高炉出铁沟用耐火浇注料的研究进展
发布日期： 2020-04-15 08:57:00 阅读量（567） 作者：张红高炉出铁沟是耐火浇注料应用的典型的大型设备之一，也是对防爆浇注料需求最迫切的技术领域。为此对其浇注料的发展作一介绍。
高炉出铁沟是引出高温铁水和熔渣的通道，是高炉生产不可缺少的重要组成部分。在生产过程中要经受几种因素的破坏作用，具体如下：
(1)流动的高温铁水和熔渣的剧烈冲刷和侵蚀作用(距出铁口5米内最为剧烈);
(2)高炉炉渣的化学侵蚀作用和铁水的渗透;
(3)间歇出铁时剧烈的热震破坏作用;
(4)不良操作对出铁沟的破坏(如不断打水等)。
根据高炉炉前施工和使用要求，出铁沟耐火材料还必须满足以下条件：良好的施工性能，可进行快速施工并能够快速烘烤而不炸裂，在施工和使用中不产生有害气体，不污染环境不粘渣铁，便于解体和修补。
1、大高炉出铁沟用耐火材料
随着高炉的不断大型化以及高压操作和高温鼓风等措施的实施，高炉的冶炼条件不断强化，铁水温度提高，流速加快。例如宝钢4063m3高炉铁水1510℃～1570℃，出铁量增大5～7吨/分，为0.9～1万吨/天。为适应出铁沟的日益苛刻的使用条件，提高出铁沟使用寿命，国内外对高炉出铁沟的材质和施工方法都进行了大量的研究和改进。
七十年代以前，出铁沟大都采取粘土熟料、石英砂、焦炭粉、结合粘土或焦油沥青等组成的传统捣打料，铁沟捣打料甚至都不属于耐火材料行业的产品范围，由铁厂炉前自行配置解决。
随着高炉出铁沟对耐火材料要求的不断提高，铁沟料已经由过去简单的人工捣打逐渐变成机械振捣，Al2O3-SiC-C质材料彻底替代了粘土熟料、石英砂、焦炭粉、结合粘土或焦油沥青等组成的传统捣打料。七十年代以后，各种浇注料不断兴起，铁沟料也随之得到相应的改变。如日本，在大型高炉上试用铁沟浇注料;澳大利亚采用刚玉-碳化硅-沥青-树脂组成的浇注料在铁沟上使用效果比较理想;法国在主沟和支沟上分别采用了超低水泥和低水泥浇注料也取得良好效果;英国多出铁口高炉铁沟也在试用不同的浇注料，而单铁口铁沟则使用干震料，背衬以浇注料作永久层;德国、美国等许多高炉也采用了浇注料。
我国的大高炉始于宝钢一期工程(1号高炉)，铁沟料的研究也同时启动。
宝钢1号高炉于1985年9月份投产，容积为4063m3。开工初期使用的仍然是日本七十年代的低气孔致密电熔刚玉和碳化硅为主原料的捣打料。随着宝钢钢产量逐步提高，捣打料的使用寿命短、劳动强度高、材料消耗高等问题日益突出，1987年宝钢引进并同时由冶金部建筑研究总院开发的铁沟浇注料，成功地取代了捣打料。该浇注料是以低气孔致密电熔刚玉-97碳化硅-碳组成，纯铝酸钙作结合剂。浇注料施工维修方便，劳动强度低，使用寿命长，消耗少，使用安全。在主沟损蚀最严重的部位，浇注料千吨铁水熔损速率一般都在4mm以下，浇注料累计通铁量达30万吨左右。1992年，宝钢1号高炉的通铁量曾突破40万吨。而捣打料仅被作为沟与沟之间接头与临时修补时使用。
武钢新3号高炉为我国自行设计建造的第一座大型高炉(容积3200m3)，4条出铁沟均采用洛耐院研制的高档铁沟浇注料，1991年10月正式投产，主沟一次性通铁量52万吨，吨铁耐材消耗仅0.3933Kg。
随着对大高炉铁沟浇注料的深入研究，又将铁沟浇注料细分为主沟铁线料、主沟渣线料(位置详见图1)、铁沟料、渣沟料、摆动溜槽浇注料(或叫倾注沟浇注料)、修补料、喷补料等不同部位、不同用途的浇注料。这些浇注料虽然都是Al2O3-SiC-C质料，但根据使用部位的重要与否，Al2O3可以调整成致密电熔刚玉、棕刚玉、88铝矾土等多个等级，SiC也有12～60%的不同加入量的区分和97SiC、95SiC、93SiC、90SiC等多个档次搭配选择。
图1高炉主沟纵向剖面图
由于大高炉出铁沟有足够的时间修补(通常是用3备1，或者用2备2)，铁沟浇注料的防爆措施并不严格。但是，在实际的使用过程中，炼铁厂往往对耐火材料提出很多附加条件，迫使大高炉主沟也经常被热修补(比如炼铁厂规定，通铁量必须≥15万吨，达不到就不能结算，哪怕是14.9万吨也不行。在这种情况下，主沟必须通过热修补或热喷补才能达到结算标准)。所以，对大高炉铁沟浇注料增加防爆措施也是必须的，否则无法满足实际使用要求。
2、小高炉出铁沟用耐火材料
小高炉出铁沟耐火材料是指单铁口出铁沟使用的耐火材料。
当高炉仅有单铁口时，其出铁沟需要快速修补，施工时间不能大于每次出铁的间隔时间(约40～60分钟)。由于这种近乎苛刻的要求，水泥结合的浇注料根本无法满足要求。所以，绝大多数单出铁口高炉都在使用免烘烤捣打料。该料能够满足施工后不需要烘烤或快速烘烤的要求，但其体积密度偏小，耐压强度偏低，抗侵蚀能力较差，抗冲刷能力更差，加之维修频繁(有些铁沟几乎每班一修)、劳动强度大(频繁的修补不仅劳动强度大，还增加了很多危险)、不符合环保要求(沥青、树脂要冒黄烟)等显而易见的缺点，所以，使用新材料解决以上问题迫在眉睫。
大型铁沟浇注料能够使铁沟长寿命，但不能满足小高炉铁沟施工要求。免烘烤铁沟捣打料虽然能够满足施工要求，却又无法使铁沟达到较长的使用寿命。那么，要研制能在热态下施工、快速升温而不爆裂的水泥结合浇注料以及快速修补技术，满足中、小型高炉铁沟的快速施工、延长使用寿命的需求，就成了一个重大课题。
近年来，国内不少厂家在此方面所做的工作，主要集中在使用树脂作结合剂制成铁沟快烘快干浇注料，取得了一定的成果。例如某公司在2500m3高炉(双出铁口)主沟上，全线(整沟)热态施工，从清理、支模、浇注、养护、脱模、烘烤、出铁等，在15小时内完成，不修补通铁量达10万吨。而在2500m3高炉(双出铁口)主沟上修补使用，两次出铁间隔仅6小时，其中清沟2小时，浇注2小时，烘烤2小时，通铁量达7万吨。但是，在单铁口高炉的铁沟上使用水泥结合浇注料整体浇注，在2008年之前尚未见报导。
中小高炉出铁沟的改造除了浇注料防爆性能的研究之外，还把主沟和撇渣器结合在一起，改造成半储铁式或储铁式铁沟，可更换式撇渣器过梁。有效地降低了铁水对铁沟耐火材料的冲击，改变了耐火材料急冷急热的使用环境，也起到了延长铁沟料使用寿命的重要作用。
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