大型高爐鐵口噴濺的處理

李偉偉 姜彥冰 龔繼斌

大型高爐鐵口噴濺的處理

李偉偉 姜彥冰 龔繼斌

高爐鐵口不僅受鐵渣頻繁的沖刷，還承受開(kāi)口機(jī)和泥炮的壓力，是高爐本體最薄弱的環(huán)節(jié)。優(yōu)良的鐵口不僅是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，也是高爐長(zhǎng)壽的保證。但隨著高爐的大型化和冶煉強(qiáng)度的提高（高風(fēng)溫、富氧吹噴、高風(fēng)壓等），鐵口負(fù)荷嚴(yán)重過(guò)大，高爐鐵口噴濺成為近年新建高爐的共性問(wèn)題，值得重視。

大型高爐 鐵口噴濺 特種炮泥 流體耐材

鞍鋼股份鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司煉鐵部高爐由中冶賽迪設(shè)計(jì)，爐缸耐材采用美國(guó)UK小塊碳磚和瑞爾陶瓷杯墊，施工單位是寶冶爐窯建設(shè)公司。1#高爐（4038m3）于2008年9月6日投產(chǎn)，2#高爐（4038m3）于2009年4月26日投產(chǎn)，兩座高爐在投產(chǎn)以后均有不同程度的鐵口噴濺問(wèn)題。

1.鐵口噴濺的危害

從出鐵開(kāi)始即有噴濺物，高爐的除塵達(dá)不到要求，會(huì)造成環(huán)境污染；噴濺物加大了爐前工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；高爐鐵口噴濺，炙熱的渣鐵飛濺，極易發(fā)生燒燙傷事故，是高爐生產(chǎn)中極大的安全隱患；噴濺物堆積在主溝兩側(cè)，在堵鐵口作業(yè)時(shí)易出現(xiàn)扛的現(xiàn)象，易損壞爐前設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生堵不上的事故，給高爐的操作帶來(lái)隱患；鐵口噴濺嚴(yán)重降低主溝耐材的壽命；造成鐵量損失，影響高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；由于噴濺造成高爐渣鐵出不凈，直接影響高爐爐況順行，形成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.鐵口噴濺的成因

高爐生產(chǎn)時(shí)，鐵口孔道在高爐爐內(nèi)高壓和液態(tài)渣鐵自身重力共同作用下，將液態(tài)渣鐵定期排放出來(lái)。如果鐵口孔道發(fā)生串氣現(xiàn)象，在排放渣鐵時(shí)，爐缸內(nèi)的高壓煤氣流混入到鐵口孔道的鐵流中，打破了原有的動(dòng)力平衡穩(wěn)定性，就造成液態(tài)渣鐵在排出鐵口泥套時(shí)產(chǎn)生噴濺。

鲅魚(yú)圈高爐鐵口部位爐墻采用小塊碳磚和鋼玉預(yù)制件整體砌筑，鐵口孔道橫向交叉方向上的磚縫、鐵口孔道泥芯外環(huán)以及碳磚之間搗打料的緊密程度，是鐵口孔道產(chǎn)生竄風(fēng)的主要因素。

2.1 冷卻壁間的縫隙

鲅魚(yú)圈高爐冷卻壁間隙采用碳化硅搗料填充，間隙狹小施工困難，開(kāi)爐后碳化硅搗料干燥收縮，出現(xiàn)較大縫隙，形成煤氣通道。

2.2 風(fēng)口各套與風(fēng)口組合磚之間縫隙

鲅魚(yú)圈高爐風(fēng)口與風(fēng)口組合磚之間填充有緩沖泥漿，高爐投入生產(chǎn)后受溫度影響，風(fēng)口及組合磚熱膨脹系數(shù)有差異，緩沖泥漿干燥收縮，均會(huì)形成風(fēng)口區(qū)域煤氣泄漏通道。

2.3 爐缸耐材砌體間隙

鲅魚(yú)圈高爐爐缸耐材采用微孔小塊碳磚，碳磚之間需要用專(zhuān)用灰漿填充，砌筑時(shí)如果灰漿不夠飽滿，或者磚縫超標(biāo)均會(huì)形成煤氣泄漏通道。

2.4 爐殼與冷卻壁之間的縫隙

鲅魚(yú)圈高爐爐殼與冷卻壁之間采用自流式耐火泥漿填充，在高爐投產(chǎn)后，泥漿干燥收縮產(chǎn)生裂縫，形成煤氣泄漏通道。

由于上述原因，從高爐內(nèi)泄漏的煤氣，經(jīng)過(guò)各種縫隙和通道竄進(jìn)鐵口孔道內(nèi)，在出鐵過(guò)程中煤氣與鐵水接觸，形成鐵口噴濺。

3.鐵口噴濺的處理

3.1 做窩出鐵

即鐵口鉆開(kāi)后，如噴濺嚴(yán)重，可馬上堵炮，但泥不能打多，能堵滿鐵口孔道即可，幾分鐘后重新出鐵，也就是日常所說(shuō)的“做窩”出鐵。其原理是鐵水被爐內(nèi)壓力從鐵口壓出，而竄煤氣的壓力和爐缸壓力基本相等，這時(shí)堵炮因炮活塞壓力大，把鐵水頂回爐缸的瞬間，鐵水的壓力會(huì)大于所竄煤氣的壓力，因此少量鐵水會(huì)在壓力的作用下壓進(jìn)煤氣竄入鐵口孔道的縫隙中，被打入鐵口的炮泥封在縫隙中并凝固，從而起到封閉縫隙、隔斷煤氣的作用。

該方法易實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單，能有效抑制鐵口噴濺問(wèn)題，但是造成爐前材料的重復(fù)消耗，且無(wú)法根治鐵口的噴濺問(wèn)題。

3.2 采用特種炮泥

炮泥作為堵塞出鐵口和直接接觸噴濺鐵流的耐火材料，對(duì)高爐穩(wěn)定出鐵和抑制鐵口出鐵噴濺起著至關(guān)重要的作用。選用具有良好的物理和化學(xué)性能（高體密、低氣孔、良好的常溫和高溫抗侵蝕和耐沖刷性等）的優(yōu)質(zhì)炮泥能有效的抑制鐵口噴濺，改善鐵口狀態(tài)。鲅魚(yú)圈高爐采用日本黑崎、北京瑞爾等優(yōu)質(zhì)炮泥作為“特種炮泥”。當(dāng)鐵口長(zhǎng)期噴濺，可改用“特種炮泥”或?qū)ⅰ疤胤N炮泥”與日常炮泥按配比使用，能有效的改善鐵口孔道的結(jié)焦情況，從而抑制鐵口噴濺。

使用質(zhì)量?jī)?yōu)異的“特種炮泥”后，鐵口噴濺時(shí)間明顯減少。同時(shí)鐵口狀態(tài)得到改善，利于出凈渣鐵，降低鐵口噴濺的危害。但是優(yōu)質(zhì)炮泥價(jià)格相對(duì)昂貴，長(zhǎng)期使用必然造成生鐵成本升高，與當(dāng)前高爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式相違背，且采用優(yōu)質(zhì)炮泥并不能從根源上解決鐵口噴濺的問(wèn)題。

3.3 耐材壓入

在鐵口及風(fēng)口區(qū)域采用壓漿方法，壓入流體耐材，當(dāng)流體耐材凝固后堵塞串入鐵口的煤氣通道，從而解決鐵口噴濺的問(wèn)題。

（1）鐵口壓漿流體壓入情況（見(jiàn)表1）。

表1 鐵口壓漿流體壓入料理化檢驗(yàn)指標(biāo)

（2）壓漿條件的確定。

在高爐休風(fēng)時(shí)，在爐皮開(kāi)孔并焊好閥門(mén)；高爐生產(chǎn)時(shí)，將閥門(mén)定期打開(kāi)一定時(shí)間，讓爐內(nèi)氣體沖出，形成貫通的孔道；高爐再次休風(fēng)時(shí)，將壓漿料充分壓入該孔隙，從而封閉煤氣通道，解決鐵口噴濺問(wèn)題；要選擇合適的設(shè)備壓力，如壓力過(guò)大，會(huì)對(duì)冷卻壁造成傷害，而壓力太小則達(dá)不到效果。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，爐皮壓漿設(shè)備出口的壓力不超過(guò)2MPa ，如果冬季施工，壓入料流動(dòng)性差，則設(shè)備出口壓力可調(diào)整到上限2.5MPa。根據(jù)高爐爐缸耐材侵蝕情況，可適當(dāng)降低壓漿壓力，防止破壞碳磚，爐役末期要嚴(yán)格控制入口壓力不超過(guò)0.5MPa；鐵口壓漿，設(shè)備出口壓力不大于1.5MPa；壓入材料其凝固溫度大于40℃，馬夏值為20MP 較合適。

（3）鲅魚(yú)圈高爐壓漿技術(shù)實(shí)踐。

風(fēng)口區(qū)域爐皮壓漿。主要目的是通過(guò)壓漿料堵塞風(fēng)口區(qū)域（第六段風(fēng)口冷卻壁）至鐵口區(qū)域（第三段鐵口冷卻壁）垂直距離上爐皮與冷卻壁之間的煤氣通路，防止風(fēng)口區(qū)域的煤氣竄入鐵口而導(dǎo)致鐵口噴濺。風(fēng)口區(qū)域爐皮壓漿能有效防止因風(fēng)口漏水而引起的鐵口噴濺。

高爐休風(fēng)時(shí)，在第五段冷卻壁與第六段風(fēng)口冷卻壁交界線圓周方向上均勻開(kāi)4個(gè)孔，并安裝閥門(mén)。高爐正常生產(chǎn)時(shí)，將閥門(mén)定期打開(kāi)一定時(shí)間，讓爐內(nèi)的氣體沖出，形成貫通的孔道。高爐再次休風(fēng)的時(shí)候，將壓漿料充分壓人該孔隙，從而封閉煤氣通道，阻止風(fēng)口區(qū)域煤氣向鐵口竄氣。

鐵口區(qū)域爐皮壓漿?？稍黾予F口區(qū)域爐皮與冷卻壁之間的密封性，防止煤氣竄入鐵口孔道，造成鐵口噴濺。在高爐每個(gè)鐵口下方爐皮上開(kāi)2個(gè)孔（共8個(gè)孔），并焊接閥門(mén)，在高爐休風(fēng)時(shí)，將軟質(zhì)壓漿料通過(guò)孔道壓入鐵口區(qū)域爐皮與冷卻壁之間。

鐵口孔道壓漿。通過(guò)鐵口孔道壓漿方式，將軟質(zhì)壓漿料壓入鐵口孔道，堵塞煤氣通過(guò)爐缸耐材竄入鐵口孔道的縫隙，從而防止鐵口噴濺。

每次高爐在改鐵口之前三天，對(duì)要使用的鐵口進(jìn)行新開(kāi)鐵口孔道壓漿工作。用開(kāi)口機(jī)直徑65mm鉆頭將鐵口鉆到深2.5m，利用泥炮、密封炮頭實(shí)現(xiàn)密封，并利用壓漿機(jī)從密封炮頭壓漿口進(jìn)行鐵口孔道壓漿操作（見(jiàn)圖1）。

圖1 鐵口孔道壓漿施工示意圖

（4）技術(shù)要求

壓漿料要保持自流狀態(tài)達(dá)到壓漿機(jī)的要求，流速達(dá)到1m3/h以上，不能太干，以免在進(jìn)入鐵口孔道后溫度升高，凝固較快，不利于堵塞風(fēng)道；壓力不能大于1.5MPa，保證壓漿效果且不破壞碳磚結(jié)構(gòu)；操作人員必須熟練，要保證壓漿的均勻性、連續(xù)性。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）出鐵口噴濺的原因很多，歸根結(jié)底是因?yàn)楦郀t內(nèi)煤氣或水蒸氣通過(guò)裂縫進(jìn)入鐵口，造成鐵口出鐵噴濺。

（2）治理高爐鐵口噴濺，要先查明造成鐵口噴濺的原因，再根據(jù)具體情況對(duì)癥下藥，才能有效解決鐵口噴濺的問(wèn)題。

（3）采用高性能樹(shù)脂炮泥可以有效解決部分鐵口噴濺的問(wèn)題。

（4）通過(guò)軟質(zhì)耐材壓入的方式能根治大部分鐵口噴濺的問(wèn)題。

（5）如果在高爐建設(shè)時(shí)就采用微膨脹及高凝固點(diǎn)的壓漿料，可以抑制形成鐵口噴濺的形成。新建高爐烘爐后，爐內(nèi)裝料時(shí)即進(jìn)行一次鐵口及風(fēng)口區(qū)域的壓漿，可減少開(kāi)爐后的壓入次數(shù)，有效地節(jié)省投資。

[1]抑制鐵口噴濺專(zhuān)用無(wú)水炮泥的研制和應(yīng)用，煉鐵，2012.1

[2]壓漿技術(shù)在解決大型高爐鐵口噴濺的應(yīng)用，鞍鋼技術(shù)，2007.5

（作者單位：鞍鋼股份鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司煉鐵部）