酒鋼高爐渣鐵溝耐火材料消耗偏高的原因及措施探討
對酒鋼本部高爐渣鐵溝維護用耐火材料消耗存在偏高的實際問題，從渣鐵溝耐材使用的工況條件，施工工藝和維護要求等方面進行了分析與闡述，為進一步降低渣鐵溝耐材消耗和更好地保產服務，相應地提出探討性的改進措施。
1、引言
酒鋼地處西北，受地理環境影響，資源匱乏問題突出，高爐鍊鐵的原燃料條件長期相對較差，這就限制並確定了本部高爐冶煉條件及冶煉制度，在此工況條件及維護模式等條件下的爐前渣鐵溝耐材消耗，與外部中原及東北地區原燃料條件較好的鍊鐵廠各立級高爐爐前渣鐵溝耐材維護消耗指標對比，酒鋼本部各立級高爐渣鐵溝耐火材料消耗偏高，450m3、1000m3和1800m3高爐渣鐵溝維護耐材消耗分別高約0。6kg/t和0。2kg/t，對比消耗情況見表1。
表1渣鐵溝耐材維護消耗情況統計表
2、高爐冶煉條件對渣鐵溝耐材的影響因素
2。1產量變化
本部高爐渣鐵溝耐火材料工況條件的差異，主要表現在高爐綜合入爐品位及日產量差異。外部中原及東北地區原燃料條件較好的鍊鐵廠，高爐綜合入爐品位一般在58%左右，450m3高爐利用係數在3。5t/m2。5t/m位在53%左右，450m3高爐利用係數3。1t/m1000m3以上高爐利用係數在2。5t/m異較大，具體見表2。
表2高爐產量、渣比及通鐵量指標對比表
在考慮渣流速影響的出鐵量對高爐主溝損毀速度的影響，根據菲克定律的傳質模型研究，高爐增產20%時，單位時間的損毀速度增大，而單位通鐵量的損毀速度變慢，大修週期的通鐵量可增加10%。
2。2渣量變化
在渣鐵交介面處，由於鐵渣和鐵水流速差異，容易造成剪下力，而且由於鐵水部分氧化生成氧化鐵，其更高的反應性導致侵蝕加劇，導致兩相液麵交接處渣鐵線部位侵蝕和沖刷速率加快。
酒鋼本部高爐生產工況條件差，鐵礦石綜合入爐品位低、渣量大、渣鐵比高，在500kg/t對比單位350~390kg/t150kg/t量低，侵蝕速率高及耐材消耗增加的主要原因之一。
2。3爐渣鹼度
爐渣鹼度高、黏度高，影響了爐渣的流動效能，對耐火材料的沖刷和侵蝕加劇，是導致鐵溝用耐火材料損耗加劇的重要原因。這是因為由於爐渣鹼度提升，爐渣黏度上升，爐渣的流動性變差，透過對現場取回爐渣進行化學組成和分析，具體結果見表3。
表3高爐爐渣化學成分組成/%
表3結果中可以看出，熔渣中含有比較複雜的化學組成，如熔渣中的CaO等雜質易與鐵溝料中的SiO2形成鈣黃長石等低熔物，而鐵溝料中的Al2O3則與渣中的CaO、MgO、Fe0，形成結構疏鬆的複合尖晶石結構，因此，這些低熔點物質的形成，侵蝕速率加快造成鐵溝工作襯結構的破壞。
3、渣鐵溝耐材維護條件差異
3。1維護工藝
1000m3和1800m3高爐均為雙鐵口，渣鐵溝在施工維護時可單鐵口出鐵，對高爐生產不造成影響，給予合理的施工維護時間，對耐火材料效能發揮起到至關重要的作用，在耐材消耗指標上可見差異不大。而施工條件及耐材消耗差異較大的，主要在450m3單鐵口高爐渣鐵溝維護模式方面，其高爐檢修週期5~6個月，爐前渣鐵溝大修同步進行。目前除卻大修時使用水結合主溝澆注料，在達到下線套澆標準時，需使用矽溶膠結合的速幹澆注料在出鐵間隙60min時間進行套澆維護，養生、烘烤時間僅有5~10min，澆注厚度大、體積大，缺乏正常的養護、烘烤時間，使用效果差，通鐵量低，長期反覆使用速幹澆注料，大幅增加了渣鐵溝澆注料的消耗。
3。2鐵溝澆注料適用性差異
高爐渣鐵溝使用鋁矽系耐火材料，是以棕剛玉為主的剛玉質耐火澆注料，要求其不僅要具有優良的抗熔渣、鐵水侵蝕與滲透性，而且要具有優良的耐熔損、抗沖刷、較高的高溫強度和抗熱震等效能。SiC具有較高的熱導率和較低的熱膨脹係數，使得SiC質耐火材料通常具有優良的抗熱震性，並可提高材料的抗渣侵蝕性，但要根據使用環境適量加入。SiC微粉在鐵溝澆注料中的引入較大幅度的提升了澆注料的抗侵蝕效能，有實驗表明：SiC微粉（粒徑為5μm）可促進SiC耐磨材料的燒結緻密化，並改善其力學效能，其充填在SiC顆粒間的空隙中，增大了顆粒間的結合程度，縮短了擴散傳質路徑，有利於燒結過程的緻密化程序。且較小粒徑的SiC微粉具有較大的表面能，燒結時易於晶粒重排，保證燒結網路的連續性，易於形成緻密的燒結體。二者共同作用，有利於試樣燒結效能、硬度、抗折強度和耐磨效能的提高。
隨著SiC加入量的增加，剛玉質澆注料試樣的常溫抗折強度呈先上升後下降的趨勢，高溫抗折強度由於低熔相物質生成量的增加呈下降趨勢，抗熱震性呈先上升後下降的趨勢。在YB/T4126-2012高爐出鐵溝澆注料標準中對1000~2500m3高爐渣鐵溝澆注料理化指標要求，ASC-2（高爐主溝渣線）澆注料w（SiC+C）含量≥16%，而目前本部高爐主溝澆注料理化指標中w（SiC+C）含量已達到25%左右，雖然在抗渣蝕效能上有所改善，但較高的渣比仍然增大了澆注料的侵蝕與消耗。
3。3渣鐵溝設計結構性差異制約
溝槽外模寬度設計較大程度的制約了主溝通鐵量指標提升。酒鋼450m3高爐設計為框架結構，雙高爐對開式，緊湊型佈置，渣鐵溝外模受基礎結構限制，製作寬度為2100mm，與外部同類型高爐渣鐵溝外模比較，寬度減少300~500mm，耐火材料工作襯相應減薄，同等條件下通鐵量水平下降4萬t左右。
鑑於各地、各型別高爐出鐵溝結構不同，依據渣鐵溝澆注料耐火材料的萬噸侵蝕速率作為評判標準進行對比，如表4所示。酒鋼本部450m3高爐侵蝕速率為94。44mm/萬t·鐵，高出40。74mm/萬t鐵；1000m3級高爐侵蝕速率為76。67mm/萬t鐵，較其它雙鐵口高爐渣鐵溝最高66。67mm/萬t鐵，高10mm/萬t鐵。
表4主溝結構及侵蝕速率
在工藝標準執行方面，渣鐵溝下線檢修標準執行安全殘餘厚度≥350mm的要求，與外部高爐安全殘餘厚度200mm左右有一定差異。主要是由於目前採用競價招標採購，整體承包的結算方式，產品供貨單位更換頻繁，各單位渣鐵溝澆注料的使用效能不同，在使用過程中冒然降低殘餘厚度標準，對渣鐵溝安全執行構成一定威脅。
4、主要措施
4。1技術質量改進，最佳化配比及原料管理
Al2O3-SiC-C質澆注料不僅有高溫熔蝕，而且還出現因熔渣滲透引起的結構剝落，使得澆注料使用壽命低。渣鐵溝澆注料原料、配比方面應對渣線鐵線做好適應性改進，在Al2O3-SiC-C質材料中加16甘肅冶金第42捲入氧化鎂、葉蠟石、紅柱石，以及採用在渣線工作襯中加入氮化矽，可提高渣鐵溝澆注料的抗渣侵蝕效能和抗熱震效能。
在Al2O3-SiC-C質鐵溝料中，鐵溝料的抗渣、抗滲透效能以及使用壽命很大程度上取決於SiC的純度和粒度分佈，選用高純的98碳化矽並調整粒度分佈，提升抗渣侵蝕效能。渣線澆注料的抗侵蝕效能的改進，在原料選擇及應用中應提升SiC純度和調整粒度分佈，在細粉中引入氮化矽，發揮其優異的抗渣效能，主要是因為材料在燒結過程中氮化矽能部分保留下來，並生成了塞隆相，由於氮化矽和塞隆相不易被渣鐵潤溼，使得材料的抗渣效能增強。
4。2開展聯合技術攻關，改進保產維護方式
科學合理地最佳化450m3單鐵口高爐渣鐵溝維護模式，改善耐火材料施工工藝條件，以利於充分發揮耐火材料效能，儘量避免採用以損失質量換取時間的維護方式，在共同努力之下，進一步最佳化施工工藝，確保施工質量，提升技術指標，減少物料消耗，從根源上降低綜合保產成本，同時提高安全生產管理水平及防控能力。
4。3四新技術引進與應用
由於耐材維保工作是長期的勞動密集型作業，存在固定成本高、在經營方面長期處於困境，擴大四新技術引進應用範圍，在新裝置應用上要發揮出優勢，在最佳化施工工藝的同時結合現場實際情況改進施工裝置，提高現場機械化作業程度，降低勞動強度，縮減用工，縮短檢修作業時間，提高作業效率，減少人為因素影響，穩定施工質量。同時，可對檢驗檢測方式方法、線上執行情況及統計分析等方面向資訊化、自動化、機械化的基礎設施建設加以投入，以達到提高技術保障能力，從而提高保產能力的目的。
4。4廣泛技術交流，深入合作
學習借鑑同行業先進經驗，開展迴圈經濟利用，加大技術攻關力度，繼續尋求實力較強、產品過硬、業績較好的耐火材料生產企業，深入進行技術交流，引進現場工業試驗，合作開發，進行產品開發、技術儲備和人員培養，進一步提高自產產品的競爭力，降本增效，保證產品質量及服務質量。
5、結語
酒鋼高爐渣鐵溝耐材消耗指標隨著高爐冶煉條件惡化，綜合入爐品位下降，渣量大，渣比升高，以及裝置檢修或高爐長期休風，爐況波動，主溝停用時間長等因素影響，在通鐵量水平沒有明顯提升的狀況下，噸鐵耐材消耗偏高。
針對酒鋼不同高爐冶煉工藝和維護方式對渣鐵溝耐火材料的影響，需要與鍊鐵廠開展聯合攻關，共同對高爐冶煉工藝、工況條件、渣鐵溝維護方式、施工方式和澆注料效能等多方面的綜合資訊瞭解，首先要透過引進能夠滿足本部高爐渣鐵溝使用要求的鐵溝澆注料進行推廣應用；第二，對主溝通鐵量提升後的薄弱點區域進行胎具改造，消除隱患；第三，新引進渣鐵溝澆注料的特性，在滿足高爐生產和施工要求條件下，對各工藝控制點發生變化部分進行分析評價，進一步最佳化施工工藝的主要措施；第四，要針對生產需要繼續完善和補充各項標準及制度，嚴格執行已制定各項規章制度，在使用操作等方面進行規範和管控，保證生產作業活動全面受控。
透過以上措施的實施，一方面可以滿足主線單位對渣鐵溝執行的通鐵量指標要求，穩定提高鐵溝耐材壽命，進一步降低渣鐵溝耐材消耗，另一方面可提高渣鐵溝安全執行狀態、降低勞動強度，具有良好的經濟效益，更好地提供保產服務質量。
