目前高爐出鐵場普遍走向了承包，即以一次性通鐵量或使用壽命和單位噸鐵價格為主要承包指標，承包給耐火材料供應商。這和沒有承包時完全不同甚至相反，以前沒有承包時消耗耐火材料越多越賺錢。而承包后，為了實現(xiàn)效益最大化，就必須使耐火材料消耗盡可能地減少，并且耐火材料成本盡可能地低。為此，應該提高鐵溝耐火材料質量、不同部位用不同耐火材料的復合砌筑方法、加強冷熱修補維護和對用后耐火材料進行再生利用。只有這樣，才能做到使用壽命盡可能地長，侵蝕速度盡可能地低和廢棄耐火材料盡可能地趨于零。本文就復合砌筑、產品質量、維護修補和再生利用進行了論述。
1、復合砌筑
在高爐的出鐵場中，一般分為主溝、鐵溝和渣溝。主溝鐵水流速快，溫度高，并且承受渣鐵的共同作用。而渣溝和鐵溝分別是渣和鐵液通過，其流速較低，流量較小，溫度也較低，因此對溝襯耐火材料侵蝕也就較慢。
大型高爐出鐵場主溝分為渣區(qū)和鐵區(qū)。在出鐵穩(wěn)定階段，渣區(qū)和鐵區(qū)是固定的。但在出鐵中后期，渣鐵混出，渣鐵界面隨著渣鐵比例的不同而變化。特別是落鐵點周圍，不但受到渣鐵的共同作用，還承受很大的沖擊力和快流速所導致的擴散侵蝕加快。即在主溝應該分為：渣區(qū)、鐵區(qū)、渣鐵線、渣空氣交界區(qū)和落鐵點區(qū)。不同區(qū)域所處環(huán)境不一樣，承受不同介質的侵蝕，導致其侵蝕情況不同：
（1）渣區(qū)或渣線主要受到高爐渣的侵蝕。根據(jù)作者的研究，該區(qū)域應該選用高碳化硅、較高石墨含量的剛玉-碳化硅-碳質致密澆注料或磚為好。
（2）鐵線區(qū)主要受到鐵水的侵蝕和沖刷，應選用抗鐵水侵蝕和沖刷性更好的材料。即應該選用高氧化鋁含量和低碳化硅的剛玉碳化硅碳質致密澆注料或磚為好。
（3）落鐵點顯得非常復雜，它除了受到鐵水和渣的侵蝕外，還受到強烈的沖刷作用，并且這些侵蝕介質是交替進行的。因此，應該采用既抗渣侵蝕，又抗鐵水侵蝕，同時又抗沖刷的耐火材料才行。無論怎樣，與鐵液侵蝕比較起來，渣侵蝕更重要，處于支配地位。因此，建議采用適當高一些的碳化硅含量的高致密度和高強的ASC澆注料或磚為好。
（4）在鐵液和渣界面上，也存在復雜情況。它們受到鐵液和渣的物理化學作用，有電解質的電池作用而導致的侵蝕介質的運動，也有因出鐵不同時間而導致流量和渣鐵比例的變化（鐵→鐵渣→渣），也導致了界面的變化，即受到渣鐵的共同作用。因此，該區(qū)域采用的耐火材料即不同于渣線，也不同于鐵線，而應該是兼顧鐵和渣的侵蝕的耐火材料為好。
(5）渣區(qū)與空氣的交界線處受到了強烈的空氣氧化。能把碳氧化掉，把SiC氧化成SiO2而再被渣侵蝕掉。因此該交界線處用的耐火材料除了抗渣侵蝕外，還應該更抗氧化，這是防止該處成溝槽的重要方法。
值得指出的是，上述只是一種指導，或叫做共性技術。對于具體的高爐出鐵場，渣鐵比不同、爐壓力不同等操作條件不一樣，應該有所調整，不能一層不變，應該根據(jù)具體情況進行調整。為了減少消耗和減少修補次數(shù)，提高一次性使用壽命，建議渣區(qū)和落鐵點周圍用高致密度ASC磚砌筑。
對于中小型高爐出鐵場，鐵溝比較小，渣線、鐵線等就很難分開或分得清楚。這種情況，就要選擇一種折中的辦法。根據(jù)渣鐵比例，選擇合理的碳化硅含量的澆注料。也許落鐵點區(qū)用耐火材料最適合于這個區(qū)域。
同樣對于非儲鐵式的出鐵溝（一般都是小高爐），出鐵后期全出渣，這時整個出鐵溝就是渣。因此，也必須考慮這種情況。這種情況應該更多考慮用更多渣侵蝕，應該選用更多的碳化硅和碳。因此，目前選用ASC質搗打料是合適的。
2提高鐵溝耐火材料的質量，以降低耐火材料單耗
用戶希望使用壽命越長越好。供應商希望耐火材料的性價比越高越好。這兩者之間不完全吻合。一般來講使用壽命越長，性價比越高。但是，產品質量不高，可以通過維護和噴補同樣也能達到更高的使用壽命。這時耐火材料單耗可能較高，但是成本低，也可能獲得盈利更高。本部分探討提高鐵溝材料的性能，尤其抗侵蝕性。維護修補下一節(jié)再討論。
2.1鐵區(qū)抗侵蝕性。
鐵主要是Fe-C合金，基本上是碳的飽和溶液。因此，在鐵區(qū)，碳幾乎不溶解在鐵液內。而碳化硅就不行，硅在鐵內沒有飽和，可以溶解在鐵液內，
SiC=[Si]+[C]，
DG0=-223310-97.07T+RTLn[Si][C]，
因此碳化硅能被鐵液溶解侵蝕。關于包括Al2O3在內的氧化物與Fe沒有共熔性，因此，他們不會被鐵水侵蝕。但是鐵液是強還原介質，它可以與不穩(wěn)定的氧化物發(fā)生氧化還原反應。經過熱力學計算，Al2O3不會，而SiO2就會與鐵液內的C發(fā)生反應：
SiO2+[C]=SiO(g)+CO(g)，
SiO2+[C]=[Si]+2CO(g)，
導致了耐火材料侵蝕和損毀。另一方面鐵液密度大，暗流對溝襯的沖刷力強，因此應該提高鐵區(qū)耐火材料的強度和耐磨性。這樣有利于降低侵蝕速度。根據(jù)熱力學原理，抗鐵水熔蝕好壞的次序為：CaO、Al2O3、SiO2、C、Si3N4、SiC。
總之，為了提高鐵線耐火材料的抗侵蝕性和使用壽命，應該降低SiC和SiO2含量，提高致密度和耐磨性為好。表1給出了鐵區(qū)較合理的耐火材料理化指標。
2.2渣區(qū)用耐火材料
關于對出鐵場用耐火材料研究，主要集中在對高爐渣侵蝕的研究。這方面報導很多。作者也對其進行了充分的實驗研究。結果介紹如下。
2.2.1主原料對ASC澆注料性能影響
選擇礬土和各種剛玉為主要原料，固定碳化硅等原料的加入量，進行ASC澆注料性能方面的實驗。
抗侵蝕好壞的次序依次為致密剛玉、亞白剛玉、棕剛玉和特級礬土。致密剛玉要比特級礬土耐侵蝕好一倍還多。因此原料的選擇很重要，應該根據(jù)具體要求選擇不同的原料。
2.2.2對分散劑對ASC澆注料性能的影響
選用聚丙烯酸鈉、密胺樹脂、萘系減水劑，進行加水量和性能方面的實驗，結果見表3。由表可知：
1)含有硅灰的澆注料，就不能用SM減水劑，SM只適用于不含硅灰的澆注料；2)聚丙烯酸鈉只適合于含硅灰或低水泥的澆注料，水泥稍高就不合適。
2.2.3結合劑對抗渣侵蝕的影響
作者實驗研究了鋁酸鈣水泥和ρ-Al2O3結合劑對澆注料侵蝕的影響。試驗結果證明ρ-Al2O3結合的ASC澆注料更抗高爐渣的侵蝕。即澆注料內CaO顯著增加了侵蝕性。
2.2.4碳化硅含量對ASC澆注料性能影響
變化碳化硅含量，對性能，特別是抗侵蝕性能的影響的實驗結果見表5。由試驗結果可知：
1)隨著SiC增加，熱態(tài)抗折強度提高，密度下降，但致密度不變；
2)SiC增加，抗侵蝕性增加；
3)比較抗侵蝕好壞次序為11#、12#、13#。
因此，開發(fā)高SiC低硅灰的澆注料用于出鐵場渣線區(qū)會有好的結果。
2.2.5石墨、碳化硅和氮化硅對鐵溝料抗渣侵蝕的影響
為了提高材料的性能，對引入石墨的配方采用630t摩擦壓力機成型的方法制樣。樹脂結合的ASC磚200℃，12h固化，制成180mm×220mm×80mm尺寸的磚，澆注料采用110℃，24h干燥的方式制得230mm×114mm×65mm標準磚，砌在寶鋼4350m3高爐落鐵點周圍的渣線位置進行現(xiàn)場試用。通鐵7.5萬噸后，停下來檢修，測量了侵蝕情況。以寶鋼現(xiàn)在用的渣線澆注料為基礎，根據(jù)密度大小進行校對，計算出少用材料的量，再根據(jù)目前不同材料成本和使用效果。
可知：碳化硅增加耐侵蝕增加，添加石墨能顯著提高抗高爐渣的侵蝕性。因此，大型高爐渣線應該采用碳化硅石墨磚砌筑為好，它用量少，耐侵蝕，能顯著提高使用壽命，具有較高的經濟效益。
關于氮化硅的作用，作者做了下列實驗：把8#SiC-C磚和SiC-Si3N4磚（Si3N4：20%~30%）夾在感應爐上的夾具上，放入高爐渣和鐵水的感應爐里，試樣旋轉（60rpm）2min，再靜止侵蝕7min。
Si3N4比碳更抗高爐渣的侵蝕。同時也證明鐵水對碳化硅制品的侵蝕比渣線慢。因此，出鐵場關鍵部位應該是高氮化硅結合的碳化硅材料。
作者在某公司450m3高爐出鐵場的落鐵點處砌筑了氮化硅結合的碳化硅磚，使用了4天，侵蝕掉25~30mm，表面有一層渣附著，比同期使用的ASC搗打料(侵蝕掉200mm)好6~8倍。因此，對于小高爐，渣鐵混出，并且出渣量較多情況下，碳化硅含量較高為好。特別含有一定量的氮化硅更好，更能提高抗侵蝕性和使用壽命。
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為了提高抗侵蝕性，進一步對氮化硅和氮化硅鐵進行了試驗。即含Si3N4為80%的Fe-Si3N4、純度為92%以上的Si3N4。在基本配方不變情況下，只改變Fe-Si3N4和Si3N進行配料，進行抗侵蝕試驗。添加氮化硅和氮化硅鐵都能提高ASC噴射料抗高爐渣的侵蝕性。相比較而言，氮化硅較氮化硅鐵稍好一點。
經過上述實驗可知：對于出鐵場用耐火材料，抗高爐渣侵蝕好壞的次序為：Si3N4、SiC、C、Al2O3、SiO2、CaO。
3加強修補維護
在正常使用過程中，侵蝕最快的是主溝的落鐵點，其次是渣區(qū)。應該對該處薄弱環(huán)節(jié)進行熱態(tài)修補或冷補，而不是扒掉。這樣就可以均衡溝襯，大大提高了使用壽命和降低了耐火材料消耗。
國內維護基本上采用了冷修補，即套澆造襯。這種方式是一種好方式，但是帶來下列問題：
1）對于小一些的高爐只有一條溝，給出的時間受到很大限制。這樣快速澆注施工和投入使用，顯著影響了施工質量和耐用性；
2）冷套澆往往剝皮導致了浪費較多，影響了成本，同時冷卻下來也降低了鐵液溫度，對節(jié)能也是不利的。熱態(tài)修補既不影響使用，又有利于節(jié)能和提高鐵液溫度，是更好的選擇方法。
熱態(tài)噴補有濕式噴射修補和半干法噴補兩種方法。無論哪一種方法，國內做的較少，寶鋼一直在采用半干法噴補這種方法。取得了很好的效果，一般噴補一次渣線，可以延長通鐵量2~3萬t作用。這樣可以不停地維護下去，導致使用壽命達到延長。在熱態(tài)噴補方法中，濕式噴補更好。主要表現(xiàn)在產品加水量很低，產品的耐侵蝕性更好，單耗更低，有利于降低成本，噴補施工過程中沒有粉塵，對環(huán)境產生好的影響。
作者開發(fā)了高爐出鐵場主溝用濕式噴射料的研發(fā)工作，開發(fā)的濕式噴射料的理化指標見下表9。用該料在寶鋼4350m3高爐主溝一面的前8m渣線進行了試用。熱噴溫度在600~800℃之間，噴涂試驗用鎂鹽作為速凝劑，加入量為0.023%，速凝效果良好，噴到鐵溝壁上馬上稠化和硬化，附著率良好，幾乎沒有反彈。并且取得了初步成功。用料4t，噴補主溝渣線。通鐵量提高了3.06萬t[3]，還有較多的殘余料，明顯優(yōu)于半干法噴補料。噴補操作見圖2。噴補表面光滑，30min后僅有二小塊不足20kg爆落下來，熱附著率達到95%以上。
通過不停地熱態(tài)和冷態(tài)修補，把出鐵場溝襯變成永久化的襯，不要動不動就扒掉，要象轉爐濺渣護爐和電爐爐底的修補一樣，可以提高鐵水溫度和降低耐火材料單耗，對用戶、對供應者、對環(huán)境都是非常有意義的。
4鐵溝料利用再生資源
4.1用后鐵溝料再生利用
取自寶鋼煉鐵廠下來的主溝料，經過揀選、破粉碎加工、顆粒整形、除鐵和干燥等工藝后，以此為原料，制備鋁碳化硅碳磚和澆注料。
用再生料完全可以再生出較好的出鐵溝搗打料和澆注料，并且可以制造出性能較好的鋁碳化硅碳磚，這些產品有的得到了很好的應用。
以寶鋼處理后的用后主溝料為原料，添加量分別為72%和74%，制得澆注料應用于寶鋼4350m3高爐渣溝，使用壽命達到了兩個月，比原渣溝料幾乎好了一倍，侵蝕速度為0.94~1.02mm·kt鐵-1（而正常商品是1.7~2.00mm·kt鐵-1）也慢了近50%，取得了良好的使用結果。
由此可知，用后鐵溝料完全可以再生出優(yōu)質的搗打料、澆注料和ASC磚，并能取得良好的結果。這對降低成本和資源再生是非常有意義的。
4.2硅碳化硅微粉在鐵溝料上的應用
本實驗用的硅碳微粉來自于挪威某公司的一種工業(yè)廢料，經過處理和提純后的產品。
因為是微粉，含有碳化硅和硅，這是鐵溝料的重要成分，這是微粉有可能改善配料的顆粒組成。
初步試驗證明：
1)采用硅碳微粉加水量明顯減少。這樣微粉應該是很好的。只要設法除去鐵將有非常高的價值；
2)從密度看，JM的密度低，而AC的密度高。JM和AC都比SiC的密度低。這說明：JM比AC含有更高的硅；
3)AC比JM能提高體密；
4)由于微粉填塞作用，它們都能提高冷態(tài)強度，但是沒有提高熱態(tài)強度。說明微粉的分散性和高鐵的促進燒結作用。
5結論
通過提高鐵溝料的質量，選用更高非氧化物，更致密的剛玉原料制得渣線料。選用含量更多的致密剛玉原料和較少的非氧化物原料制得鐵線料。綜合鐵線和渣線料的配料，選用非氧化物和致密剛玉的合適配比的高強耐磨材料，特別是能引入石墨的ASC磚以及氮化硅結合的碳化硅磚更適合于落鐵點。這樣有效降低了耐火材料侵蝕速度，提高了通鐵量。
渣線、鐵線和落鐵點等采用不同的材料進行施工砌筑，能均衡溝襯，和充分發(fā)揮不同材料的作用，使使用壽命更長和消耗更低。
加強修補維護，采用濕式噴射進行熱態(tài)噴補，會導致使用壽命更長，扒掉的廢棄耐火材料更少，浪費更少。
通過用后鐵溝料的再生利用，降低耐火材料的成本，還可以做到耐火材料廢棄量趨于零。使耐火材料再生利用價值最大化。這樣就充分降低了耐火材料成本，提高了效益。
文章作者：1）田守信2）吳秀娟3）賀恒星
參考文獻：
[1]張永新，苗瑞，朱錦明，等.寶鋼主溝澆注料使用現(xiàn)狀及對策[J].寶鋼技術,2008（5）:65-68.
[2]田守信,姚金甫,劉振軍,等.Al2O3-SiC-C質熱態(tài)濕式噴射澆注料的研究[J].耐火材料,2005,39（6）:426-428.
[3]姚金甫田守信姚長江等.ρ-Al2O3結合鐵溝澆注料的實驗研究[J].耐火材料,2008,42（2）:139-141.
文章選自第十四屆全國不定形耐火材料學術會議論文集，如有侵權，請聯(lián)系刪除。
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