鐵口打泥密封技術探索與實踐

EXPLORATIONANDPRACTICEOFTAPHOLEMUD SHOOTINGSEALINGTECHNOLOGY

WuHaiming

（Zhong Jin Stainless Steel Company Limited of Guang Xi Liu Zhou SteeYulin ，China）

Abstract：The blast furnace taphole is the critical channel through which molten iron and slag are discharged during ironmaking，and itssealing performance directly impacts the stable operation of the furnace and overall production eficiency.Asacore methodtoensure tapholesealing，the tapholemud shooting sealing technologyhaslong beenafocal areain blast furnace ironmaking research.This paper explores and applies the hydraulic mud shoting machine docking technology fortaphole sealing，comprehensivelyanalyzingthestrengthsand weaknessesof existing techniques.Multiple improvement measuresare proposed，includingoptimizationof nozzlecap materials，innovativedesignof mud sleeve structures，implementation of rapid nozzlecap replacement technology，and enhancement ofanhydrous tapholeclay performance.The studyaims to provide comprehensive theoretical supportand practical guidance for optimizing blast furnace ironmaking technology.

Key words： blast furnace taphole; mud shooting; sealing technology; performance enhancement

0引言

高爐鐵口是高爐煉鐵過程中鐵水和爐渣流出的關鍵通道，其密封性能直接影響高爐的連續生產和安全性。液壓泥炮機是高爐堵鐵口的專用設備，是煉鐵廠重要設備之一。使用液壓泥炮機時，以一定的壓力將炮泥迅速準確壓入高爐鐵水外排通道中并通過高溫結硬阻止鐵水流通，使高爐快速進人下一循環的作業。

液壓泥炮機的炮頭部位安裝有炮帽，在堵口過程中，炮帽直接與從出鐵口噴涌出來的高溫渣鐵接觸，炮帽表面易被高溫渣鐵沖刷侵蝕，導致其前端平整性遭到破壞，炮帽破損或缺口會引發跑泥問題（炮泥側漏），甚至堵不上鐵口，造成鐵水溢罐事故，直接影響到高爐煉鐵連續性生產作業且安全隱患極大，所以每次高爐堵鐵口前都要確保炮帽端面的完整性。然而傳統炮帽安裝方式采用插銷固定或焊接固定，插銷固定方式的炮帽更換操作步驟繁瑣（需要連同炮嘴整體更換）、更換使用時間長（更時長達 ^1h ），嚴重影響高爐爐內調節操作且現場作業區域（鐵水溝旁）充斥噴濺的渣鐵，行車吊裝安全隱患及大；焊接固定方式的炮帽更換需要動火作業，往往需要維修崗位工來完成，增加作業人手，流程較繁瑣。因此，對泥炮機對接鐵口密封技術進行深入研究，提高密封性能，對于高爐煉鐵技術的發展具有重要意義。

1泥炮炮帽耐高溫材料研究

液壓泥炮機的炮頭部位安裝有炮帽，在堵口時炮帽無法避免直接與高溫渣鐵接觸，炮帽表面易被高溫渣鐵融化、沖刷侵蝕導致其損壞，對液壓泥炮機的炮頭炮帽的使用壽命和穩定性產生極大影響，大大增加了設備維修強度。因此合理選擇一種耐火材料尤為重要。

1.1材料選擇與優化

耐火涂層技術：采用耐火層的涂層，以提高炮帽的耐高溫性能和延長使用壽命。這種涂層材料通常是由耐火材料制成，能夠在高溫環境下保持穩定的物理和化學性質，從而保護炮帽不受高溫鐵水的侵蝕。具體來說，這種涂層材料的特點包括：1）能夠抵抗鐵水、爐渣等高溫熔融物的化學腐蝕；2）能夠牢固地附著在炮帽表面，不易脫落；3）致密性要好，涂層必須薄且價格便宜。通過對比篩選，選用氫氧化鈣（石灰槳）進行了研究和測試。將石灰漿涂抹在炮帽表面，通過工藝烤炮泥順帶將石灰漿烤干。氫氧化鈣在高溫條件下會發生分解反應，生成氧化鈣（CaO）和水蒸氣，CaO有一定的耐熱性，并形成一層致密性極高的保護膜，避免了炮帽與鐵水直接接觸燒損。通過試驗統計，在45號鋼基體上噴涂碳化硅涂層，損低了 50% 左右炮帽燒損，可顯著延長炮帽的使用壽命。

圖1氫氧化鈣涂層試驗現場

高熔點材料選擇：高爐鐵水溫度大于 1538^°C ，所以泥帽熔點必須大于此溫度。選用高熔點合金材料（如鎳基合金、鉬基合金）或陶瓷基復合材料，其熔點高于 1600^cC ，且具有良好的抗熱震性和抗侵蝕性，但這些材料硬度較高，陶瓷基復合材料由于其高硬度和脆性，加工難度通常較大，傳統的機械加工方法（如車削、銑削等）可能導致材料的表面損傷或工具的快速磨損，這在一定程度上增加了其加工的難度。

1.2材料經濟性分析

成本與性能平衡：高熔點合金和陶瓷基復合材料在性能上表現優異，但成本較高。綜合考慮材料性能和經濟效益，45號鋼是性價比及優的材料。45號鋼其熔化溫度一般在 1480～1530^°C 之間，短時間接觸鐵水也達不到熔點，且這種鋼材因其良好的綜合機械性能好，價格便宜。

材料回收與再利用：研究炮帽材料的回收與再利用技術，降低生產成本和資源消耗。炮帽作為重型設備的關鍵部件，在使用過程中會受到嚴重的磨損和侵蝕，導致密封性能下降并需要及時更換。因此，通過建立完整的炮帽回收與再利用體系，包括回收渠道、處理工藝、再利用方式，可將成本降至最低。

2泥套密封結構的優化設計

高爐鐵口泥套位于鐵口區域，通過人工填充、搗實并烤干而成，是鐵口與泥炮接觸的關鍵部件，其密封性能直接影響堵鐵口的效果。優化泥套結構可有效防止冒泥和噴濺現象，保證鐵口的正常深度，確保高爐爐內操作順利進行。

2.1泥套材料與工藝改進

高性能搗打料：采用高鋁質搗打料，提高泥套的耐高溫性能和抗渣性。搗打料需具有優異的防滲透性能，能夠抵抗各種熔融金屬、爐渣和腐蝕性氣體的侵蝕。

泥套成型工藝：采用泥炮機炮帽作為模具壓制成型并通過高溫烘烤工藝，該工藝通過精確控制壓制成型和高溫烘烤硬化過程，其形狀和結構與所需泥套的形狀相匹配，確保炮頭與泥套的嚴密吻合，進一步提高其密封效果，有效提升了泥套的密實度和強度，確保了其在使用前的最佳性能和密封效果。

2.2泥套結構優化

增加鐵口保護板：在高爐鐵口框外面焊接鐵口保護板并在泥套處預留孔詞與炮帽徑向配合，確保澆注料將整個鐵口邊緣完全包裹，實現對鐵口的保護封邊，保證了泥套的完整性、密封性及使用壽命。

增加泥套軸深度：1）泥套軸深度可以增加炮頭與泥套的接觸面積，從而提高密封性能。當炮頭與泥套緊密接觸時，可以更有效防止鐵水或熔渣的噴出；2）較深的泥套軸可以提供更好的支撐和穩定性，防止泥套在使用過程中因受力不均而變形或破損；3）通過增加泥套軸深度，可以減少泥套在使用過程中受到的磨損和沖擊，從而延長其使用壽命。同時，增加泥套軸深度提高密封性和穩定性、延長使用壽命等方式來減少維修次數。這一方法在實際應用中具有顯著的效果和經濟效益。

2.3泥套維護與管理

定期檢查與維護：建立泥套定期檢查制度，根據泥套定期檢查計劃，明確檢查周期、檢查內容和檢查人員，及時發現并修復泥套的破損和裂紋。

泥套壽命預測：收集泥套的歷史使用數據，包括安裝時間、使用環境、磨損程度等。建立泥套使用數據檔案，為后續的數據分析和模型預測提供基礎。通過數據分析和模型預測，評估泥套的使用壽命，制定合理的更換計劃。

圖2液壓泥炮結構

圖3打泥機構炮嘴炮帽連接示意

現有插銷式、焊接式炮帽更換操作繁瑣、耗時長，嚴重影響高爐作業效率。設計一種輕便、快速的炮帽更換結構是解決問題的關鍵。

3.1快換炮帽結構設計

模塊化設計：將炮帽設計為模塊化結構，便于快速更換和維護。炮帽連接件焊接在炮嘴上，螺旋自鎖機構通過螺旋連接固定炮帽，確保其穩定性。在原來的液壓泥炮炮嘴的基礎上進行設計的，炮帽前端安裝時只需將炮帽套前端在炮嘴上，通過扭緊螺旋的方式直接固定炮嘴上即可。所述炮帽只可在炮嘴徑向轉動，而不能前后軸向移動；拆卸時，反向扭松螺旋即可完成炮帽拆卸。

技術措施：在原泥炮機炮嘴基礎上設計一套炮帽螺旋自鎖裝置，該裝置由炮帽連接件、炮帽螺旋自鎖機構（包括炮帽后端、炮帽前端）兩個部分組成。1）炮帽連接件：通過焊接固定在炮嘴上，延長炮嘴軸向位移，為炮帽螺旋自鎖機構提供安裝位置。2）炮帽螺旋自鎖機構（包含炮帽后端和炮帽）。炮帽后端焊接固定在炮帽過渡管上，通過螺旋連接的方式使炮帽前固定產生軸向位移將炮帽前固定于炮帽過渡管端面。

圖4改進后的炮帽裝配形式

圖5改進后的炮帽結構

螺旋自鎖裝置：在炮嘴基礎上設計螺旋自鎖裝置，炮帽通過扭緊螺旋固定，拆卸時反向扭松即可。螺旋面螺距S為： 70mm?S?90mm ，螺旋角度β 為： 。確保炮帽徑向轉動而不是軸向移動。

3.2快換炮帽的應用效果

快換炮帽的設計極大縮短了高爐炮帽的更換時間。傳統更換方式可能需要長達1h的時間，這不僅影響了高爐的正常運行，也降低了整體作業效率。而快換炮帽結構通過優化設計和便捷的操作流程，使得更換時間大幅縮減至 10～15min 。這一顯著的改進意味著高爐可以更快恢復到工作狀態，減少因更換炮帽而造成的生產中斷，從而提高整體的生產效率和產能。

4無水炮泥的應用與研究

無水炮泥作為鐵口密封的關鍵材料，無水炮泥能夠穩定鐵口深度，確保渣鐵被徹底清除，從而實現生產過程中的順暢。有效控制鐵水流速，確保鐵水在高爐內的流動速度和流量處于良好狀態。其性能對高爐的穩定運行和鐵口密封效果至關重要。

4.1無水炮泥的性能要求

耐高溫性能：炮泥需要在極高的溫度下保持穩定，通常要求能夠承受 1538°C 以上的高溫。這是因為在高爐出鐵過程中，鐵口區域會受到高溫鐵水和熔渣的強烈沖刷和侵蝕。無水炮泥必須具備良好的耐高溫性能，以確保在高溫環境下不發生軟化、變形或開裂，從而保持鐵口的密封性。

抗沖刷性能：炮泥需要具有優異的抗渣鐵沖刷能力。在高爐出鐵過程中，鐵水和熔渣會以高速沖刷鐵口區域，如果炮泥的抗沖刷性能不足，很容易被沖刷掉，導致鐵口密封失效。因此，無水炮泥必須具備強大的抗沖刷性能，以抵御鐵水和熔渣的沖刷侵蝕。

4.2無水炮泥的優化

材料選擇：選擇高鋁礬土、碳化硅和氮化硅等高性能耐火材料，優化配比。高鋁礬土具有卓越的耐火度和優異的抗熔渣滲透性能，將其作為無水炮泥的主體骨架材料，可以顯著提高炮泥的耐高溫性能。碳化硅具有高硬度、高耐磨性、低熱膨脹性及良好的抗熱震性，復合添加碳化硅能讓炮泥在鐵口高溫環境下仍保持結構完整，極大增強炮泥的抗沖刷性能。優化后的無水炮泥能夠在更高的溫度下保持穩定的性能，不易燒損和軟化，在受到渣鐵沖刷時，炮泥能夠保持較好的完整性和穩定性，從而延長使用壽命。

結合劑優化：為了進一步改善無水炮泥的性能，加入了適量的金屬硅粉、膨脹劑、黏土等結合劑。結合劑可以在高溫下與炮泥中的碳系材料結合，生成碳化硅，提高炮泥的抗折強度和體積密度；黏土則可以改善炮泥的粘結性能和可塑性。因此，優化材料選擇、結合劑以及其他方面的措施，顯著提高無水炮泥的性能和使用效果。

5結論與展望

鐵口打泥密封技術是高爐煉鐵的關鍵環節，通過不斷優化炮帽材料、改進泥套結構、設計快換炮帽裝置及提升無水炮泥性能，顯著提高鐵口密封性能，保障高爐的穩定運行和煉鐵效率。

本文通過對現有鐵口打泥密封技術的探索與研究，提出了多項優化措施，旨在為高爐煉鐵技術的提升提供解決方案。未來，隨著新材料、新工藝的應用，鐵口打泥密封技術將不斷突破，為高爐煉鐵行業的高效、安全生產提供更強有力的支持。

參考文獻

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