(整理)单铁口高炉出铁沟长寿技术-世界金属导报1911期

单铁口高炉出铁沟长寿技术一、前言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稳产、顺产的重要保证。

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。

一般大高炉都有2个以上的出铁沟，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1000m’以下的中小型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A1203，—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短时间烘烤即可立即直接过铁水，可以满足较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小女全囚素，还有树脂的烟尘有毒有害问题!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。

北京联合荣大公司为此曾开发能够快硬快烘的树脂结合A12O3，—SiC—C 质浇注料(专利：铁沟面烘烤浇注料及单铁口高炉出铁沟浇注料造衬工艺，专利号2006100869258)，替代捣打料来解决单铁口高炉出铁沟使用寿命短的问题，并在一些高炉进行了应用。

该技术虽然解决了施工体的密实性问题，但这种浇注料由于主要是树脂结合，树脂用量相对较大，树脂自身的烧后松散造成烧后浇注体结构疏松，铁沟的抗侵蚀抗冲刷能力似乎还有欠缺，使用寿命远不如大高炉所用的低水泥结合A1203，-SiC-C质浇注料。

而且树脂结合浇注料在烘烤时树脂的烟尘造成的炉前环境恶劣问题依然存在。

在总结经验与大量实验的基础上，北京联合荣大公司通过对大型高炉用低水泥结合M203—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。

在工程实践中还借鉴大高炉主铁沟普遍采用的储铁式结构，将中、小型单铁口高炉出铁主沟也改造成储铁式或半储铁式结构，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。

二、低水泥结合A1203—SiC—C质浇注料的改性研究大高炉用低水泥结合A1203—SiC—亡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，也是本研究的主攻方向。

本试验的基本思路是：以大型高炉用A120，—SiC—C质铁沟浇注料为基质，加入各种防爆改性材料，使其具有快硬快烘的性能。

防爆试验方法是将浇注料浇注成100*100*60的方块，浇注后1.5—2h即放入电炉中，观测其爆裂的程度。

进一步放大样试验是将浇注料浇注为50kg以上的预制块，同样是浇注后1．5—2h即脱模并立即放在10000C左右的炭火上进行烘烤，检验其爆裂情况。

1，加入发气剂改进防爆性能金属A1粉能够与水反应生成H2气，因此浇注料中加入少量A1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A1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，因发气量人多，致结构强度降低。

发气量跟金属Al粉的细度和数量有关，铝粉粒度越细，数量越多与水反应发气越剧烈，产气量越多越集中，越易产生鼓胀开裂，影响体积密度，降低强度。

所以，必须严格控制金属Al 粉的细度与加入量。

除Al粉之外，本案还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、CO：、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，本案通过加入促硬的助结合剂，保证浇注料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。

研究还发现，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大约1h即能固化脱模，固化后的样块直接放到450~C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1000C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，硬化后的试样直接放进5000C的高温炉内保温后，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CAHl0的生成，也可提高浇注料的防爆裂温度。

为进一................. 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储铁式铁沟结构就有了物质条件。

储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。

本方案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。

式对乳剂防爆剂进行了应用研究， 通运用量匹配研究，将浇注料抗 爆裂温度从原来的安全防爆温度减小， 5000C 提高到8000C ，使快干防爆 浇注料有了更安全的使用性能。

“运过上述一系列改性研究，获得了系列低水泥结合A1203 —SiC-C 质快干防爆浇注料，性能如表1所示。

三、主出铁沟储铁式改造大高炉铁沟之所以通铁量 高，使用寿命长，不仅因为是使用高档次的Al 2O 3 —SiC —c 质 浇筑料，而且因为应用了储铁式结购。

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。

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、使用实例与效果2008年9月，利用沙钢集团淮钢特钢公司450m3高炉大修之际，北京联合荣大公司对其铁沟进行了整体改造：炉前全部铁沟(包括主沟与支沟)全部采用低水泥结合A1203-SiC-C质快干防爆浇注料进行整体浇注，主出铁沟改造为储铁式，采用单一撇渣器，并将撇渣器改为可更换预制过梁式。

主沟施工结束2h，就已经硬化，可以脱模。

脱模2h后即开始烘烤，4h后大火升至800℃。

实践证明：快干防爆铁沟浇注料的成功研发和单铁口高圹出铁沟储铁式改造技术(专利号200820180405．8)的应用，将使小高炉出铁场的作业现场发生革命性的改变。