本钢新一号高炉主铁沟浇筑模具改造与创新

本钢新一号高炉主铁沟浇筑模具改造与创新
张守喜，刘庆涛
（本钢炼铁总厂，辽宁本溪117000）
【摘要】为了解决：本钢新1号高炉出铁时，由于铁水喷射到主铁沟内侵蚀耐火材料，造成内墙脱落变薄降低高炉主铁沟使用寿命；由于主铁沟横向跨度增大，主铁沟隔热罩距离渣铁太近，冲刷侵蚀快，缩短使用寿命；出铁后，主铁沟内墙浇筑料由于冬季气温寒冷和暴露在外而发生萎缩炸裂现象，需及时进行喷补才能持续生产这种状况，采取了改良主铁沟浇筑模具，对局部外形进行创新，进而加厚主铁沟落铁点处的侧壁，并形成通道节流来阻碍和降低铁水动能等技术措施，取得了成效。

不仅满足生产急需，而且每年降低备件、耐火材料采购费用368万元。

关键词：高炉主铁沟；浇筑模具；隔热罩；改造创新
中图分类号：TG659文献标识码：B
DOI：10.12147/ki.1671-3508.2021.11.019
Benxi Steel New No.1After the Main Blast Furnaceiron
Groove Casting Die Transformation and Innovation
Zhang Shouxi，Liu Qingtao
（Benxi Steel Iron-Smelting Plant,Benxi，liaoning117000，CHN）【Abstract】In order to solve the blast furnace iron of the new No.1Benxi steel,from the molten iron of iron mouth of the main iron ditch wall formed by the huge impact,cause the main iron ditch the lining erosion is serious,reduce the service life of the main blast furnace iron groove. Main iron ditch wall after impact erosion,due to the span increases,the iron groove heat shield lining refractory direct contacrt with the iron slag,scour erosion fast,shorten service life.After the iron,the iron ditch lining refracory due to repeated because temprature drop and air cooling shrinkage cracking phenomenon,frequent repair to maintain production.Reform and innovation of the main iron ditch wall,make the main iron molten iron in the impact point of iron wall thicking,and form the throttling mouth to limit the hot metal flowing speed and other technical measures,obtaining good results.Not only meet the needs of the production,and reduce the spare parts cost4.68milion yuan each year.
Key words:the main blast furnace iron groove;casting die;heat shield;innovation
1引言
高炉主铁沟是渣铁及时排放的通道，它是高炉生产工序中的一个极为重要的环节，必不可少。

本钢新一号高炉共有4个出铁场，主铁沟外壳设计为全风冷结构，所有主铁沟内衬均采用氧化铝微粉、氮化硅、有机纤维、水泥等一次浇筑成型。

由于主铁沟结构设计上存在瑕疵，再加上高炉不断强化管理渣铁排放量迅猛增加，主铁沟每天流过铁量达1.1万吨，流过渣量超过3千吨，导致主铁沟内浇筑料侵蚀快影响高炉生产。

主铁沟浇筑模具不仅决定了主铁沟内衬结构形状，同时也决定了主铁沟的壁厚，所以，对主铁沟浇筑模具改造很有必要。

2主铁沟的结构及性能
2.1结构
全风冷贮铁式主铁沟结构由钢甲、环冷通风道、永久层、耐火砖、浇筑料、炉渣排放口、撇渣器、残铁孔等组成（见图1），主铁沟采用钢板箱体夹层结构，钢板之间夹层空隙宽度为120mm，夹层之间分散设置垂直钢板拉筋，拉筋相互之间形成冷风通道，利用鼓风机作为风源对主铁沟钢壳进行冷却，防止钢壳变形。

2.2性能
全风冷贮铁式主铁沟设计长度为22m、浇筑后宽度为1.45m、坡度为5°、最大深度为1.5m。

铁次之间，主铁沟内部存储60t高温熔融渣铁，此时红铁表面凝固成硬壳，确保下次连续出铁时内部渣铁不会凝固。

由于铁的密度大于渣的密度，渣铁流经撇渣器时铁水从大闸底部流进铁罐，炉渣从撇渣器上部流进冲渣池。

主铁沟浇筑料的理化技术指标如表1所示。

图1贮铁式主铁沟剖面图
表1主铁沟浇筑料的理化技术指标
3主铁沟破坏机理
3.1机械侵蚀
高炉出铁口高出主铁沟水平面300mm，且主铁沟具有5°的斜坡，高炉顶压为0.24MPa。

出铁时，渣铁带压从出铁口喷射而出，直接冲击主铁沟周围各部位浇筑料，并且形成涡流集中冲刷侵蚀落铁点周围浇筑料，造成耐火材料颗粒脱落形成机械侵蚀，它是主铁沟破坏的最主要原因,危害极大。

3.2化学侵蚀
因主铁沟浇筑料中含有氧化铝微粉、氮化硅、有机纤维、水泥等部分属于酸性材料，而炉渣属于碱性材料，两者相遇不可避免的发生化学反应生成化合物和水形成化学侵蚀，化合物从浇筑料中分解出来形成炉渣，水分高温气化蒸发掉，化学侵蚀速度极小，危害不大。

3.3温差应力
出铁时，渣铁带压从出铁口喷射而出时温度大于1,450℃，出铁间隔期间，主铁沟暴露在室外，出铁过程中存储的热量由外向内渐渐降低，由于温差作用主铁沟产生内应力，使浇筑料产生开裂或裂缝，加剧侵蚀。

4模具改造
4.1主铁沟炸裂及隔热罩烧毁原因
出铁间隔期间，主铁沟裸露在室外，渣铁自身携带的热量由外向内渐渐降低，由于温差作用主铁沟钢结构产生内应力造成连接焊缝胀裂，拉扯浇筑料产生开裂或裂缝，如图2所示，加剧破坏，缩短使用寿命，一般只用3～5天就必须上补，最短的甚至每出铁间隔期间修补一次，增大了炉前维护工人的劳动强度。

图2主铁沟浇筑料爆裂导致钢甲开裂
另外，主铁沟内部耐火材料被渣铁侵蚀掉后，造成主铁沟宽度增加，隔热罩外壳钢结构距离渣铁太近，烧毁隔热罩，导致主铁沟隔热罩更换频繁维修，增加维修和备件成本，如果该隔热罩严重烧毁无法移动，如图3所示，将造成铁口堵不上铁水外溢事故。

4.2主铁沟浇筑模具改造创新
现有的高炉主铁沟浇筑模具结构如图4a所示，它是用0.01m厚钢板焊接而成箱体结构，长:22m，宽：1.45m，前高：1.0m，后高：1.1m。

用它浇筑的主铁沟
化学成分/％
Al2O3≥65SiC+C
≥16
体积密度
（115℃×24h）
/（g·cm-3）
≥2.9
常温耐压强度/MPa
115℃×20h
≥25
1,460℃×3h
≥47
耐火
度
/℃
≥820
线变化率
（1,460℃
×3h）/％
-0.6~+0.6
浇注料
冷风道
耐火砖
钢壳
永久层
高
炉
炉
内
高炉出铁口主铁沟沟槽炉渣排放口撇渣器残铁孔
（见图4b ），从图4b 可以看出整体主铁沟的耐火材料层厚度均为0.325m ，由于落铁点附近的浇筑料层较薄，抵抗冲刷侵蚀能力较弱。

另外，主铁沟隔热罩盖在主铁沟上，主铁沟两侧被铁水冲掉后，造成主铁沟跨距加宽，隔热罩内壁耐火材料距离渣铁太近，冲刷速度加快，导致主铁沟隔热罩烧毁，频繁维修和更换，增加维修和备件成本，为了改变这种不利状况，对现有的主铁沟浇筑模具结构进行创新改进。

图3
主铁沟内部侵蚀后导致隔热罩外壳烧毁
通过对高炉主铁沟实际使用状况条件及频繁损坏原因进行分析，查明问题的主要原因是：主铁沟浇筑模具的原始设计、结构形状方面存在严重问题。

根据《液压流体力学》流量控制原理，对主铁沟浇筑模具进行局部创新，如图5a 所示，用改造后的主铁沟浇筑模具浇筑的高炉主铁沟，如图5b 所示，落铁点两侧位置的浇筑料比原来加厚0.15m ，并形成5.5m 长流量阻尼节流口，作用是当渣铁通过该阻尼节流口产生减压，降低渣铁动能，减小对主铁沟内壁的撞击力，进而减小对主铁沟浇筑料的机械侵蚀。

4.3
铁水具有的动能计算
改造前、后的主铁沟浇筑模具浇筑的主铁沟平面
图（见图6），根据《液压流体力学》原理，已知高炉容积：4,747m 3,利用系数：2.27～2.41，在这里利用系数取
2.3，由于高炉昼夜连续出铁，铁口直径：ϕ50~ϕ60mm ，则由公式可得：
图4
现有的主铁沟浇筑模具及用它浇筑的主铁沟示意图
图5
改造后的主铁沟浇筑模具及用它浇筑的主铁沟示意图
图6主铁沟浇筑模具改造前、后浇筑的主铁沟平面图
隔热罩内壁耐
火材料直接与渣铁接触
隔热罩烧毁
22m 1.45m
1.1m
1.0m
高炉
高炉
隔热罩
0.325m
主铁沟
落铁点
铁口
（a ）
（b ）
（a ）（b ）
隔热罩内壁
与渣铁太近
22m
5.5m
1.4
5m
1.15m
1.0m
1.1m
高炉
高炉
隔热罩
0.325m
主铁沟
落铁点
铁口
隔热罩内壁与渣铁太近
2.1m
1.45m
1.45m
0.325m
铁
口
22m
22m
16.5m
5.5m 铁口
0.15m
0.475m
1.15m
0..325m
1.45m
2.1m
改造前主铁沟改造后主铁沟
铁口的平均流量：
利用系数×有效容积
时间Q =
2.3×4,7471,440×60
=
=126.37kg/s 铁水的平均流速：
Q ρ铁×π×（D /2）2
V =
126.37
7,800×π×（0.06/2）
2
=
=5.73m/s
渣铁从出铁口流出时的动能：
5.732
2×9.8E 1=
mV 2
=
==1.68N ·m
12V 2
2g 渣铁经过5.5m 长节流口的动能：
E 2=λ·=0.46×·=1.11N ·m
l
d V 2
2g 1.65
1.15 5.732
2×9.8
渣铁经过5.5m 长节流口后的动能损失为：E 1-E 2=1.68-1.11=0.57N ·m 式中
Q ——铁口的平均流量V ——铁水的平均流速ρ铁——铁水密度D ——铁口直径l ——阻尼长度λ——摩阻系数（常数）d ——阻尼宽度E 1——铁水具有的动能
E 2——铁水流经阻尼长度后具有的动能
根据上述计算可知，渣铁经过5.5m 长阻尼节流口后，它的动能损失掉0.57N ·m ，说明渣铁粒子对主铁沟浇筑料的撞击（机械侵蚀）冲击动能减小0.57N ·m ，主铁沟其余16.5m 长度的使用寿命得到保护，实践证明这种高炉主铁沟抵抗冲击（机械侵蚀）能力极强。

5改造效果
解决了浇筑料薄厚不均、铁次间隔期间温差大，
受热不均，出现炸裂现象。

避免经常修补，减轻工人劳动强度，满足高炉要求。

改造后主铁沟故障率大幅下降，对新一号高炉3#出铁场主铁沟2018年（改造前）和2019年（改造后）故障率（见图7）进行分析，明显看出，改造后主铁沟故障率大幅下降。

改造后提高了隔热罩的使用寿命，维修成本大幅度降低，对主铁沟浇筑模具改造后，防止了隔热罩内壁浇筑料与渣铁接触太近侵蚀快，提高了隔热罩的使用寿命，保证高炉的正常生产。

对新一号高炉3#出铁
场主铁沟2018年（改造前）和2019年（改造后）隔热罩
使用寿命（见图8）进行分析，明显看出，改造后隔热罩使用寿命大幅提高。

图7
主铁沟浇筑模具改造前、后故障率对比
图8主铁沟浇筑模具改造前、后隔热罩的使用寿命对比
6
结论
（1）主铁沟浇筑模具的改造，提高了炉前设备的
使用水平，充分挖掘了设备本身具有的潜能，每年可降低备件、材料采购费用368万元。

（2）主铁沟浇筑模具改造后，防止了主铁沟隔热罩内壁耐火材料与渣铁接触太近侵蚀快，提高了主铁沟隔热罩的使用寿命，寿命比原来延长3倍。

（3）高炉主铁沟工作寿命延长，改造前主铁沟工作寿命为40天，改造后，主铁沟工作寿命为80天，避免经常修补，减轻工人劳动强度。

参考文献
[1]朱立明，柯葵.流体力学[M].上海：同济大学出版社，2009.[2]李红霞.耐火材料手册[M].北京：冶金工业出版社，2007.[3]
薛正良.钢铁冶金概论（高等）[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[4]
张启涛，李鑫，张守喜.本钢1号高炉主铁沟浇注模具的改
造[J].炼铁，2016，（1）
第一作者简介：张守喜，男，1966年生，大专，本钢板材炼铁总厂，高级技师，从事工作：液压传动与控制，点检员。

（收稿日期：2021-08-20）
302520151050故障影响时间/h 1月
2月
3月4月
5月
6月
7月
8月
9月10月11月12月
2018年
2019年
16
14121086420
隔热罩使用寿命/天
1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
2018年
2019年。