瑞爾動態(tài)
關于合理鐵口深度的探討
2022-05-24 | 鐵口深度的探討?
隨著鋼鐵工業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國的煉鐵產能和工藝技術已達到國際先進水平。特別是高爐大型化后，煉鐵的裝備水平有了明顯提升，也帶來了爐前的技術進步，使爐前作業(yè)的持續(xù)出鐵能力提升、勞動強度下降、環(huán)境改善，事故率降低，為高爐的穩(wěn)定順行提供了保障。但不得不承認，我們相當多的鋼鐵企業(yè)爐前的技術管理與國外先進高爐操作相比還有較大差距，操作理念比較粗放，應該對先進理念有所學習和追求。本文通過對鐵口深度描述的一些認識誤區(qū)進行分析，力求使同行建立動態(tài)鐵口深度和合理泥包形態(tài)概念，在保證鐵口安全的前提下，穩(wěn)定鐵口深度，使得鐵口操作更加合理順暢。
關鍵詞 爐前 技術進步 鐵口深度 泥包形態(tài)
鐵口是高爐鐵水流出的孔道，鐵口區(qū)域是環(huán)境比較惡劣的地方，受高溫鐵水沖刷、開口機、泥炮振動以及吹氧、燜炮作業(yè)時的破壞，開爐后鐵口通道內異型磚就被侵蝕掉，逐步被炮泥所替代。炮泥作為鐵口頻繁操作的維護耐材，可以即破壞即充填，始終保持合適的鐵口深度和完好的通道，保證出鐵過程的穩(wěn)定順暢安全。
鐵口深度是鐵口操作的重要指標之一，每座高爐都有與之匹配的標準鐵口深度區(qū)間，一般是鐵口區(qū)域爐墻厚度再加上400~600mm的泥包厚度（大中型高爐），使泥包超出爐墻，這樣才能經常地保護鐵口區(qū)域爐墻不受侵蝕破壞。
高爐的鐵口深度一旦確定并寫入規(guī)程，似乎就成了一代爐役必須嚴格遵守的鐵規(guī)而嚴格考核。國內大多數高爐都有這樣的體會，高爐生產一旦進入爐役后期，鐵口的深度越來越難維持。而鐵口區(qū)域的溫度一旦升高，還要要求鐵口深度不斷往上漲，其結果是爐前工拼命打泥，正常泥包被破壞，鐵口操作的穩(wěn)定性變差。但即使多打泥，也不能達成理想的深度，于是為了應付考核，鐵口深度指標弄虛作假，失去其參考意義。
那么怎樣才能維護有效的鐵口深度呢？筆者認為我們應該首先澄清一些認識誤區(qū)。
鐵口區(qū)的耐材厚度不是一成不變的
鐵口深度是根據爐墻厚度加上泥包厚度而定，一般泥包厚度是比較穩(wěn)定的，而鐵口區(qū)的耐材厚度則隨著爐役的變化而不斷減薄。國外高爐的爐缸鐵口區(qū)域沒有刻意的加厚爐襯，保持了相對的周向均勻，其主導思想是讓鐵水在爐缸周圍流動盡量均勻， 避免產生喘流。而國內的大多數高爐，為了強化鐵口區(qū)域的保護，人為地加厚了鐵口區(qū)的厚度，使得開爐初期的鐵口深度用較少的炮泥就很容易實現。
圖1 某4070?高爐鐵口區(qū)爐襯厚度
圖1是某4070?高爐鐵口區(qū)爐襯示意圖。在鐵口標高位置，爐缸碳磚厚度是1854mm，而鐵口區(qū)的碳磚厚度卻達到2856mm，增厚1002mm。我們大家都知道，高爐的上升氣流和下降的料流，對爐墻冷卻壁的侵蝕具有周向均勻性。而爐缸鐵水對爐缸耐材的侵蝕也同樣帶有周向均勻性，這種侵蝕的結果導致了鐵水環(huán)溝的形成，而鐵口區(qū)增厚的1002mm，雖然主觀上想保持鐵口深度，但實際上是違背鐵水周向均勻侵蝕原理的。所以，根據周向侵蝕均勻性規(guī)律，鐵口區(qū)加厚的耐材首當其沖受到鐵水環(huán)流的沖刷，特別爐役后期很難再維持理想厚度。
因此，以科學的態(tài)度來認識鐵口深度，應該在爐役后期適當考慮爐墻侵蝕因素，修正合理鐵口深度概念，避免無效折騰。
合適的泥包形態(tài)
前面說了，隨著爐役后期的生產，爐缸鐵水周向均勻性侵蝕會使鐵口區(qū)的加厚爐襯漸漸減薄，有時還伴隨著鐵口區(qū)溫度的波動，那么這時自然而然就會想到提高鐵口深度，唯一的做法就是漲泥包。泥包真能漲嗎？各方面條件具備了，也許能漲，但絕對不是穩(wěn)定的泥包，而是異形泥包。
靠異形泥包漲上去的鐵口，伸入爐缸內經不住鐵水的沖刷，而且泥包燒結強度較高，給鐵口的打開增加難度，鉆開的能力大打折扣。特別是當開口機能力不足，為了打開鐵口就不得不依靠強行振打，導致泥包的開裂甚至折斷，滲鐵增加。泥包一旦開裂，修復十分困難。結果：斷裂的泥包不但不能保護爐缸，反而會加劇鐵口區(qū)耐材的侵蝕。另外，長期維持異性泥包，不但穩(wěn)定性差，而且對泥包周邊的爐襯還有加劇侵蝕的可能。圖2是正常泥包形態(tài)和異形泥包形態(tài)下，出鐵鐵水流動對爐墻沖刷侵蝕的比較示意，這里姑且把正常泥包形態(tài)理解為“饅頭狀”，異形泥包形態(tài)理解為“炮彈頭狀”。
圖2 泥包形態(tài)對周邊侵蝕示意圖
圖2左邊是正常泥包形態(tài)時，鐵水從各個方向流向鐵口，鐵流途徑基本比較平緩，特別是爐墻邊上，鐵水在泥包區(qū)平穩(wěn)過渡，流向鐵口。
而圖2右邊則是“炮彈頭”型異狀泥包，當邊緣大量鐵水流向鐵口時，碰到異形泥包遇阻而折改方向，這種折改過程，一方面容易對泥包根部產生沖擊侵蝕，另一方面則會形成一定的鐵水旋流（圖2右圓圈部位），泥包越長，湍流越大，久而久之就會對泥包周邊的爐襯產生侵蝕（圖2右虛線部位）。這種鐵水湍流主要形成于泥包的側、下部，距鐵口約1.5m左右，影響鐵口區(qū)壽命。
綜上所述，我們在鐵口深度的管控上，要注重泥包形態(tài)的合理性，切忌盲目打泥，不切實際的漲鐵口。在這里我要說明一下，在鐵口深度的管理上，國外高爐普遍鐵口深度低于國內。圖3是國外國內鐵口深度比較，從圖中發(fā)現，國內高爐的鐵口深度隨爐容增加較多，而國外高爐鐵口深度隨爐容增加較緩，深度控制也明顯有差距。那是不是意味著國外高爐鐵口區(qū)更易出問題？事實并非如此，反而是國內高爐的鐵口頻繁出現狀況。筆者認為國外高爐強調標準化作業(yè)，定量打泥，不輕易增減泥量，保證了泥包形態(tài)合理穩(wěn)定。
圖3 國外高爐與國內高爐鐵口深度比較
下圖4是國外某5000m3以上高爐的部分爐前實際操作參數，以某月數據作為統(tǒng)計，其中月平均鐵口深度3548mm，最淺3053mm，最深4550mm。其中鐵口淺的爐次也沒有明顯感覺出鐵時間短，或鐵流過大，說明高爐的鐵口通道并沒有因為偶爾的鐵口淺而被破壞，正常打泥后，一般第二爐鐵口就恢復正常。而我國的同類大型高爐對鐵口深度的要求一般要4米，甚至更高，這在爐役中后期是很難實現的。
圖4 國外某5000＋ m3高爐爐前操作參數
這里還要說明一點，國外高爐對鐵口深度的記錄是系統(tǒng)自動采集，雖然波動大，但數據客觀真實可信，為鐵口維護提供了可靠依據。反觀我們的高爐，都是人工記錄，拋開視覺誤差不說，為了應付考核，基本清一色“合格”，給爐前鐵口操作帶來安全隱患。建議有條件的高爐建立鐵口深度自動采集系統(tǒng)，規(guī)范鐵口操作，淡化考核意識，還鐵口本來面目。
動態(tài)鐵口深度
一般開爐初期的鐵口深度比較好維護，因為爐墻比較完整，相應的泥包較小，少量打泥就能實現設定的鐵口深度。隨著爐役的延續(xù)，爐缸出現侵蝕，鐵口通道也不斷被炮泥更換，則相應的泥包要增大，以維持鐵口深度。
而進入爐役后期，高爐爐缸出現明顯的環(huán)溝侵蝕，這時的鐵口深度較難達到開爐初期的設定深度，應該適當調整深度標準。那么調整的依據是什么？筆者認為應該是鐵口區(qū)爐缸的實際厚度加400~600mm的泥包厚度，而鐵口區(qū)爐缸的實際厚度，可以參照鐵口倒溝時的初始深度（這里只是參考，因為倒溝有周期長短，周期越長，初始深度越接近爐墻厚度）。當然，這種動態(tài)鐵口深度是基于合理泥包形態(tài)、有利鐵口操作維護而言，因為靠異型的泥包（圖2的炮彈頭型）來彌補爐墻厚度不足，只能導致鐵口操作維護困難，而且有誘發(fā)泥包根部侵蝕的嫌疑。至于爐役后期一些高爐會出現爐缸鐵口區(qū)域溫度升高等現象，這時高爐可以采取一些非常規(guī)手段來加以護爐，如使用含鈦炮泥等。
以上是筆者在生產實踐中對鐵口深度概念的幾點看法，望同仁們提出寶貴意見。
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