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马钢炼铁总厂4000m3高炉铁口维护和管理

发表时间：2020/12/31 来源：《基层建设》2020年第24期作者：范庆钢

[导读] 摘要：本文介绍了马钢 4000 m3 高炉在铁口维护和管理方面取得的实践经验，并逐步从经验管理向科学管理过渡。

        马钢股份有限公司炼铁总厂
        摘要：本文介绍了马钢 4000 m3 高炉在铁口维护和管理方面取得的实践经验，并逐步从经验管理向科学管理过渡。探索建立大型高炉铁口维护的科学有效管理方式。
        关键词：高炉；铁口；维护管理
        1 概述
        马钢炼铁总厂北区现有 2 座炉型相同的 4000 m3高炉，A、B高炉分别于2007年2月8日、5月24日投产，两座高炉均设置四个铁口，不设渣口。铁口是高炉出渣出铁的门户，特别随着高炉的大型化，生产率不断提高，铁口在恶劣条件下的工作负荷越来越重，铁口的维护和管理至关重要，同时，铁口的维护关系到高炉长寿。北区4000m3高炉，在充分消化2500m3高炉铁口维护技术的基础上，吸收宝武等国内外特大型高炉的铁口维护技术，在4000 m3高炉铁口状态的维护和科学管理方面取得了一些有益的经验，为高炉的稳定顺行起到了重要作用，并为高炉长寿打下了扎实的基础。
        2 铁口侵蚀因素和工作状况的分析
        2.1 铁口的基本构造
        出铁口位于炉缸的下沿为圆形直孔，主要由铁口框架保护板、铁口浇注料、泥套、铁口孔道及泥包所组成如图1。

        图1 马钢4000 m3高炉铁口结构剖面
        1.铁口框架保护板 2.铁口浇注料 3.泥套 4.冷却壁 5.炭砖 6.铁口孔道 7.陶瓷杯
        2.2 铁口周边侵蚀的因素
        （1）铁水流量的增加：炉缸内的铁水在出铁时集中流向出铁口，铁口周围的铁水流量和热负荷最高，环流或径向流的强度是引起出铁口侵蚀的重要因素。
        （2）铁水紊流变化：当有煤气同铁水一起流经出铁口时，铁水紊流加剧，加速了铁口侵蚀。
        （3）铁口冷却不足：由于主沟的存在，铁口周围冷却不完全，热负荷最高的部位很难用喷水方式进行冷却。
        （4）温度波动循环：由于反复出铁时产生的温度波动极大，加剧了耐材的损坏。
        （5）外来物理的破坏：铁口前端泥包在开堵口过程中受到破坏；强烈的钻击可以震裂和破坏耐材与泥包保护层；过多使用氧气烧铁口、泥炮压炮的冲击，都会造成铁口表面的损坏和耐材产生裂纹，形成煤气通道降低了冷却效果。
        （6）化学侵蚀：当铁口有缝隙时，煤气窜入裂缝，炉缸碳质耐材容易被氧化，裸露的耐材也可能受到未饱和铁水吸碳的侵蚀。同时炉渣的侵蚀作用也不能忽视。
        2.3 影响铁口工作的因素
        （1）熔渣和铁水的冲刷：铁口打开以后，铁水和熔渣在炉内煤气压力和炉料的有效重力以及渣铁本身静压力的作用下，以很快的速度流经铁口孔道，把铁口孔道里端冲刷成喇叭形。
        （2）风口循环区对铁口的磨损：渣铁在风口循环区的作用下，呈现出一种“搅动”状态，对铁口泥包有一定的磨损作用。风口直径越大，长度越短，循环区靠近炉墙时，渣铁对铁口泥包的冲刷越剧烈。
        （3）炉缸内红焦的沉浮对铁口泥包的磨损：在出铁过程，随着炉缸内存积的渣铁减少，风口前的焦炭下沉充填，堵上铁口后，渣铁夹杂着焦炭又逐渐上升，焦炭的无规则运动对铁口泥包也有一定的磨损作用。
        （4）煤气流对铁口的冲刷。出铁末期，从铁口喷出大量的高温煤气，剧烈磨损铁口孔道和铁口泥包。
        （5）熔渣对铁口的化学侵蚀。
        3 马钢4000 m3高炉铁口维护和管理
        马钢4000m3高炉出铁场采用半岛式布置，4个铁口布置在东西两个出铁场，同一出铁场的二个铁口其夹角为70。投产初期为有利于高炉炉缸圆周工作均匀采用对角出铁的方式。随着产量的提高改为三个铁口轮流出铁或间隔出铁。
        3.1 严格控制铁口深度
        相对稳定的铁口深度可以大大减少铁水环流，以及其对铁口泥包、炉衬的侵蚀，减小炉缸象脚侵蚀，起到保护炉缸侧壁和炉底的效果。在日常的操作中，制定稳定铁口深度的操作标准，根据铁口的深度及时调整炮泥的填充量，有利于保持炉缸周向工作的均匀性和出渣铁的均匀性，从而起到稳定炉衬厚度的作用，对高炉长寿起到积极作用。同时铁口前泥包稳定，钻铁口时不易断裂，有利于开口作业。
        为了保持铁口合理的深度，在操作上坚持做到：
        （1）渣铁出尽，见风堵铁口
        根据炉温、铁口深浅选择钻头的大小，以保证渣铁在规定时间平稳顺畅排出，保证渣铁出尽和炮泥的形成，稳定铁口，若渣铁出不尽，即使见风堵口，打入的炮泥也会被铁口前的液态渣铁漂浮四散，不能形成泥包，很难保持所规定的铁口深度。
        （2）打泥量适当而稳定
        为了使堵铁口炮泥充填时能全部顺利的进入铁口并形成泥包，随意大幅度增减打泥量是炉前操作的大忌，打泥量一定要适当而稳定，即便铁口深度异常也要按标准逐步进行增减。每次要有适宜的堵口泥量，通常每次打入炮泥量在350-450kg，产量每增加30t，要增加打泥量10kg以确保足够的铁口深度，铁口深度及打泥量标准见表1。
        表1 马钢4000 m3高炉铁口深度及打泥量标准

        （3）严禁潮铁口出铁
        潮铁口出铁时炮泥中的残余的水分和焦油剧烈蒸发，产生巨大的压力，使铁口泥包产生裂缝及脱落，同时还发生大喷，铁口孔道迅速扩大，发生“跑大流”现象，影响铁口深度的稳定。
        3.2 选择正常的铁口孔径，控制出铁频率
        （1）选择适宜的开口孔径
        铁口孔径的变化直接影响到渣铁流速，孔径过大易提高渣铁流速，必将加剧铁水环流，以及对炉缸的侵蚀。通过摸索，炉前对现有的铁口状况制定了一套合符实际的作业方针，铁口深度其所对应的开口钻杆直径见表2。
        表2   铁口深度、打泥量、钻杆的对应关系

        （2）合理控制出铁频率
        在确保出尽渣铁的前提下，根据炉况变化、铁口深度的不同，合理的安排出铁组织，控制出铁时间在150±10min左右（10±1次/日），使铁口泥包形成有规律、周期性的更新。出铁时间过短或过长均不利于铁口的稳定，影响出铁组织和长寿。
        铁水流速过高过低均影响炉内渣铁液面的稳定，高会导致出渣铁的不平衡，影响铁口、泥包状况的同时影响高炉的稳定。图3为马钢4000m3高炉Ａ炉2019年1月至2020年10月炉次和铁速对比图。

        图3 A炉2019年1月至2020年10月炉次和铁速对比图
        （3）安全的开口和堵口操作
        安全的打开和封堵出铁口是铁口维护的关键，因此除了要选用现代化的、高性能的设备，同时提高操作技术水平也很重要。
        设备性能不良和不当的操作在开口时可能损坏孔道内部，开口机强行锤击钻杆、捅棒时的冲击力、能使铁口泥包和出铁口孔道产生裂纹，同时也必须要调整好液压泥炮各系统的压力，避免液压泥炮封堵出铁口时产生的异常压力也可能造成出铁口的破坏。
        为了杜绝铁口耐材和冷却设备的损坏，防止铁口内部被氧气烧成“蜂窝”状，应尽量减少使用氧气烧开出铁口。
        为了安全的堵好铁口，必须加强对泥炮的点检工作，做好堵铁口前的清理工作，采用见喷堵口的方式，堵口过程中如打泥电流、压力过高或打泥困难即停止打泥操作，防止操作不当引起的不良后果。
        3.3 炮泥质量要求与管理
        在堵口过程中要求：炮泥具有良好的塑性，从而易于打泥填满铁口孔道，并保证有足够的密度；有良好的热震稳定性，新泥的打入造成铁口通道内温度发生巨变，而不产生裂纹。
        在开口过程中要求：开口机性能好，提高开口准点率和减少消耗。
        在出铁过程中要求：炮泥具有较强的抗冲刷、抗侵蚀性能，保证铁流的稳定。
        马钢4000m3高炉全部使用无水炮泥堵口炮泥一般采用聚乙烯塑料袋包装并装于吨装袋放于现场保存，在使用过程中严格管理，防止渣铁等异物混入，影响堵口。
        3.4 固定适宜的铁口角度
        马钢4000m3高炉铁口由组合砖砌筑，铁口孔道固定角度10°不变，若铁口角度改变，将破坏组合砖，炉缸铁水环流会加重对炉缸砖衬的侵蚀。为了达到并保持固定适宜的铁口角度，在操作上坚持做到：定期测量开口机角度、泥炮角度、铁口中心线标高。
        3.5 加强泥套管理，保持铁口泥套的完好
        泥套是铁口的重要组成部分，泥套的好坏影响到能否安全堵铁口、确保足够的打泥量，因此泥套维护是铁口维护中非常重要的一环。必须从泥套选料、制作、使用上加强管理。
        （1）严谨的浇注料泥套制作工艺
        要提高泥套的工作性能和使用寿命，必须要有科学严谨的制作工艺标准。炉前对泥套制作工艺上进行了优化，泥套的工作性能大大提高，大大减少了冒泥和频繁破损。
        （2）科学的泥套使用及管理规定
        铁口泥套必须保持完好，深度在铁口框内30-50mm，发现泥套面缺损或过深立即更新，发现泥套面外围有脱落，可用泥套修补料进行修补。在日常工作中，详细检查铁口区域是否有漏水和煤气火异常现象，铁口框架是否完好，铁口孔道泥芯是否凸出并发生偏移。休止铁口，泥套用煤气火保温，防止其开裂、跑煤气。为确保浇注料泥套的制作质量，尽量选择在高炉计划休风时进行并严格按照技术规程和操作规程执行。
        4 结语
        铁口维护是高炉稳定顺行生产的一项长期而重要的工作，而采取科学有效的措施和不断提高操作技术，可以保证高炉对出渣铁的需求。同时加强出铁口的维护是高炉长寿的关键，虽然出铁口周围比炉缸壁其它部位的条件恶劣，形成保护层比较困难，但只要通过对出铁口有效而正确的维护来控制不利因素对出铁口的损坏及泥包的熔损程度，可以为高炉获得更长的一代炉龄提供保障。
        如何将铁口管理逐步从经验管理向科学管理过渡是我们下一步的探索目标，目前正在尝试建立铁口深度、打泥量及钻杆尺寸同高炉技术操作参数及炉缸炉芯温度、侧壁温度的关系。探索建立大型高炉铁口维护的科学有效管理方式。