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關于合理鐵口深度的探討
2022-05-24 | 鐵口深度的探討?
隨著鋼鐵工業的蓬勃發展，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，使爐前作業的持續出鐵能力提升、勞動強度下降、環境改善，事故率降低，為高爐的穩定順行提供了保障。但不得不承認，我們相當多的鋼鐵企業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進行分析，力求使同行建立動態鐵口深度和合理泥包形態概念，在保證鐵口安全的前提下，穩定鐵口深度，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
鐵口是高爐鐵水流出的孔道，鐵口區域是環境比較惡劣的地方，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間，一般是鐵口區域爐墻厚度再加上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域爐墻不受侵蝕破壞。
高爐的鐵口深度一旦確定并寫入規程，似乎就成了一代爐役必須嚴格遵守的鐵規而嚴格考核。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。
鐵口區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定的，而鐵口區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，為了強化鐵口區域的保護，人為地加厚了鐵口區的厚度，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?高爐鐵口區爐襯厚度
圖1是某4070?高爐鐵口區爐襯示意圖。在鐵口標高位置，爐缸碳磚厚度是1854mm，而鐵口區的碳磚厚度卻達到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溝的形成，而鐵口區增厚的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律，鐵口區加厚的耐材首當其沖受到鐵水環流的沖刷，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
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的加厚爐襯漸漸減薄，有時還伴隨著鐵口區溫度的波動，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，反而會加劇鐵口區耐材的侵蝕。另外，長期維持異性泥包，不但穩定性差，而且對泥包周邊的爐襯還有加劇侵蝕的可能。圖2是正常泥包形態和異形泥包形態下，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理解為“饅頭狀”，異形泥包形態理解為“炮彈頭狀”。
圖2 泥包形態對周邊侵蝕示意圖
圖2左邊是正常泥包形態時，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，鐵水在泥包區平穩過渡，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，影響鐵口區壽命。
綜上所述，我們在鐵口深度的管控上，要注重泥包形態的合理性，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，定量打泥，不輕易增減泥量，保證了泥包形態合理穩定。
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，規范鐵口操作，淡化考核意識，還鐵口本來面目。
動態鐵口深度
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，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爐缸的實際厚度加400~600mm的泥包厚度，而鐵口區爐缸的實際厚度，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，這種動態鐵口深度是基于合理泥包形態、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域溫度升高等現象，這時高爐可以采取一些非常規手段來加以護爐，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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