提高出铁沟使用寿命的实践

王泉明   李一为

（宝钢股份有限公司不锈钢分公司炼铁厂，上海，200431）

摘　要  通过优化出铁沟施工中的环境温度、搅拌水量、养生时间、凝结时间等影响因素辅助以出铁沟修补技术，2500m³BF出铁沟由开炉时的7万吨提升至目前周期13万吨的水平，年节约出铁沟14.7条，降低相关成本50%以上。

关键词  出铁沟  养生强度  硬化  浇注料

1        前言

随着炼铁技术的发展，高炉产能的提高，加大了出铁沟系统的负荷，增大了对出铁沟耐火材料的侵蚀破坏程度，使其筑衬及修补费用大大提高。因此，除了不断开发出品种更多、适应性更强的不定形耐火材料，还对高炉出铁沟系统的使用及管理技术提出了更高的要求，以此来减少成本支出，节省资源消耗，减少影响高炉生产正常运行的不稳定因素，提高安全生产可靠性。

2  现场使用结果

宝钢股份不锈钢公司2500m³高炉开炉初期，由于对大型高炉在浇注料的施工、养护和维护等环节上缺乏经验，出铁沟浇注料在施工或使用过程中常会出现以下不良情况：

1）       环境温度高时未及时振动而凝结、温度低时自然养护24小时不硬化；

2）       施工加水量偏大，造成偏析、施工体早期强度低、烘烤（爆）炸裂等；

3）       修补的料从残衬上脱落；

4）       单一的浇注修补施工需要的时间长、劳动强度大，影响正常的生产秩序；

5）       浇注料的使用性能不稳定，使用中的状况和耐用性波动较大；

6）       早期的脱模强度偏低，特别是在浇注新出铁沟和残衬温度偏低时，在脱模或其它相关操作时，易给浇注体带来损伤；

7）       由于施工或烘烤中产生了裂纹等内伤，在使用过程中经常会用不同程度的剥落；

8）       铁沟上沿由于产生的偏析，耐熔损性差，损毁严重，经常伤及两侧的钢板；

9）       因施工时造成的浇注料内部不均匀的影响，在使用的中后期，常会有结构疏松、强度降低、抗损毁性能恶化的现象。

3　出铁沟使用寿命的影响因素

影响出铁沟浇注料施工质量的因素很多，除了振动棒的插入深度、振动时间、插入间隔范围控制、养护、烘烤制度合理化等要素之外，环境温度、加水量和施工时间等也是其中关键的因素。

3.1 环境温度

环境温度对出铁沟施工质量的影响较为复杂，出铁沟的施工有冷态和热态之分。从气候条件上存在冬季（气温低）、夏季（气温高）和春秋季（气温适中）的差异。对于冬季时的冷态施工、夏季时的热态施工等极端的施工条件，都需进行必要的技术处理，以减少和避免意外损伤，从而保证浇注料的施工质量，发挥其应有的使用性能。

3.1.1低温下的冷态施工

在冬季冷沟施工，首先必须要保证浇注料不被冻坏，决不能产生冻结，否则易造成施工体无强度。其次，由于环境温度低，浇注料的硬化时间慢，即水泥的水化进程缓慢，导致施工体的早期强度亦增长缓慢，使施工体不能为24小时脱模提供足够的强度，这种情况下如强行脱模，轻则造成浇注体表层损伤，重则使浇注料产生内部损伤（例：易在损伤处产生开裂与剥落现象），在此情况下施工，浇注料施工后须进行养护一天再进行脱模就比较合理。再次，由于浇注体内发气剂尚未充分发气产生排气通道，加上早期强度稍低，烘烤时稍有不慎，就可能会使浇注体内产生裂纹，甚至爆裂，导致临时解体，使出铁沟需重新浇注，打乱修理周期的安排。

如图1可见，如果养护温度较低（如15℃情况下），用于烘烤防爆的金属铝粉反应生成气体总量的时间，明显早于浇注料养生过程中产生足够早期强度的时间，浇注料易出现膨胀、开裂的现象，导致组织结构的劣化。而在较高的温度下养生（如在60℃情况下），浇注料养生过程中金属铝反应生成气体最大值的时间，与浇注料养生强度迅速提高到趋于缓慢增长的突变点时间几乎重叠，则可解决金属铝反应导致的鼓胀、开裂问题，且金属铝反应生成物又对浇注料有补强作用。在实际操作时，如果养生温度达不到技术要求，可以考虑施工结束后在模具内用小火烘烤养护，但养护用火的温度、烘烤面是否均匀要进行合理控制。

3.1.2 高温下的热态施工

夏季时对热沟的施工，需进行更充分的准备工作。首先，要在条件允许的情况下，采用撒水、加速空气流通等方法尽快降低施工部位的残衬温度，减轻施工条件的恶劣程度；其次，必须保证浇注料的每一批料在下一批料到达之前将其浇注到位、振动完毕（避免新浇注部分与残衬间分离、脱落），并尽量缩短相邻两料之间的浇注时间间隔，以避免产生不融合或分层现象——即产生多孔和层裂。这种薄弱部位使用中会发生熔损不均匀，甚至造成孔洞，很难修补，从而影响整个浇注体的使用寿命。另外，在高温状态下，浇注料的表层脱水速度很快，而其凝结的速度相对也较快，易出现“结皮”现象。如不对其进行处理，则浇注料的排气及排气带出的浆体在“结皮”处将受阻，会使在表层下的浆体堆积，导致将表面向上顶起而产生臌胀，对沟沿和部分渣线部位产生破坏。这些部位的抗熔损性能极差，需重新进行修补。

3.2  加水量的控制

浇注料的使用效果为“三分配方、七分施工”。这说明了现场施工的重要性，而其重中之重是对浇注料加水量的控制。

在施工加水量偏大的情况下，可以明显缩短搅拌时间，使浇注料的流动性增大，并可以减少振动的时间，从而在施工时降低劳动强度，节约施工时间。

然而，实践证明，当加水量偏大时的振动，极易造成浇注料颗粒与细粉的分层。上表层易富集很厚的浆体，由于透气性差易造成养护时浇注料臌胀，且上表层强度差，使用时上沿很快被熔损掉，并烧坏主沟钢板，同时浇注料的整体耐用性也较差。若一味强调低用水量，尽管在实验室中可能得到较好的理化性能数据，但在现场往往得到的却是含有大量气孔的施工体（振动棒施工），密实度得不到保障，导致抗渣、铁渗透侵蚀性能下降，影响使用寿命。

因此，对合理控制加水量应该有一个全面的认识和衡量，这样才能保证浇注料的施工质量和使用寿命。由图2可知，在浇注料加水量达到最佳值后，随着加水量的上升，强度、体积密度均明显呈下降趋势、显气孔率与熔损速率明显呈上升趋势。浇注料强度的下降导致其抗冲刷性能下降，显气孔率上升、体积密度的下降反映在浇注料的内部气孔增大、密实度下降，抗渣、铁渗透侵蚀性能下降，使用中熔损速率明显增大，缩短了出铁沟的使用寿命。

3.3 恰当的凝结时间

浇注料的凝结时间，对浇注料本身的施工性能、可施工时间的控制及使用寿命有较大的影响。

出铁沟浇注料的施工环境较为复杂，其中多数场合为修补浇注。由于施工是在高炉炉台上进行，正在出铁的其它出铁沟及出铁口的温度影响，特别是所需修补沟本身的残余热量较大，温度较高，使出铁沟浇注料在施工过程中，硬化速度变快，影响施工质量。在这种环境中铁线料确保有一小时左右的初凝时间，才能避免渣线料与铁线料之间的分层。渣线料同样需具有一小时左右初凝时间，方能确保金属铝反应能在浇注料表面形成通道。否则轻则金属铝不仅未起到烘烤防爆作用，反应生成的H₂被封闭在浇注料内，增加了烘烤开裂、爆裂的几率，重则损伤组织结构而影响使用寿命。因此须辅之以一定量的调凝剂，以此来调整控制铁沟浇注料的凝结时间和硬化速度。

出铁沟浇注料属（超）低水泥结合体系，通常可以通过水泥对浇注料的硬化速度和可施工时间方便进行控制，也可在特殊许多条件下加入缓凝剂或促凝剂进行调节。

实践表明，延长可施工时间确实为施工提供方便，但却明显影响了浇注料的早期强度。这对从施工到脱模不足24h的施工体的影响往往是致命的，即使对于熟练的操作工，脱模作业也很可能轻则直接损坏施工体，重则造成施工体结构的内在损伤，在投入使用时出现片状剥落，而不得不提前休止，打乱出铁沟修补的周期安排，严重影响安全生产。使浇注料初凝时间延长，阻碍水化进程——影响脱模强度，施工浇注料常有膨胀开裂现象出现。因此在延迟浇注料硬化速度的同时，如何使其早期脱模强度尽可能减少损失，是至关重要的，因此要均衡施工时间与凝结时间两个方面，选择合适的凝结时间。

合适的凝结时间可以根据以下四个方面进行确定：

1）可施工时间充分。

2）在浇注料加水搅拌并浇注的初期，发气剂早期反应缓慢，生成的气量少，而主要在浇注体中形成微观的排气通道，为浇注体创造良好的透气性。

3）施工结束后不久，浇注体的凝结和硬化，水泥水化发热使浇注体温度迅速上升，促进浇注体的强度加速增长。同时金属铝粉发气量不断增大，把水分带出浇注体，这样就可避免产生臌胀和开裂。

4）合适的凝结时间能很好地解决浇注料的可施工时间、早期的强度、金属铝发气时间和发气量关系等问题，降低了对施工时残衬温度的要求，在保证浇注体性能完好的同时为出铁沟浇注料的现场施工提供了便利。 

通过多年的现场摸索，对出铁沟浇注料的整个浇注和使用过程进行了多方面的完善和优化，效果明显。

1）施工过程不断完善

只有减少影响施工的因素，才能保证施工体质量的稳定性，保证浇注料充分发挥其使用性能。经过多年的实践，优化了施工工艺，消除了不利因素。浇注料的实际使用效果表明：整体解体浇注和热修补浇注的质量波动大大减少。在高炉开炉初期出现在浇注料的施工、养护和维护等环节上存在的诸多问题，都从根本上得到了解决。出铁沟浇注料的施工和使用性能均能够很好地映证实验室内的理化测试性能。

2）    出铁沟浇注料的使用性能有了长足的进步

主出铁沟经一次热修补和适当的喷补，周期通铁量由开炉初期的7万吨，提高到2003年的12万吨和目前的13万吨以上。支铁沟的通铁量由初期的进行一次以上的修补通铁量7万吨，提高到目前的周期通铁量13万吨以上，基本无修补，甚至能使用两周期。渣沟的周期通铁量由初期的进行一次以上的修补通铁7万吨，提高到目前的同样的使用条件周期通铁量13万吨以上，并可望达到更高的使用周期。

2500m³高炉年产生铁220万吨，主出铁沟周期通铁量由7万吨增加到13万吨后，全年用沟由31.4条减少到16.9条，节省了14.5条，单沟料就减少了45.6%的投入，如果加上施工、设备、烘烤、解体、运输、人员等投入，可节约相关成本在50%以上。

通铁量的提高和合理选择修补方法大大减小了出铁沟施工和修补的作业量，大铸作业区作业人员从开炉时一座高炉19人，减少到目前两座高炉共10人，为企业整体的减员增效做出了贡献。

4  结论

通过对出铁沟浇注料整个使用过程的施工与修补技术的完善与工艺优化，不仅明显提高了出铁沟浇注料的使用寿命，经济效益可观，而且为标准化作业的制定提供了大量实际、可操作的基础依据。通过对出铁沟的施工过程控制与合理的修补技术的改进，保证了高炉的正常生产秩序，降低了生产成本，为企业的可持续发展作出了贡献。

参考文献

[1] 严允进.炼铁机械, 北京：冶金工业出版社，1980.4，1：42-50 (Yan yun-jin,the machine of iron making, Beijing: Metallurgy Industry Publishers,1980.4,1:42-50)

作者：王泉明（1970—）男，大专,炼铁高级； 021－26034010

联系人：李一为，男，宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂生产技术室，高级工程师，021-26033951，13916747930，email: liyiwei@126.com