高爐渣溝是高溫爐渣及時排放的通道，它是高爐生產工序中的一個極為重要的部分，必不可少。本鋼新1號4747 m3高爐設計共有4個出鐵口，兩套INBA法水沖渣系統和兩個小沖渣系統，渣溝設計為兩個出鐵口共用一條公共渣溝，渣溝襯均采用Al2O3、SiC、C、水泥等一次澆筑成型[1]。隨著高爐冶煉的強化，出鐵量迅速增加，爐渣溫度提高，渣溝襯耐火材料的使用環境日益惡劣，尤其是渣溝交匯處是熔渣的回旋區域，損毀更快；另外，出鐵間歇，渣溝因溫度驟降而發生收縮炸裂現象，需頻繁進行修補才能維持生產，給高爐生產帶來極大影響。針對上述情況，對高爐渣溝進行局部改造創新，采取分段先行預制存儲，并且，預制塊內增加鋼筋龍骨，鋼筋會阻礙渣溝澆注料硬化時的自由收縮，在渣溝澆注料中會引起拉應力，阻礙渣溝澆注料開裂和炸裂[2]。解決了渣溝局部放炮致使渣溝澆注料層變薄，需頻繁地進行熱態修補，甚至燒穿渣溝等嚴重影響高爐正常生產的問題。

1. 高爐渣溝的布置及結構性能

1.1 布置

高爐渣溝分為主渣溝、公共渣溝、小沖渣溝，1#出鐵口的爐渣和2#出鐵口的爐渣通過1號和2號主渣溝匯集到西側公共渣溝流入西側水渣處理裝置；3#出鐵口的爐渣和4#出鐵口的爐渣通過3號和4號主渣溝匯集到東側公共渣溝流入東側水渣處理裝置，（如圖1所示）。高爐出鐵場平臺東、西兩側各設有一套INBA法水渣處理裝置，并配置小沖渣事故處理設施。INBA法水沖渣是保爾沃特公司的專利技術，具有布置緊湊占地面積小，可以實現整個流程自動化機械化，水渣質量好，沖渣水閉路循環，渣中含鐵度高時，該系統也能安全進行爐渣的粒化。

在正常情況下100%沖水渣，水渣設備出故障或檢修時采用小沖渣工藝，水渣經膠帶機送至水渣裝車槽通過火車或汽車外運。

1.2 結構及性能

高爐渣溝設計為長方體箱體結構，如圖2所示，箱體外殼鋼板厚度為30 mm，箱體內鑲嵌耐火磚，最外層渣溝襯采用Al2O3、SiC、C、水泥等一次澆筑成型每條主渣溝長度為36 m、公共渣溝長度為24 m、小沖渣溝長度為18 m，高爐渣溝總長度為228 m。渣溝澆筑后寬度為700 m、深度為420 m、坡度為6°。渣溝澆筑料的理化技術指標見表1。

圖 2高爐渣溝截面圖

2. 高爐渣溝的破壞原因

2.1 內部應力和溫差應力

高爐渣溝在澆筑過程中，由于耐火澆注料中混有大量空氣，澆注料硬化期間放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力；后期在降溫過程中，由于受到基礎或老澆注料的約束，又會在澆注料內部出現拉應力；當這些拉應力超出澆注料的抗裂能力時，即會出現裂縫（如圖3所示）。許多澆注料的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化，如養護不充分、急于烘烤，表面干縮形變受到內部澆注料的約束，也往往導致炸裂。另外，由于澆注料原材料不均勻，水灰比不穩定及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一條高爐渣溝澆注料中其抗拉強度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位[3]。

氣溫的降低也會在高爐渣溝表面引起很大的拉應力，高爐內熔渣由爐內流出時溫度大于1450 °C，出鐵間隔期間，高爐渣溝裸露在大氣中，特別是寒冷的北方冬季生產，出渣過程中積蓄的熱量由表及里逐漸散失，產生溫差應力，使澆注料產生裂紋或裂縫，加劇侵蝕，甚至燒穿渣溝。內部應力和溫差應力是高爐渣溝損壞的主要原因，危害極大。

2.2 機械侵蝕

高爐渣溝具有一定的坡度，因高爐內具有一定的壓力，因此當高溫熔渣進入渣溝時具有一定的動能，直接沖刷高爐渣溝周圍部位耐火材料，如圖4（a）所示。為了滿足高爐高產的要求，常常兩個出鐵口同時出鐵，爐渣量增加，爐渣溫度提高，渣溝澆注料的使用環境日益惡劣，尤其是高溫熔渣在主渣溝、公共渣溝、小沖渣溝交匯處形成渦流，該位置由于受高溫熔渣的長時間、不間斷沖刷，損毀更快，如圖4（b）所示，需及時采用高爐渣溝澆注料對此處進行重新澆筑，機械侵蝕是高爐渣溝損壞的次要原因，危害較大。

2.3 化學侵蝕

因高爐渣溝澆注料中含有Al2O3、SiC、C，而在煉鐵過程中造堿性爐渣，堿性爐渣與渣溝澆注料中酸性氧化物反應生成低熔點化合物，在高溫作用下形成熔融狀態被沖刷掉或變為液態，進入爐渣中，使渣溝澆注料失去結構強度，形成化學侵蝕。化學侵蝕不可避免，但是侵蝕速度極小，危害不大。

3. 高爐渣溝的改造

3.1 高爐渣溝U型鋼筋預制塊創新與應用

公共渣溝實際長度為24 m，它是兩個相鄰主渣溝的高溫熔渣交匯后通往水沖渣池的必經之路，由于受高溫熔渣的侵蝕長時間、不間斷沖刷，損毀更快。

為了避免對公共渣溝重復修補和澆筑，經過現場實地勘察，根據公共渣溝原始圖紙研制一種高爐渣溝U型鋼筋預制塊，它的長度為2000 mm；寬度為1200 mm；高度為760 mm；凹槽深度為420 mm；重量為1.5 t。由Al2O3、SiC、C和少量水泥，利用模具振動澆筑成型，內部設置鋼筋龍骨，吊裝環與鋼筋龍骨焊接成一體，預制塊本體為長方體形狀，等腰梯形凹槽縱向貫通鋼筋預制塊本體，等腰梯形凹槽為熔渣通道。

需要更換渣溝鋼筋預制塊時，首先把舊渣溝鋼筋預制塊從渣溝槽依次吊出，清理渣溝槽殘渣，然后，把新的渣溝鋼筋預制塊依次吊入渣溝槽內，首尾相連，各個渣溝鋼筋預制塊銜接處拍上石英砂，即可使用，如圖5所示。

3.2 高爐渣溝鋼筋“四岔口”預制塊的研制與應用

以往，高爐各個出鐵口渣溝交匯處的施工，采用的是澆注料加水在攪拌機中攪勻，運輸到該位置上方傾倒，先用振動棒將底部振實，然后對側壁進行涂抹施工。由于此處形狀不規則，再加上渣溝澆注料有自流性，因此，施工特別困難。另外，澆筑施工總耗時約4.5 h，自然養護時間至少12 h，施工完成后以小火烘烤72 h，然后用中火和大火各烘烤6 h，才能投入使用。

有時，為了爭取時間，渣溝澆注料未干透就急于使用，造成局部放炮，渣溝澆注料層侵蝕快，容易燒穿，需頻繁地進行熱態修補，嚴重影響高爐正常生產。

為了解決上述技術問題，經過反復實踐，研制一種高爐渣溝鋼筋“四岔口”預制塊，先行預制存儲，需要時可以直接投入使用，免去了澆筑、養護、烘烤時間。以解決現有技術中渣溝局部放炮、渣溝澆注料層變薄需頻繁地進行熱態修補甚至燒穿渣溝等嚴重影響高爐正常生產的問題。

高爐渣溝鋼筋“四岔口”預制塊，包括預制塊本體，由Al2O3、SiC、C和少量水泥，利用模具振動澆筑烘干成型，內部設置鋼筋龍骨，吊裝環與鋼筋龍骨焊接成一體。預制塊本體為不規則立方體，處在高爐相鄰兩個出鐵場渣溝和一個小沖渣渣溝通往水沖渣渣溝的交匯處。該預制塊本體每個岔口的剖截面均相等，且熔渣通道均為倒等腰梯形凹槽結構，四個岔口熔渣通道凹槽相互貫通預制塊本體。預制塊本體耐火澆注料整體性好，無貫穿裂紋；渣溝整體性能提高，有效防止渣溝滲漏生產事故；預制塊本體具有良好的熱震穩定性，能承受反復升溫和降溫的考驗，較好的保溫性能，避免爐渣熔液通過時溫降過快（如圖6所示）。

3.3 高爐渣溝鋼筋預制塊熱強度

當熔渣通過渣溝時，渣溝澆注料襯受到高溫作用，水泥收縮，而Al2O3和SiC隨著溫度升高產生微小膨脹，兩者變形不協調使渣溝產生裂縫，強度降低。當溫度達到400 °C以后，水泥中的Ca（OH）2脫水生成CaO，渣溝開裂，由常溫瞬時加熱到570 °C以上時渣溝澆注料體積發生突變，強度急劇下降產生炸裂。

渣溝澆注料內加入鋼筋制造出高爐渣溝鋼筋預制塊，在鋼筋預制塊中鋼筋能承受由于彎矩作用而產生的拉力和壓力，能承受剪切力，能承受因渣溝澆注料收縮和溫度變化產生的壓力。鋼筋預制塊是鋼筋與渣溝澆注料共同承受壓力，而渣溝澆注料僅渣溝澆注料本身單一承受壓力，相同體積的鋼筋預制塊與渣溝澆注料，鋼筋預制塊承受的壓力要大得多，這是因為鋼筋的強度比渣溝澆注料要大得多，而且致密性極高，一級鋼筋的強度是235 MPa，而渣溝澆注料凝固后一般強度為30 MPa，實踐證明這種鋼筋預制塊抗沖刷破壞（內部應力和溫差應力、機械侵蝕）能力極強。

4. 高爐渣溝鋼筋預制塊改造的效果

改造后，由于有足夠的時間自然養護，預制塊致密度較高，透氣性好，使用過程中不易發生炸裂。制作方便，勞動強度低；高溫強度大，耐沖刷，抗侵蝕，抗氧化；抗熱震性好，不剝落和開裂。更換時節省澆筑、養護、烘烤時間，方便質量控制，節能環保，可延長高爐渣溝整體使用壽命，滿足生產要求，節約成本。高爐渣溝故障率大幅下降，對新一號高爐高爐渣溝2020年以前（改造前）和2020年以后（改造后）平均故障率進行分析，明顯看出，改造后高爐渣溝故障率大幅下降，如圖7所示。

改造前，高爐渣溝平均每7 d（其間需經過無數次小修補）大修1次；改造后，高爐渣溝平均每21 d（其間無特殊情況不需要修補）大修1次，極大的保證了生產的順行。

5. 結束語

1）高爐渣溝鋼筋預制塊的改造與應用，可延長高爐渣溝整體使用壽命，滿足生產要求。

2）高爐渣溝鋼筋預制塊制作方便，有足夠的時間自然養護，預制塊致密度較高，透氣性好，使用過程中不易發生炸裂，避免渣溝燒穿，為高爐生產的穩定順行和經濟效益的提高，提供了保障。

3）可以分段更換，吊裝方便，避免了熱態修補時人工通過風鎬、大錘、鋼釬等原始方法清理熱渣溝；交叉作業，減輕工人勞動強度，避免了熱態修補過程中安全事故的發生。

參考文獻

[1]李亞偉.耐火澆注料自損毀機理探討.北京:冶金工業出版社,2018:35

[2]李紅霞.耐火材料手冊.北京:冶金工業出版社,2017:23

[3]過鎮海,時旭東.鋼筋混凝土原理和分析.北京:清華大學出版社,2019:73

文章來源——金屬世界