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，還承受開口機和泥炮的壓力，是高爐本體最薄弱的環節。優良的鐵口不僅是高爐穩定順行的基礎，也是高爐長壽的保證。但隨著高爐的大型化和冶煉強度的提高（高風溫、富氧吹噴、高風壓等），鐵口負荷嚴重過大，高爐鐵口噴濺成為近年新建高爐的共性問題，值得重視。

大型高爐 鐵口噴濺 特種炮泥 流體耐材

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

1.鐵口噴濺的危害

從出鐵開始即有噴濺物，高爐的除塵達不到要求，會造成環境污染；噴濺物加大了爐前工人的勞動強度；高爐鐵口噴濺，炙熱的渣鐵飛濺，極易發生燒燙傷事故，是高爐生產中極大的安全隱患；噴濺物堆積在主溝兩側，在堵鐵口作業時易出現扛的現象，易損壞爐前設備，嚴重時會產生堵不上的事故，給高爐的操作帶來隱患；鐵口噴濺嚴重降低主溝耐材的壽命；造成鐵量損失，影響高爐經濟指標；由于噴濺造成高爐渣鐵出不凈，直接影響高爐爐況順行，形成較大的經濟損失。

2.鐵口噴濺的成因

高爐生產時，鐵口孔道在高爐爐內高壓和液態渣鐵自身重力共同作用下，將液態渣鐵定期排放出來。如果鐵口孔道發生串氣現象，在排放渣鐵時，爐缸內的高壓煤氣流混入到鐵口孔道的鐵流中，打破了原有的動力平衡穩定性，就造成液態渣鐵在排出鐵口泥套時產生噴濺。

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

2.1 冷卻壁間的縫隙

鲅魚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，開爐后碳化硅搗料干燥收縮，出現較大縫隙，形成煤氣通道。

2.2 風口各套與風口組合磚之間縫隙

鲅魚圈高爐風口與風口組合磚之間填充有緩沖泥漿，高爐投入生產后受溫度影響，風口及組合磚熱膨脹系數有差異，緩沖泥漿干燥收縮，均會形成風口區域煤氣泄漏通道。

2.3 爐缸耐材砌體間隙

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

2.4 爐殼與冷卻壁之間的縫隙

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

由于上述原因，從高爐內泄漏的煤氣，經過各種縫隙和通道竄進鐵口孔道內，在出鐵過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

即鐵口鉆開后，如噴濺嚴重，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，也就是日常所說的“做窩”出鐵。其原理是鐵水被爐內壓力從鐵口壓出，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，鐵水的壓力會大于所竄煤氣的壓力，因此少量鐵水會在壓力的作用下壓進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。

該方法易實現，操作簡單，能有效抑制鐵口噴濺問題，但是造成爐前材料的重復消耗，且無法根治鐵口的噴濺問題。

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，對高爐穩定出鐵和抑制鐵口出鐵噴濺起著至關重要的作用。選用具有良好的物理和化學性能（高體密、低氣孔、良好的常溫和高溫抗侵蝕和耐沖刷性等）的優質炮泥能有效的抑制鐵口噴濺，改善鐵口狀態。鲅魚圈高爐采用日本黑崎、北京瑞爾等優質炮泥作為“特種炮泥”。當鐵口長期噴濺，可改用“特種炮泥”或將“特種炮泥”與日常炮泥按配比使用，能有效的改善鐵口孔道的結焦情況，從而抑制鐵口噴濺。

使用質量優異的“特種炮泥”后，鐵口噴濺時間明顯減少。同時鐵口狀態得到改善，利于出凈渣鐵，降低鐵口噴濺的危害。但是優質炮泥價格相對昂貴，長期使用必然造成生鐵成本升高，與當前高爐經濟運行模式相違背，且采用優質炮泥并不能從根源上解決鐵口噴濺的問題。

3.3 耐材壓入

在鐵口及風口區域采用壓漿方法，壓入流體耐材，當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題。

（1）鐵口壓漿流體壓入情況（見表1）。

表1 鐵口壓漿流體壓入料理化檢驗指標

（2）壓漿條件的確定。

在高爐休風時，在爐皮開孔并焊好閥門；高爐生產時，將閥門定期打開一定時間，讓爐內氣體沖出，形成貫通的孔道；高爐再次休風時，將壓漿料充分壓入該孔隙，從而封閉煤氣通道，解決鐵口噴濺問題；要選擇合適的設備壓力，如壓力過大，會對冷卻壁造成傷害，而壓力太小則達不到效果。

根據經驗，爐皮壓漿設備出口的壓力不超過2MPa ，如果冬季施工，壓入料流動性差，則設備出口壓力可調整到上限2.5MPa。根據高爐爐缸耐材侵蝕情況，可適當降低壓漿壓力，防止破壞碳磚，爐役末期要嚴格控制入口壓力不超過0.5MPa；鐵口壓漿，設備出口壓力不大于1.5MPa；壓入材料其凝固溫度大于40℃，馬夏值為20MP 較合適。

（3）鲅魚圈高爐壓漿技術實踐。

風口區域爐皮壓漿。主要目的是通過壓漿料堵塞風口區域（第六段風口冷卻壁）至鐵口區域（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，防止風口區域的煤氣竄入鐵口而導致鐵口噴濺。風口區域爐皮壓漿能有效防止因風口漏水而引起的鐵口噴濺。

高爐休風時，在第五段冷卻壁與第六段風口冷卻壁交界線圓周方向上均勻開4個孔，并安裝閥門。高爐正常生產時，將閥門定期打開一定時間，讓爐內的氣體沖出，形成貫通的孔道。高爐再次休風的時候，將壓漿料充分壓人該孔隙，從而封閉煤氣通道，阻止風口區域煤氣向鐵口竄氣。

鐵口區域爐皮壓漿。可增加鐵口區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。在高爐每個鐵口下方爐皮上開2個孔（共8個孔），并焊接閥門，在高爐休風時，將軟質壓漿料通過孔道壓入鐵口區域爐皮與冷卻壁之間。

鐵口孔道壓漿。通過鐵口孔道壓漿方式，將軟質壓漿料壓入鐵口孔道，堵塞煤氣通過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，對要使用的鐵口進行新開鐵口孔道壓漿工作。用開口機直徑65mm鉆頭將鐵口鉆到深2.5m，利用泥炮、密封炮頭實現密封，并利用壓漿機從密封炮頭壓漿口進行鐵口孔道壓漿操作（見圖1）。

圖1 鐵口孔道壓漿施工示意圖

（4）技術要求

壓漿料要保持自流狀態達到壓漿機的要求，流速達到1m3/h以上，不能太干，以免在進入鐵口孔道后溫度升高，凝固較快，不利于堵塞風道；壓力不能大于1.5MPa，保證壓漿效果且不破壞碳磚結構；操作人員必須熟練，要保證壓漿的均勻性、連續性。

4.結語

（1）出鐵口噴濺的原因很多，歸根結底是因為高爐內煤氣或水蒸氣通過裂縫進入鐵口，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，再根據具體情況對癥下藥，才能有效解決鐵口噴濺的問題。

（3）采用高性能樹脂炮泥可以有效解決部分鐵口噴濺的問題。

（4）通過軟質耐材壓入的方式能根治大部分鐵口噴濺的問題。

（5）如果在高爐建設時就采用微膨脹及高凝固點的壓漿料，可以抑制形成鐵口噴濺的形成。新建高爐烘爐后，爐內裝料時即進行一次鐵口及風口區域的壓漿，可減少開爐后的壓入次數，有效地節省投資。

[1]抑制鐵口噴濺專用無水炮泥的研制和應用，煉鐵，2012.1

[2]壓漿技術在解決大型高爐鐵口噴濺的應用，鞍鋼技術，2007.5

（作者單位：鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部）