安鋼大型高爐爐門鐵口框架損壞分析及在線修復探討

王維

摘 要：大型高爐生產率不斷提高，爐門鐵口工作負荷越來越重，工況條件極為惡劣，嚴重威脅爐前生產安全工作。通過對大型高爐爐門鐵口結構及工況分析，探討爐門鐵口及框架維護措施，并找出爐門鐵口框架損壞原因。探討行之有效的在線快速修復鐵口框架的方法。

關鍵詞：大型高爐；鐵口框架；泥套；爐殼裂縫；在線修復

ANALYSIS OF DAMAGE TO THE IRON MOUTH FRAME OF THE LARGE BLAST FURNACE DOOR AT ANYANG IRON AND STEEL CO.， LTD. AND DISCUSSION ON ONLINE REPAIR

Wang Wei

（Anyang iron and steel Limited by Share Ltd.? ? ?Anyang? ? 455004，China）

Abstract：The productivity of large blast furnaces continues to improve， and the working load of the furnace gate iron mouth is becoming heavier and heavier. The working conditions are extremely harsh， seriously threatening the safety of production in front of the furnace. This article analyzes the structure and working conditions of the large blast furnace door iron mouth， explores maintenance measures for the door iron mouth and frame， and identifies the reasons for the damage to the door iron mouth frame. Explore effective online rapid repair methods for iron frame.

Key words：large blast furnace；iron mouth frame；mud jacket；furnace shell cracks；online repair

0? ? 前? ? 言

安鋼現有高爐均為2 000 m3級以上大型高爐，爐前出鐵全部采用了無渣口、多爐門鐵口的設計。爐門鐵口是高爐出渣出鐵的門戶，特別隨著高爐的大型化，生產率不斷提高，爐門鐵口在惡劣條件下的工作負荷越來越重，受高溫鐵水沖刷、開口機振動、泥炮沖擊以及開鐵口、堵鐵口作業時的破壞，加之鐵口角度的變化，鐵口深度不穩定發生頻繁滲漏斷裂現象、鐵口深度長期淺引起側壁升高、鐵口漏煤氣、開口困難被迫采用悶炮開口引起出鐵跑大流等事故。最直觀的現象就是爐門鐵口框架被高溫鐵水不斷沖刷造成爐門框架損壞，爐門護板難以固定，最終引起泥套難以完整制作，泥炮堵口跑泥，爐門難以堵住，造成嚴重生產安全事故。

1? ? ?爐門鐵口結構及工況分析

1.1? ? 爐門結構

高爐爐門鐵口位于爐缸的下沿為長方形或圓形直孔，主要由爐門鐵口框架、保護板、鐵口保護磚、泥套、流鐵孔道及泥包所組成，如圖1、圖2 所示。

1.2? ? 爐門鐵口工況分析

1）鐵水流量。

爐內周邊產生的鐵水在出鐵時集中流向出鐵口，使鐵口周圍的鐵水流量和熱負荷最高，環流或徑相流的強度是引起出鐵口侵蝕的重要因素，其總流量的大小取決于爐子的生產率。

2）鐵水紊流。

當有煤氣同鐵水一起流經出鐵口時，鐵水紊流條件加強，較高流速的鐵水夾帶著煤氣流出，加速了出鐵口侵蝕。

3）循環。

由于反復出鐵時產生的溫度波動，促進了耐材的損壞。

4）物理侵蝕。

出鐵口蘑菇狀防護層及其表面在打開和封堵鐵口過程中全部破壞；強烈的鉆擊可以震裂和破壞耐材與蘑菇保護層；使用氧氣打開出鐵口時，會造成耐材和冷卻器的損壞；泥炮的力量太大可以造成出鐵口表面的損壞，引起耐材的移動產生裂紋，降低冷卻效果。

5）化學侵蝕。

當出鐵口有縫隙時，爐內煤氣火會竄出，這會造成耐材的早期損壞，在爐缸其他部位，碳質耐材容易被漏水氧化，裸露的耐材也可能受到未飽和鐵水吸碳的侵蝕。還有爐渣的侵蝕作用更不能忽視。爐門損壞情況如圖3、圖4所示。

2? ? 爐門鐵口框架損壞分析

綜上所述，在爐門鐵口如此惡劣的工況條件下鐵口框架極易損壞，主要原因分析有如下幾點：

1）開鐵口后鐵水大量涌出，在鐵水流量無法滿足快速流入鐵罐的前提下，就會有大量鐵水堆積到爐門周圍，與鐵口框架直接接觸造成框架損壞。

2）由于鐵口損壞造成大量煤氣竄出引燃，火焰長期炙烤鐵口框架造成框架金屬材質發生變化，從而耐用性下降。

3）由于爐門維護不到位，泥套沒有及時修復，使爐門框架及護板直接暴露在鐵口通道內造成鐵水沖刷損壞。

4）由于開鐵口困難使用氧氣管燒鐵口操作，由于光線、周邊環境溫度等原因造成操作工并不能準確讓氧氣管對準鐵口造成爐門框架及護板燒毀等。

3? ? 爐門鐵口及框架維護措施

1）爐門鐵口應保持正常合理的鐵口深度，有利于出盡渣鐵，全風堵口。打泥時便于炮泥在鐵口前形成泥包，而泥包內不含渣鐵也就更方便順利的打開鐵口。從而減少開口機在爐門前的長期振動對爐門的損壞。也減少了用氧氣管燒開鐵口，因操作不當造成的爐門鐵口框架及護板的損壞。

2）鐵口泥套的維護也至關重要，良好的泥套可以保證泥炮打泥時可以壓緊鐵口形成密封環境，杜絕跑泥，確保打泥量。泥套制作時，將泥套制作材料固定在爐門框架及爐門護板外也可以起到較好的保護作用。

3）對爐前開口機、泥炮設備良好的維護也是確保爐門維護的重要工作。爐前開口機維護良好，可以確保開鐵口時振打有力，進給速度均勻，鉆桿可以快速鉆開炮泥完成出鐵操作。液壓泥炮性能良好可靠，可以在高爐出盡渣鐵，鐵口透風后迅速把炮泥壓入鐵口內，形成不含渣鐵的蘑菇狀泥包保護層，為下次順利打開鐵口提供條件。

4? ? 爐門鐵口框架在線修復

以安鋼1號高爐1號鐵口為例，年修期間檢查發現爐門鐵口框架內剛玉莫來石材質組合磚損壞嚴重，局部出現環型裂紋（見圖5），形成爐門煤氣通道，造成爐缸煤氣泄露；爐門框架下部燒毀，渣鐵混合物已把爐門框架燒穿，燒損高度100 mm；爐門框架一側斷裂，另一側有開裂傾向；爐門框架下部（100 mm）爐殼橫向開裂約700 mm，用碳弧氣刨打破口清理焊根發現，燒損爐門框架處存在渣鐵混合物，開裂焊縫上部因長期高溫氧化和煤氣流沖刷均無法氣刨清理操作。

莫來石是一系列由鋁硅酸鹽組成的礦物統稱。莫來石是鋁硅酸鹽在高溫下生成的礦物，人工加熱鋁硅酸鹽時會形成莫來石。莫來石礦被用來生產高溫耐火材料。莫來石是Al2O3 -SiO2二元系中常壓下唯一穩定存在的二元化合物，化學式為3Al2O3-2SiO2，通常用燒結法或電熔法等人工合成。密度： 3.16 g/cm3，莫氏硬度： 6～7，耐火度：1 800 ℃ 時仍很穩定，1810 ℃分解為剛玉和液相。莫來石是一種優質的耐火材料，它具有膨脹均勻、熱震穩定性極好、荷重軟化點高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學腐蝕性好等特點。

對開裂焊縫上部鋼板取樣進行化驗，得出結果如表1所示。

從表1和圖6可以看出，爐殼鋼板裂縫上部已嚴重碳化，喪失金屬強度，必須割除周邊鋼板重新加工局部爐殼鋼板修補后，才能修復爐門鐵口框架及爐門。

手工電弧焊焊接工藝參數要求如表2所示。

具體在線修復施工方案如下：

1）高爐休風后清理爐門周圍澆注料，爐門框架兩側及底部露出耐火磚。

2）割除多余爐門框架面板和上方開口機錨鉤座，清理爐門框架內澆注料直至露出組合磚。

3）對爐殼鋼板裂縫周圍多點取樣，確定鋼板金屬材質受損面積，從而確定需更換爐殼鋼板面積。爐殼鋼板主要材質采用Q345B，力學性能和化學成分應符合GB/T 1591-2008的要求。鋼板厚度≥40 mm采用抗層狀撕裂鋼板，鋼材的Z向性能為Z15，斷面收縮率和含硫量滿足《厚度方向性能鋼板》（GB/T 5313-85）的要求。確定好鋼板的材質和尺寸后進行新的爐殼鋼板焊接。

4）對接新爐門框架，調整泥炮，檢查貼合面角度，確保爐門框架原面板、新面板和炮嘴平面，三面平行后焊接新爐門框架。以上焊接要求由經驗豐富的優秀焊工承擔，焊縫坡口及附近20 mm范圍內清除凈油、銹等污物。定位焊焊接方法與打底焊相同，焊接要求同正式焊接。焊接牢固可靠，不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。施焊前，復查組裝質量、定位焊質量和焊接部位的清理情況，如不符合要求修正合格后方可施焊。總體焊接順序是隨著安裝順序，從下往上對稱焊接。對接焊縫由2～4名焊工同時對稱分段退焊，先焊內側，外側清根焊接，多層多道焊。四個角須繞焊，長度不小于

50 mm。施焊中，應特別注意接頭和收弧的質量，收弧時應將熔池填滿。多層多道焊時，接頭錯開50 mm以上，并連續施焊。每一層焊道焊完后及時清理檢查，清除缺陷后再焊。焊接完畢，焊工及時清理焊縫表面的熔渣及兩側的飛濺物。對焊縫依據技術規范、施焊工藝進行全面檢驗，外觀檢查合格后進行無損檢測。

5）爐門框架修補焊接全部完成后加焊澆注用鐵口封閉板（預留鐵口通道），對鐵口框架內進行速干耐火料灌漿。

6）澆注料養護6 h左右。期間可以對爐門框架進行加固焊接、焊筋板，恢復錨鉤座等工作。二次調炮及調整開口機角度后爐門鐵口框架在線修復基本完成，可進行鐵溝澆筑等后續工作。

5? ? 結? ? 語

高爐爐門鐵口是整個高爐生產的咽喉，確保爐門鐵口狀態良好是高爐穩定順行生產的一項長期而重要的工作，是高爐長壽的關鍵。爐門鐵口框架損壞無疑會對整個鐵口維護造成極為嚴重的影響。利用高爐定修期間，在線對鐵口框架進行修復，可最大限度的延長高爐大修時間，節約整體更換成本，創造良好的爐前鐵口維護環境，對減少爐前安全生產事故起到至關重要的作用。

參考文獻

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