符显斌，张延辉，李建军，赵长城
（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山 114000）
摘 要：为彻底解决炉缸严重侵蚀带来的安全隐患，鞍钢 7 号高炉进行了炉缸浇注修复施工。修复施工包括放残铁、炉缸清理及炉缸浇注及修复后开炉送风恢复等环节。基于充分的可行性评估，施工前可靠的侵蚀计算和现场测量，以及成熟的炉缸浇注技术，此次炉缸浇注修复达到了预期目标。完成修复后，高炉各项技术经济指标迅速得到强化，达到了可靠、经济地延长高炉炉缸寿命的预期目标。
关键词：高炉；炉缸浇注；修复；放残铁
鞍钢七号高炉（2580m3 ）第六代炉于 2004 年 9 月 11 日开炉，设计使用寿命 15 年。至今投产已满 16年，按设计寿命已属于炉役末期。随着时间的延长和冶炼强度的提高，炉底温度、炉缸壁体温度持续上升。
尤其是 2019 年炉缸壁体温度上升幅度较大，9 月份 20 号风口下方第 2 段 30-31# 冷却壁温度持续升高，由179℃上升至近年最高值 303℃，热流强度达到 15.01kW/(m2 ·h)。次月 2 段 28-29# 冷却壁温度达到历史最高值361℃，热流强度达到 19.45kW/(m2 ·h)。这 2 处热流强度均超出经验警戒值，说明对应炉缸部位已侵蚀严重，7 号高炉生产存在着巨大安全隐患。并且长期频繁的加钛矿护炉，对高炉各项技术经济指标造成严重影响。为此，2020 年 8 月，对 7 号高炉炉缸进行了整体浇注修复。
1 炉缸浇注修复前的准备工作
1.1 残铁口位置确定
七高炉炉底采用五层满铺碳砖+两层陶瓷垫结构，到目前为止高炉服役年限为 16 年，随着炉役时间的延长，高炉炉缸侧壁及象脚区碳砖温度出现了不同程度的升高，通过数据及交流分析，可以判断出高炉陶瓷杯、象脚区、炉底侵蚀较为严重，根据傅立叶公式计算及以往国内同类型高炉生产实际经验[1]预计现在炉底侵蚀深度大约为 1200mm，所以确定残铁口位置标高为 7200mm，位置为 1 段冷却壁高炉北侧偏东位置（即2-35/2-36 号冷却壁）。
1.2 残铁量计算
在炉缸状况不是十分明确的情况下，根据残铁口位置，计算炉内残铁量如下：
W=¼πkd2 hγ
式中，W——残铁量；
k——残铁系数，取 0.3~0.7；
d——炉缸侵蚀后直径 11.5m；
h——残铁部分高度，即侵蚀深度加死铁层厚度，取值 3m；
γ——铁水比重，取值 7t/m3 。
W=0.785×(0.3~0.7)×11.52×3×7=654~1526t
即炉内残铁量在 598~1396t 之间，取中为 990t，为安全起见，按最大残铁量准备铁水罐。
1.3 炉基及放残铁现场
（1）安装好炉基部位和放残铁所需照明；
（2）拆除放残铁位置 2500mm 除尘管道 5m 左右；
（3）高炉直径 400mm 风口回水管进行盲断移位，切除长度约为 3500mm；
（4）拆除放残铁位置的水泥墙，宽度约为 3m，高度约为 2.4m；
（5）残铁口及扒渣门对应冷却壁与 1~3 段相连进出水水管全部改用快速接头软连接；
（6）提前清理炉基积水，凡残铁流经的地面必须保持干燥病铺上 300mm 厚的干河沙；
1.4 残铁沟制作
残铁沟全长约 8000mm 左右，高度 1000mm，底宽为 800mm，钢板厚度 10mm，残铁沟沟底平砌一层耐火砖，侧面立砌一层耐火砖，再铺一层捣打料。前段捣打料层厚度为 400mm，末段捣打料层厚度为 250mm，残铁沟坡度在钢结构落差的基础上用捣打料层厚度衔接完成[2]，完成后均要用煤气火烘干，坡度约为 7°。
1.5 放残铁操作
2020 年 7 月31 日，降料面停炉后进行了放残铁操作。放残铁前，炉皮实际切割面积宽 300mm×高 500mm。使用手动凿岩机和风镐钻到接近 1.4m 左右钻不动，遂用 3m 长氧气管（共计 21 根）烧残铁口至铁水流出。放残铁过程历时 240min，共放残铁约 650t。从降完料面开始改水管至放完残铁共历时 32.6h。
1.6 凉炉及炉缸清理
凉炉共制作打水管 10 根，规格 d45×6×7000mm（打孔区域长度 1000mm，孔径 5mm，孔间距 35mm，共开 3 排孔）。打水管进水端焊接 1 个 DN40 单丝头，与风。口进水金属软管.41.连接，利用风口电磁流量计显示打水量，累计流量数据显示到煤水操作室。打水过程中，采用间歇式打水方式，在保证凉炉的前提下最大程度的保护炭砖。凉炉过程共计打水 1500t。为了最大限度保护炉内残留炭砖砌体，保证炉壳整体强度，此次炉缸修复未切割炉壳“开大门”，因而炉缸清理出的残渣铁和残砖废料主要由风口和炉顶大方人孔运出。由风口出料共 510t，由炉顶大方人孔出料 2573t。
2 浇筑耐材指标
高炉炉缸整体浇注采用 Metpump 10 浇注料。扒渣门部位碳砖修补采用高导热浇注料 Metpump XSR，扒渣门部位新换冷却壁和炉壳之间灌浆采用 Metpump SF-SS 上述不定形耐材材料理化性能指标如下。
3 高炉炉缸浇筑设计方案制定
根据后期破损调查分析[3]，炉缸侧壁总体看东铁口剩余厚度较少，最薄处为 300mm，总体铁口区域侵蚀严重，四、五层环碳侵蚀较重；炉底侵蚀总体看边缘满铺碳砖侵蚀较浅，中心侵蚀较重，北北部区域侵蚀较重，东铁口下方满铺侵蚀较重，南铁口、西铁口的第三、第四层满铺仍在，中心侵蚀到第三层满铺碳砖剩余一半，总体侵蚀偏于东和北区域。破损调查结果与技术中心预测侵蚀分析有差距，主要原因是由于电偶严重不足，无法计算；其次后增加电偶激励冷却壁热面较近，影响实际温度测量。故根据实际破损情况调整浇筑方案如下：
4 浇筑施工进度
（1）炉底第一次修圆：9 月 1 日 10:30~13:30 支模具，23:30~9 月 2 日 01:30 浇注，浇注高度 500mm，养生 8h。
（2）炉底第二层修圆和炉底第一层中心：9 月 2 日 9:30~12:30 至模具，12:30~13:10 清扫卫生，13:10~17:50浇注，养生 8h。
（3）扒渣门修复和炉底第二层中心：9 月 3 日 2:00~4:30 支模，4:30~5:45 清扫卫生，5:45~10:25 浇注，扒渣门浇注高度 1.5m，炉底第二层厚度 600mm，养生 12.5h。
（4）炉缸侧壁第一次：9 月 3 日 23:00~9 月 4 日 11:30 支侧壁斜模，11:30~13:30 炉内清扫和炉墙精细化清理，13:30~16:30 浇注，浇注高度 1.0m，养生 8.5h。
（5）炉缸侧壁第二次：9 月 5 日 1:00~7:00 支模，10:00~23:00 处理铁口热电偶，23:30~6 日 02:45 炉内清扫和炉墙精细化清理，2:45~5:45 浇注，高度 1.2m，养生 9.5h。
（6）炉缸侧壁第三次：9 月 6 日 15:30~21:30 支模，21:30~22:30 炉内清扫和炉墙精细化清理，22:30~7日 1:30 浇注，高度 1.6m，养生 11h。
（7）炉缸侧壁第四次：9 月 7 日 12:30~19:00 支模，19:00~19:45 炉内清扫和炉墙精细化清理，19:45~24:00浇注，高炉 1.2m，养生 11h。
（8）炉缸侧壁第五次：9 月 8 日 11:00~16:30 支模，16:30~17:45 炉内清扫，17:45~20:40 浇注，浇注高度 1.1m，养生 11h。
（9）炉缸侧壁第六次：9 月 9 日 7:30~12:00 支模，12:00~13:30炉内清扫卫生，13:30~16:30浇注，浇注高度1.3m，养生 18.5h。
（10）整体拆模和铁口退台喷涂：9 月 10 日 11:00~11 日2:30 整体拆模，其中 17:30~19:00 铁口退台喷涂。
5 结论
（1）从浇筑后总体效果来看浇筑面裂纹横向较多，纵向较少，但没有连成片，裂纹宽度最宽不超过 1mm， 长度最长不超过 2mm，裂纹主要分布在铁口上方变径区域；浇筑时由于使用模具较大，模具最长的约 600mm，尺寸较大的模具并不利于最后炉缸归圆；另外，烘炉后二套浇注料有上涨趋势，需要进一步观察[4]。
（2）由于本次炉缸浇筑的总原则是以功能性恢复为主，在浇筑过程中要尽最大程度保存原有未被侵蚀、保存比较完好的碳砖，所以给安装炉缸电偶带来一定难度。例如，由于 2010 年后 7 高炉由于炉缸长寿原因一直降低强度生产，高炉侵蚀总体好于其它高炉 ，所以炉底满铺碳砖电偶铺线时只能由北侧扒渣门进入，导致最终未能完全按照设计铺满电偶。
（3）本次 7 高炉大修于 2020 年 9 月 19 日 21:08 送风投产，大修重点项目除对炉缸进行整体浇筑外，还包括更换炉身冷却壁、对炉身进行整体喷涂、对热风炉外短管和热风总管进行砌筑等。大修工期紧、任务重、检修项目多，预计工期 40 天，实际 37.5 天完工，比计划提前 2.5 天完成。在整个大修过程中，炉缸浇筑的施工周期短、现场作业标准化等技术特点表现的比较突出，为缩短工期做出了重大贡献。
参考文献
[1] 项钟庸, 王筱留, 等. 高炉设计-炼铁工艺设计理论与实践(第 2 版). 北京: 冶金工业出版社, 2014: 609.
[2] 潘宏伟, 程树森, 余松, 等. 高炉炉缸炭砖环裂机制初探[J]. 钢铁, 2011, 46(3): 14-18.
[3] 杨军强, 张建良, 焦克新, 等. 湘钢1号高炉炉缸破损调查研究[J]. 炼铁, 2011, 30(4): 50-53.
[4] 王宝海, 谢明辉, 车玉满. 鞍钢新3号高炉炉缸炉底破损调查[J]. 炼铁, 2012, 31(6): 20-24.