新型防爆铁沟浇注料与单铁口高炉出铁主沟储铁式结构改造实践

新型防爆铁沟浇注料与单铁口高炉出铁主沟储铁式结构改造实践The practice of transforming the main trough of blast furn aces with single taphole into iron store structure with ne w anti-explosive castable refractory(北京联合荣大工程材料技术研究院)[摘要] 开发了一种防爆性能优异的Al2O3–SiC –C质铁沟浇注料，并用此浇注料整体浇注单铁口中小高炉出铁沟，同时将出铁主沟改造为储铁式结构。

450m3高炉铁沟改造实践表明：出铁沟整体浇注并将出铁主沟改造为储铁式结构后，主铁沟无修补通铁量可达12万吨以上，由于新型铁沟浇注料具有优异的防爆性能，主沟套浇修补可以在高炉定期休风期间的6～12小时时间内完，支沟的临时套浇修补可以在两次出铁间隔之间安全完成。

该技术彻底改善了单铁口高炉炉前作业环境，并大幅度降低铁沟维护劳动强度。

[关键词]中小高炉，单铁口，铁沟，浇注料，防爆[Abstract] A newly researched anti-explosive castable refractory is d eveloped and applied for lining the whole trough of middle and small sized blast furnaces with single taphole, while the main trough is tr ansformed into iron store structure. Result from the practice of a 45 0m3 BF shows that during the interval time of two repairing operation the main trough can sustain 120000 tons iron of continuous passing t hrough and the surface recasting repairing operation for the main tro ugh can be arranged and finished during the interval time, generally 6~12 hours, of a normal preventive overhaul of the blast furnaces, du e to the excellent anti-explosive performance of the new castable. Th e temporary surface recasting repairing operation for the branch trou ghs can be finished during the interval time of a normal stop up and next opening of the taphole. By using the new technology the front pl atform operation environment of the blast furnaces with single taphol e can be revolutionarily improved and the intensity labor of maintain ing for the trough has been reduced in vast scale.[Key word] middle and small size blast furnace, single taphole, trou gh, castable refractory, anti-explosive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[1～4]。

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。

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焦油、沥青或树脂结合Al2O3–SiC –C 质免烘烤捣打料捣打铁沟内衬[4～6]。

但因为捣打的沟衬密实性差、结构疏松、不耐冲刷，因此捣打铁沟的使用寿命一般只有3～7天，有的甚至只有1天寿命，每天都要修补落铁点，修补劳动强度极大。

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[5-8]，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。

但常规的大高炉用低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料不适用于单铁口高炉出铁沟的浇注与修补，因该材料浇注后必需要时间养护且不能过快速度升温烘烤，否则会出现强度过低和浇注体爆炸事故。

而单铁口高炉实际工况是每天需要出铁15～18次，小修小补只能在两次出铁间隔的大约30～60 min内完成，高炉定期休风一般每2～3个月一次，但每次休风时间也只有6～12小时，无法满足常规低水泥结合Al2O3–SiC–C质铁沟浇注料的施工时间要求。

即使是铁沟在首次基建（有足够的烘烤时间）采用了常规低水泥结合Al2O3–SiC–C质铁沟浇注料，但在后续使用过程中也只能恢复使用捣打料进行修补，关键是没有适用于单铁口高炉铁沟快节奏生产的快硬防爆Al2O3–SiC –C 质浇注料。

二、防爆Al2O3–SiC–C 质浇注料在总结经验与大量实验的基础上，北京联合荣大工程材料有限责任公司研发出了一种新型的防爆Al2O3–SiC –C 质铁沟浇注料。

该浇注料的最大特点是能快速升温而不爆裂，并能够在热态基面上施工，因而可以实现后续维修维护时在高温热态基面上进行套浇的工艺，满足中、小型单铁口高炉铁沟的快节奏生产工艺要求。

防爆试验的方法是将浇注料浇注成100×100×100mm的试块，大约1小时后即脱模（已硬化），立即将湿试块直接放入已经保温在800℃的马弗炉中，30mi n后打开炉门观察。

防爆试验显示：新型防爆Al2O3–SiC –C 质铁沟浇注料湿试块放入800℃的马弗炉30min后没有任何裂纹，并已经烧红。

而用于大高炉的普通低水泥结合Al2O3–SiC –C 质铁沟浇注料湿试块则在放入马弗炉后2～3min内粉碎性爆炸！本公司研制的系列快干防爆Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能如表1所示：三、出铁沟整体浇注与主出铁沟储铁式改造图2 改造后的储铁式主沟结构示意图 1－出铁口，2－主出铁沟，3撇渣器预制横梁，4出铁支沟 图1 传统的非储铁式主沟结构示意图 1－出铁口，2－主出铁沟，3撇渣器横梁，4出铁支沟 传统的单铁口高炉出铁沟纵向剖面示意图如图1所示。

其最大特点是旱沟，即铁沟出完铁水以后，沟内不存铁水。

在结构上表现为撇渣器出铁口沟底标高c 几乎接近于撇渣器前端进铁口处主沟沟底的标高b 。

整个铁沟由焦油、沥青或树脂结合Al 2O 3 –SiC –C 质捣打料捣打构筑而成，撇渣器过梁一般也是由捣打料捣制而成。

由于沟底不存铁水，因此铁水从高炉冲出时，总是直接砸在沟底捣打料上，并造成落铁点沟底严重冲击损坏。

除落铁点铁水冲击损坏之外，旱沟必须的清理残渣残铁工艺也对铁沟造成严重的机械破坏。

清沟时的洒水冷却造成耐火材料急冷急热破坏，也是造成传统捣打旱沟寿命短的重要原因。

在研制出上述快硬防爆Al 2O 3 –SiC –C 质铁沟浇注料的基础上，借鉴大高炉储铁式主沟结构，本案尝试整体浇注单铁口高炉出铁沟，并将出铁主沟改造为储铁式结构。

储铁式出铁主沟的改造设计原理如图2所示：首先抬高撇渣器出口端沟底的标高点c 使其远高于撇渣器进铁口处主沟底的标高点b 。

主铁沟从出铁口向撇渣器方向约1米处开始，沟底标高大幅度下沉，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。

按照本方案改造设计的主铁沟中，铁水从出铁口喷出并落入铁沟时，铁水不是直接落在沟底耐火材料上，而是落在了储存的铁水表面（含渣液），这将给沟底耐火材料以极好的缓冲，对延长落铁点耐火材料寿命有极大好处。

传统捣打铁沟的另一问题是撇渣器使用寿命也不长，一般为1个月，所以大部分设计为正副两组，以便出现问题时快速切换。

撇渣器的损坏主要是过梁，经过一段时间的使用以后，过梁下部被冲刷掉，并造成过渣。

本方案采用防爆Al2O3–SiC –C 质铁沟浇注料整体浇注撇渣器，但撇渣器过梁采用可更换的预制块。

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。

四、使用实践与效果2008年９月，利用沙钢集团淮钢特钢公司450ｍ３高炉大修之际，北京联合荣大工程材料有限责任公司对其铁沟进行了整体改造：拆除原捣打铁沟残衬，将全部铁沟（包括主沟与支沟）用防爆Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料进行整体浇注，主出铁沟改造为储铁式结构。

采用单一撇渣器，并将撇渣器改为可更换预制过梁式，同时废止原水冷横梁系统。

整体浇注铁沟投入使用后，主沟安全使用69天，出铁约12万吨。

炉前作业现场显示：采用储铁式主沟之后，高炉喷出的液态炉渣几乎全部落入主沟内，熔渣保持熔融状态，并及时从出渣口排出，炉前操作完全避免了捣打旱沟每次出铁后大量清理主沟内的冻结的残渣残铁的艰苦作业，也无需每次出铁后向主沟内铺撒黄沙或焦粉。

在此期间，主沟没有经过任何修补，只有支沟大约每隔十天左右需要对沟底局部进行修补。

支沟修补就是简单清理沟底残铁与残渣，然后用搅拌好防爆浇注料直接铺垫，利用沟底预热对新补浇注料进行烘烤，同时在沟内燃烧木柴简单烘烤，支沟修补必需在两次出铁间隔的大约30min时间间隔内完成。

主沟安全使用69天后，利用高炉休风间隔，对出铁主沟进行了首次维修。

首次修补时发现，主沟的耐火材料侵蚀平均厚度大约100mm，落铁点位置侵蚀厚度也不超过150mm，撇渣器预制横梁的侵蚀与磨损也很少。

热修具体操作过程包括：用风镐对主沟内表面的残渣与残铁进行清理后，将原来的主沟模具放入主沟内，用防爆Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料填充模板与主沟残衬之间的缝隙（大约100～150mm宽），并用振动棒震动密实。