分享：本鋼新1號高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊應(yīng)用實(shí)踐
高爐渣溝是高溫爐渣及時排放的通道，它是高爐生產(chǎn)工序中的一個極為重要的部分，必不可少。本鋼新1號4747 m3高爐設(shè)計共有4個出鐵口，兩套INBA法水沖渣系統(tǒng)和兩個小沖渣系統(tǒng)，渣溝設(shè)計為兩個出鐵口共用一條公共渣溝，渣溝襯均采用Al2O3、SiC、C、水泥等一次澆筑成型[1]。隨著高爐冶煉的強(qiáng)化，出鐵量迅速增加，爐渣溫度提高，渣溝襯耐火材料的使用環(huán)境日益惡劣，尤其是渣溝交匯處是熔渣的回旋區(qū)域，損毀更快；另外，出鐵間歇，渣溝因溫度驟降而發(fā)生收縮炸裂現(xiàn)象，需頻繁進(jìn)行修補(bǔ)才能維持生產(chǎn)，給高爐生產(chǎn)帶來極大影響。針對上述情況，對高爐渣溝進(jìn)行局部改造創(chuàng)新，采取分段先行預(yù)制存儲，并且，預(yù)制塊內(nèi)增加鋼筋龍骨，鋼筋會阻礙渣溝澆注料硬化時的自由收縮，在渣溝澆注料中會引起拉應(yīng)力，阻礙渣溝澆注料開裂和炸裂[2]。解決了渣溝局部放炮致使渣溝澆注料層變薄，需頻繁地進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)，甚至燒穿渣溝等嚴(yán)重影響高爐正常生產(chǎn)的問題。
1. 高爐渣溝的布置及結(jié)構(gòu)性能
1.1 布置
高爐渣溝分為主渣溝、公共渣溝、小沖渣溝，1#出鐵口的爐渣和2#出鐵口的爐渣通過1號和2號主渣溝匯集到西側(cè)公共渣溝流入西側(cè)水渣處理裝置；3#出鐵口的爐渣和4#出鐵口的爐渣通過3號和4號主渣溝匯集到東側(cè)公共渣溝流入東側(cè)水渣處理裝置，（如圖1所示）。高爐出鐵場平臺東、西兩側(cè)各設(shè)有一套INBA法水渣處理裝置，并配置小沖渣事故處理設(shè)施。INBA法水沖渣是保爾沃特公司的專利技術(shù)，具有布置緊湊占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)整個流程自動化機(jī)械化，水渣質(zhì)量好，沖渣水閉路循環(huán)，渣中含鐵度高時，該系統(tǒng)也能安全進(jìn)行爐渣的粒化。
在正常情況下100%沖水渣，水渣設(shè)備出故障或檢修時采用小沖渣工藝，水渣經(jīng)膠帶機(jī)送至水渣裝車槽通過火車或汽車外運(yùn)。
1.2 結(jié)構(gòu)及性能
高爐渣溝設(shè)計為長方體箱體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，箱體外殼鋼板厚度為30 mm，箱體內(nèi)鑲嵌耐火磚，最外層渣溝襯采用Al2O3、SiC、C、水泥等一次澆筑成型每條主渣溝長度為36 m、公共渣溝長度為24 m、小沖渣溝長度為18 m，高爐渣溝總長度為228 m。渣溝澆筑后寬度為700 m、深度為420 m、坡度為6°。渣溝澆筑料的理化技術(shù)指標(biāo)見表1。
高爐渣溝在澆筑過程中，由于耐火澆注料中混有大量空氣，澆注料硬化期間放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力；后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老澆注料的約束，又會在澆注料內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力；當(dāng)這些拉應(yīng)力超出澆注料的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫（如圖3所示）。許多澆注料的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護(hù)不充分、急于烘烤，表面干縮形變受到內(nèi)部澆注料的約束，也往往導(dǎo)致炸裂。另外，由于澆注料原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一條高爐渣溝澆注料中其抗拉強(qiáng)度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位[3]。
氣溫的降低也會在高爐渣溝表面引起很大的拉應(yīng)力，高爐內(nèi)熔渣由爐內(nèi)流出時溫度大于1450 °C，出鐵間隔期間，高爐渣溝裸露在大氣中，特別是寒冷的北方冬季生產(chǎn)，出渣過程中積蓄的熱量由表及里逐漸散失，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生裂紋或裂縫，加劇侵蝕，甚至燒穿渣溝。內(nèi)部應(yīng)力和溫差應(yīng)力是高爐渣溝損壞的主要原因，危害極大。
高爐渣溝具有一定的坡度，因高爐內(nèi)具有一定的壓力，因此當(dāng)高溫熔渣進(jìn)入渣溝時具有一定的動能，直接沖刷高爐渣溝周圍部位耐火材料，如圖4（a）所示。為了滿足高爐高產(chǎn)的要求，常常兩個出鐵口同時出鐵，爐渣量增加，爐渣溫度提高，渣溝澆注料的使用環(huán)境日益惡劣，尤其是高溫熔渣在主渣溝、公共渣溝、小沖渣溝交匯處形成渦流，該位置由于受高溫熔渣的長時間、不間斷沖刷，損毀更快，如圖4（b）所示，需及時采用高爐渣溝澆注料對此處進(jìn)行重新澆筑，機(jī)械侵蝕是高爐渣溝損壞的次要原因，危害較大。
因高爐渣溝澆注料中含有Al2O3、SiC、C，而在煉鐵過程中造堿性爐渣，堿性爐渣與渣溝澆注料中酸性氧化物反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物，在高溫作用下形成熔融狀態(tài)被沖刷掉或變?yōu)橐簯B(tài)，進(jìn)入爐渣中，使渣溝澆注料失去結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，形成化學(xué)侵蝕?；瘜W(xué)侵蝕不可避免，但是侵蝕速度極小，危害不大。
公共渣溝實(shí)際長度為24 m，它是兩個相鄰主渣溝的高溫熔渣交匯后通往水沖渣池的必經(jīng)之路，由于受高溫熔渣的侵蝕長時間、不間斷沖刷，損毀更快。
為了避免對公共渣溝重復(fù)修補(bǔ)和澆筑，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地勘察，根據(jù)公共渣溝原始圖紙研制一種高爐渣溝U型鋼筋預(yù)制塊，它的長度為2000 mm；寬度為1200 mm；高度為760 mm；凹槽深度為420 mm；重量為1.5 t。由Al2O3、SiC、C和少量水泥，利用模具振動澆筑成型，內(nèi)部設(shè)置鋼筋龍骨，吊裝環(huán)與鋼筋龍骨焊接成一體，預(yù)制塊本體為長方體形狀，等腰梯形凹槽縱向貫通鋼筋預(yù)制塊本體，等腰梯形凹槽為熔渣通道。
需要更換渣溝鋼筋預(yù)制塊時，首先把舊渣溝鋼筋預(yù)制塊從渣溝槽依次吊出，清理渣溝槽殘渣，然后，把新的渣溝鋼筋預(yù)制塊依次吊入渣溝槽內(nèi)，首尾相連，各個渣溝鋼筋預(yù)制塊銜接處拍上石英砂，即可使用，如圖5所示。
以往，高爐各個出鐵口渣溝交匯處的施工，采用的是澆注料加水在攪拌機(jī)中攪勻，運(yùn)輸?shù)皆撐恢蒙戏絻A倒，先用振動棒將底部振實(shí)，然后對側(cè)壁進(jìn)行涂抹施工。由于此處形狀不規(guī)則，再加上渣溝澆注料有自流性，因此，施工特別困難。另外，澆筑施工總耗時約4.5 h，自然養(yǎng)護(hù)時間至少12 h，施工完成后以小火烘烤72 h，然后用中火和大火各烘烤6 h，才能投入使用。
有時，為了爭取時間，渣溝澆注料未干透就急于使用，造成局部放炮，渣溝澆注料層侵蝕快，容易燒穿，需頻繁地進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)，嚴(yán)重影響高爐正常生產(chǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，研制一種高爐渣溝鋼筋“四岔口”預(yù)制塊，先行預(yù)制存儲，需要時可以直接投入使用，免去了澆筑、養(yǎng)護(hù)、烘烤時間。以解決現(xiàn)有技術(shù)中渣溝局部放炮、渣溝澆注料層變薄需頻繁地進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)甚至燒穿渣溝等嚴(yán)重影響高爐正常生產(chǎn)的問題。
高爐渣溝鋼筋“四岔口”預(yù)制塊，包括預(yù)制塊本體，由Al2O3、SiC、C和少量水泥，利用模具振動澆筑烘干成型，內(nèi)部設(shè)置鋼筋龍骨，吊裝環(huán)與鋼筋龍骨焊接成一體。預(yù)制塊本體為不規(guī)則立方體，處在高爐相鄰兩個出鐵場渣溝和一個小沖渣渣溝通往水沖渣渣溝的交匯處。該預(yù)制塊本體每個岔口的剖截面均相等，且熔渣通道均為倒等腰梯形凹槽結(jié)構(gòu)，四個岔口熔渣通道凹槽相互貫通預(yù)制塊本體。預(yù)制塊本體耐火澆注料整體性好，無貫穿裂紋；渣溝整體性能提高，有效防止渣溝滲漏生產(chǎn)事故；預(yù)制塊本體具有良好的熱震穩(wěn)定性，能承受反復(fù)升溫和降溫的考驗(yàn)，較好的保溫性能，避免爐渣熔液通過時溫降過快（如圖6所示）。
當(dāng)熔渣通過渣溝時，渣溝澆注料襯受到高溫作用，水泥收縮，而Al2O3和SiC隨著溫度升高產(chǎn)生微小膨脹，兩者變形不協(xié)調(diào)使渣溝產(chǎn)生裂縫，強(qiáng)度降低。當(dāng)溫度達(dá)到400 °C以后，水泥中的Ca（OH）2脫水生成CaO，渣溝開裂，由常溫瞬時加熱到570 °C以上時渣溝澆注料體積發(fā)生突變，強(qiáng)度急劇下降產(chǎn)生炸裂。
渣溝澆注料內(nèi)加入鋼筋制造出高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊，在鋼筋預(yù)制塊中鋼筋能承受由于彎矩作用而產(chǎn)生的拉力和壓力，能承受剪切力，能承受因渣溝澆注料收縮和溫度變化產(chǎn)生的壓力。鋼筋預(yù)制塊是鋼筋與渣溝澆注料共同承受壓力，而渣溝澆注料僅渣溝澆注料本身單一承受壓力，相同體積的鋼筋預(yù)制塊與渣溝澆注料，鋼筋預(yù)制塊承受的壓力要大得多，這是因?yàn)殇摻畹膹?qiáng)度比渣溝澆注料要大得多，而且致密性極高，一級鋼筋的強(qiáng)度是235 MPa，而渣溝澆注料凝固后一般強(qiáng)度為30 MPa，實(shí)踐證明這種鋼筋預(yù)制塊抗沖刷破壞（內(nèi)部應(yīng)力和溫差應(yīng)力、機(jī)械侵蝕）能力極強(qiáng)。
改造后，由于有足夠的時間自然養(yǎng)護(hù)，預(yù)制塊致密度較高，透氣性好，使用過程中不易發(fā)生炸裂。制作方便，勞動強(qiáng)度低；高溫強(qiáng)度大，耐沖刷，抗侵蝕，抗氧化；抗熱震性好，不剝落和開裂。更換時節(jié)省澆筑、養(yǎng)護(hù)、烘烤時間，方便質(zhì)量控制，節(jié)能環(huán)保，可延長高爐渣溝整體使用壽命，滿足生產(chǎn)要求，節(jié)約成本。高爐渣溝故障率大幅下降，對新一號高爐高爐渣溝2020年以前（改造前）和2020年以后（改造后）平均故障率進(jìn)行分析，明顯看出，改造后高爐渣溝故障率大幅下降，如圖7所示。
改造前，高爐渣溝平均每7 d（其間需經(jīng)過無數(shù)次小修補(bǔ)）大修1次；改造后，高爐渣溝平均每21 d（其間無特殊情況不需要修補(bǔ)）大修1次，極大的保證了生產(chǎn)的順行。
1）高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊的改造與應(yīng)用，可延長高爐渣溝整體使用壽命，滿足生產(chǎn)要求。
2）高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊制作方便，有足夠的時間自然養(yǎng)護(hù)，預(yù)制塊致密度較高，透氣性好，使用過程中不易發(fā)生炸裂，避免渣溝燒穿，為高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行和經(jīng)濟(jì)效益的提高，提供了保障。
3）可以分段更換，吊裝方便，避免了熱態(tài)修補(bǔ)時人工通過風(fēng)鎬、大錘、鋼釬等原始方法清理熱渣溝；交叉作業(yè)，減輕工人勞動強(qiáng)度，避免了熱態(tài)修補(bǔ)過程中安全事故的發(fā)生。
文章來源——金屬世界
2. 高爐渣溝的破壞原因
2.1 內(nèi)部應(yīng)力和溫差應(yīng)力
2.2 機(jī)械侵蝕
2.3 化學(xué)侵蝕
3. 高爐渣溝的改造
3.1 高爐渣溝U型鋼筋預(yù)制塊創(chuàng)新與應(yīng)用
3.2 高爐渣溝鋼筋“四岔口”預(yù)制塊的研制與應(yīng)用
3.3 高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊熱強(qiáng)度
4. 高爐渣溝鋼筋預(yù)制塊改造的效果
5. 結(jié)束語
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