铁水。

主沟要有一定的长度(中小高炉8～14m)和坡度(中小高炉8％～10％)，铁水在沟内流速低于1．5～1．7m／min以保证渣铁在主沟内充分分离，渣中带铁率小于O．1％。

这种储铁式铁沟大大改善耐火材料的急冷急热环境，耐火材料得到更好烧结，更利于耐火材料的长寿。

按照本方案改造或设计的主铁沟，每次新出铁水从出铁沟喷出并抛物线落下时，铁水不是直接落在沟底耐火材料上，而是落在了残存的铁水表面（含渣液），这将给沟底耐火材料以极好的缓冲，对延长耐火材料寿命有极大好处。

三、撇渣器的结构改造传统的撇渣器都是使用捣打料，大部分采用正副两组，以便出现问题时快速更换。

也有采用一组的，是碳质捣打料加水管冷却。

前者使用寿命为1～3个月（大部分是1个月），后者使用寿命则是半年左右。

需要说明的是，碳质捣打料加水冷的撇渣器，虽然使用寿命较长，但耗水量大、能耗高，而且如果一旦出现漏水问题，则会出现重大事故。

实际上，撇渣器最易损坏的部分是中间的过梁。

在改造主沟的同时将撇渣器改为可更换式过梁，即撇渣器过梁是预制块并事先仔细烘烤过。

由于过梁可快速更换以及沟底浇注料的长寿命，因此，新型撇渣器无需再备“副撇渣器”，这不仅可节省了成本，还为出铁场节省了可贵的炉前作业空间。

为了尽可能使撇渣器与铁沟修补工作同步，撇渣器过梁材料的设计与选择至关重要，撇渣器横梁材料的理化指标见表1。

四、铁沟浇注料的施工(1)、铁沟浇注料在施工前必须保证材料准备到位，外围设备如行车、搅拌机、振动棒等设施完好齐全，确保施工能连续进行。

(2)、放料搅拌时，每次以同等料加入到搅拌机中，并严格按标准加入水，水量过多过小都会影响浇注料的施工质量和使用质量。