本文提出用改進了防爆性能的耐火澆注料整體澆注單鐵口高爐出鐵溝，并同時將出鐵主溝改造為儲鐵式結構。450m3高爐鐵溝實踐表明，改造后的鐵溝未經修補連續使用69天，出鐵12萬噸。前列次修補歷時12小時，烘烤時間1小時左右。結果顯示該技術可以大幅度延長單鐵口高爐鐵溝壽命，并徹底改變單鐵口高爐出鐵廠的工作環境。該技術已經成功應用于超過50條搗打鐵溝的改造。
1 前言
現代大型高爐出鐵溝一般都是采用低水泥結合Al2O3 –SiC –C 質澆注料。該材料使用安全，壽命長，消耗少，施工維修方便，是高爐穩產、順產的重要保證。由于消耗少，維修少，使用穩定，因此，現代大高爐爐前出鐵場環境整潔，絕沒有小高爐爐前出鐵場的烏煙瘴氣和混亂不堪。
一般大高爐都有2個以上的出鐵溝，因此當其中一條鐵溝重新造襯或修補時，只要堵住該條鐵溝的出鐵口后，就可以對該條鐵溝進行澆注、養護硬化、烘烤干燥等。與此同時，其他出鐵口出鐵正常，不影響高爐的正常生產。
但容積為1000m3以下的中小型高爐一般設計為單個出鐵口，因此不可能保證一般澆注料施工所需要的養護、烘烤時間。所以，目前的單出鐵口的中、小型高爐鐵溝一般還是采用瀝青或樹脂結合Al2O3 –SiC –C 質免烘烤搗打料搗打鐵溝內襯。
由于采用樹脂或焦油結合，搗打料搗打施工后不要烘烤或略加短時間烘烤即可立即直接過鐵水，可以滿足中、小高爐的使用工藝要求。但因為搗打的溝襯耐火材料一般只是溝底表面一層相對密實，而表層以下及溝幫部位都很疏松，不耐沖刷，因此搗打料存在使用壽命太短的問題，一般只有1～7天，短的甚至1班一修。同時，由于搗打鐵溝都是旱溝結構，每出一爐鐵都清理溝內固化下來的大量殘鐵殘渣，同時在清理之后鋪撒黃沙或焦粉。
因此，搗打料搗制的單鐵口高爐爐前鐵鉤維護工人勞動強度太大，且高熱的環境又造成很多不安全因素，還有瀝青與樹脂的煙塵有毒有害問題！
因此如何有效地解決單鐵口高爐出鐵溝壽命的問題備受關注。
我公司為此曾開發能夠快硬快烘的樹脂結合Al2O3 –SiC –C質澆注料（專利：鐵溝免烘烤澆注料及單鐵口高爐出鐵溝澆注料造襯工藝，專利號2006100869258），替代搗打料來解決單鐵口高爐出鐵溝使用壽命短的問題，并在一些高爐進行了應用。該技術雖然解決了施工體的密實性問題，但這種澆注料由于主要是樹脂結合，樹脂用量相對較大，樹脂自身的燒后松散造成燒后澆注體結構疏松，鐵溝的抗侵蝕抗沖刷能力似乎還有欠缺，使用壽命遠不如大高爐所用的低水泥結合Al2O3-SiC-C質澆注料。而且樹脂結合澆注料在烘烤時因樹脂煙塵造成爐前環境惡劣的問題依然存在。
在總結經驗與大量實驗的基礎上，我公司通過對大型高爐用低水泥結合Al2O3 –SiC –C 質鐵溝澆注料進行改性，使其能夠在熱態下施工并能快速升溫而不爆裂，滿足中、小型單鐵口高爐鐵溝的快速施工使用要求。
在工程實踐中，我們還借鑒大高爐主鐵溝普遍采用的儲鐵式結構，將中、小型單鐵口高爐出鐵主溝也改造成儲鐵式或半儲鐵式結構，從而改善耐火材料的燒結環境以及急冷急熱環境。這種結構也取消了小高爐爐前每次出鐵前在主溝內鋪撒黃沙或焦粉的慣例，從而徹底改變了爐前作業平臺的工作環境。
2 低水泥結合Al2O3–SiC–C 質澆注料的改性研究
大高爐用低水泥結合Al2O3–SiC–C 質澆注料配料中有超微粉和分散劑，因此流動性好、耐火度高，澆注體致密性好、強度高，因此鐵溝抗侵蝕、抗沖刷、使用壽命長（通鐵量高）。但該材料的大問題是澆注后需要養護且不能過快速度烘烤，否則會出現強度過低和爆炸爆裂事故。因此有效解決大高爐鐵溝澆注料的快干脫模和快速烘烤、防止爆炸爆裂問題，是該材料能否用于單鐵口高爐的關鍵，也是本研究的主攻方向。
澆注料烘烤開裂和爆裂主要原因就是因為迅速形成的水蒸氣不能及時排出澆注體外，澆注體內水蒸氣壓太高。澆注體烘烤時，澆注料內的水會因受熱迅速氣化。水的蒸汽壓與溫度的關系如圖1所示。從水的蒸氣壓和溫度的關系中不難看出，水在100℃以上時，蒸氣壓力迅猛上升。
本試驗的基本思路是：是以大型高爐用Al2O3–SiC–C 質鐵溝澆注料為基礎，加入各種防爆改性材料，使其具有快硬防爆的性能。防爆試驗方法是將澆注料澆注為100×100×60mm的方塊，澆注后1～2h即脫模并立即將放入預先升溫并恒溫的電爐中，在高溫爐內保溫30min后，觀測其爆裂的程度。進一步放大樣試驗是將澆注料澆注為100Kg以上的預制塊，同樣是澆注后1～2h即脫模并立即放在1000℃左右的炭火上進行烘烤，檢驗其爆裂情況。
2.1 添加助結合劑調整硬化時間
澆注料的快硬對于施工后快速脫模至關重要，本案通過加入促硬的助結合劑，保證澆注料既具有足夠的施工時間，同時還在澆注成型后很快硬化，以便及時脫模進行烘烤。
研究還發現，澆注料的硬化時間還與澆注體的鼓脹與爆裂有很大關系。澆注料過快硬化和過慢硬化，都會出現澆注體鼓脹與爆裂的問題。因此，通過加入適量的助結合劑，能有效控制澆注料的硬化時間，并進而防止發氣帶來的鼓脹和裂紋。加有發氣劑和助結合劑的澆注料大約1h即能固化脫模，固化后的樣塊直接放到450℃爐內也不會發生爆裂。
2.2 加入發氣劑改進放爆性能
金屬Al粉能夠與水反應產生H2氣，因此澆注料中加入少量Al粉可以在澆注后產生大量氣體通道，有利于烘烤過程中水蒸氣的擴散。同時Al粉與水反應的過程還會產生大量的熱量，能夠有效促進澆注料的硬化。但金屬Al粉加量過多時，因發氣量太多，澆注體易發生鼓脹開裂，導致結構強度降低。
發氣量跟金屬Al粉的細度和數量有關，Al粉的粒度越細數量越多，則與水反應發氣越劇烈，產氣量越多越集中，越易產生鼓脹開裂，影響體積密度，降低強度。所以，嚴格控制金屬Al粉的細度與加入量。
除Al粉的之外，本案還在澆注料中添了有機發氣劑。有機發氣劑的發氣機理是發氣劑與水泥和水發生分解反應，生成某種鈣鹽，鈣鹽分解產生N2、CO2、NH3氣。由于有機發氣劑不像Al粉那樣反應劇烈，因此澆注料不易出現鼓脹和細粉上浮的問題。而且有機發氣劑不會因施工養護環境溫度的差別而產生發氣速度與發氣量的很大變化，因此施工更易掌握。 2.3 添加有機纖維提高抗爆裂性
添加防爆纖維是澆注料有效防爆措施之一。纖維防爆的原理是澆注料受熱后纖維迅速收縮或分解，并同時在澆注料中形成氣孔通道，從而讓澆注料因受熱而產生的水蒸氣迅速擴散揮發出去。澆注料內的水蒸氣及時擴散出去而不在澆注體內集聚形成較大壓力，則澆注體不會發生爆裂。
但纖維品種眾多，合理的選擇品種、直徑、長度與用量對澆注料的放爆效果至關重要。
本研究通過合理選擇，在澆注料中加入適當品種與數量的纖維后，硬化后的試樣直接放進500℃的高溫爐內保溫后，試樣表面完好，不會發生爆裂。
2.4 添加堿式乳劑防爆劑
堿式乳劑防爆劑是近幾年才見報導的一種新型防爆劑，其組成為氫氧化物的離子聚合而成的多核絡合物，能有效溶解于水溶液。有文獻介紹其防爆機理為：澆注料在受熱干燥時，堿式乳劑的脫水膠化在基質中形成網片狀微裂紋通道，從而增大了澆注料的透氣率。另據稱堿式乳劑能抑制或延緩了CAH10 的生成，也可提高澆注料的防爆裂溫度。
為進一步提高澆注料的放爆效果，本案對堿式乳劑防爆劑進行了應用研究，通過用量匹配研究，將澆注料抗爆裂溫度從原來的安全防爆溫度500℃提高到800℃，使快干防爆澆注料有了更安全的使用性能。
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