外行眼中的鐵花飛濺，真的是煉鐵工作者想要的嗎？

來自專欄鋼鐵精英

外行人看高爐，常見的經典鏡頭就是爐前工拿著釺子去捅鐵口，鐵花飛濺的情景。實際上，鐵花飛濺，意味著高爐鐵口有問題，要嘛跑煤氣、要嘛潮鐵口，鐵花飛濺，意味著高爐出鐵不穩定，爐況不穩定，而這，不是我們煉鐵人想要的。鐵水如何從高爐內部放出？鐵口的結構是什麼樣子的？爐役不同階段鐵口的狀態一樣嗎？真實的鐵口及泥包是什麼樣子的？鐵口噴濺是什麼原因？如何穩定出鐵？我們想要的理想出鐵狀態是什麼？小編為您總結了匯總了高爐出鐵相關問題的原因、處理，希望能夠給高爐煉鐵操作者和技術人員提供有用的技術參考。如需要下載原版論文，請關注「鋼鐵精英」並回復「鐵口」。如您希望加入「鋼鐵精英群」，請加小編微信：xie215727208。

(字數：5172字，估計閱讀時間：12min)

1 概述

高爐投產後,由於渣、鐵的沖刷和化學侵蝕,鐵口區的磚襯侵蝕很快,當侵蝕到接進四周的冷卻壁時,就會威脅高爐的安全生產,所以要在每次出完鐵後用泥炮將炮泥打入爐內一定深度,使其不僅起堵塞孔道的作用,還要在鐵口區被侵蝕處形成泥包,以彌補被侵蝕的磚襯。

2 鐵口基本結構

2.1 設計及生產過程中結構

高爐出鐵口是鐵水從高爐流出的孔道，由鐵口框架、保護板、磚套、泥套、流鐵孔道及炮泥組成，位於爐缸最下部的死鐵層之上，是一個通向爐外的長方形孔。根據高爐大小的不同，一般鐵口設計寬度為200-260mm，高度為275 -450mm。出完鐵水後，用炮泥將出鐵孔道堵塞，並在爐缸內襯的外面形成一個保護內襯的炮泥泥包。需要出鐵時，使用開鐵口機將堵塞的炮泥鑽開一個圓孔，鐵水流出，渣鐵出完後，再重新用炮泥將圓孔堵塞好。

高爐剖面圖及鐵口位置

泥包設計大小對於出鐵及爐缸具有一定程度的影響，同時對於計算爐缸容鐵量具有一定的修正作用。將鐵口泥包按照長方體進行計算，初始設計泥包尺寸參數為高*寬*厚=1.65m*0.72m*0.61m=0.705m3。在實際生產過程中，泥包體積會隨著打泥量及爐缸侵蝕的變化產生變化。

鐵口泥包尺寸掃描

鐵口結構

鐵口結構示意圖

出鐵口孔道和新打入炮泥50 min後的溫度場分布規律:出鐵口孔道內的溫度由外到內基本上呈線性變化;新打入出鐵口的炮泥50 min後，從外表到2600 mm處，其溫度基本上線性增大，在2000 mm處溫度已經超過800℃,在2400 mm處溫度高達1000℃左右，再往裡溫度迅速上升，接近鐵水處高達1400℃左右。

炮泥指標要求：

表炮泥理化指標要求

2.2 鐵口實際解剖結構

實際解剖高爐鐵口發現，實際生產過程中，鐵口泥包的結構成「喇叭口」形式，即開口小，內部大。受長期打泥更新的影響，呈現明顯的「年輪」。因此，炮泥結構的不穩定直接影響「年輪」結構的穩定，是產生鐵口斷裂、縫隙及漏鐵的主要原因。

鐵口泥包外側

側視圖

部分鐵口通道

鐵口泥包碎片

鐵口泥包整體脫落情形

2.3 常見關於鐵口說法

（1）高爐鐵口泥包——是指高爐堵鐵口時用泥炮沿鐵口孔道打入爐內的一團炮泥。能夠附著在高爐出鐵口周圍爐牆內側，用於保護該部位爐牆。鐵口泥包可分為原始泥包和新生成泥包。

（2）原始泥包——指開爐以前進入爐內由人工堆砌炮泥形成的，該泥包在開爐後不久就會被侵蝕掉，以後的時間主要依靠新生成泥包保護鐵口周圍爐牆。

（3）新生成泥包——指每次出鐵完畢堵鐵口時，用泥炮通過鐵口孔道新壓入的一團炮泥。由於高爐出鐵時鐵水對泥包的沖刷損耗，需要在每次出鐵堵鐵口時向爐內補充新炮泥以便形成新泥包。

（4）鐵口深度——指鐵口區域爐牆原始設計厚度加上原始泥包厚度。正常生產過程中一般通過鐵口深度和出鐵過程鐵流的穩定程度來評價鐵口泥包好壞。出鐵穩定則說明鐵口深度適宜、泥包完好，鐵流突然變大，甚至造成鐵口噴濺則說明鐵口泥包損壞鐵口變淺。鐵口淺時需要通過調整打泥量、打泥操作控制方法，甚至改善炮泥質量，使鐵口深度儘快恢復正常。

（5）鐵水「放凈」——應該是指具體鐵口部位爐缸內鐵水的最低液面位置（由於大型高爐不是一個鐵口，爐缸內鐵水液面在高爐出鐵時不會是水平的，因此，只能稱「具體鐵口部位爐缸內鐵水的最低液面位置」），這樣只能認為「具體鐵口部位爐缸內鐵水達到最低液面位置」時，是鐵水「放凈」。

（6）「漲鐵口」——即鐵口深度增加，指鐵口在原有泥包基礎上又生成「新泥包」。

（7）鐵口中間漏鐵——指鐵口泥包出現裂縫，鐵水沒有從鐵口孔道正前方流出，而是從裂縫處流程，這時候預示著鐵口泥包有可能從漏鐵部位斷掉。

（8）「斷鐵口」——指鐵口泥包前端斷掉或者泥包全部斷掉。當出鐵過程發生「斷鐵口」和正在鑽鐵口時發現「斷鐵口」，突出表現就是鐵口突然變淺，出鐵時容易跑大流，影響高爐正常出鐵，需要通過打泥操作控制逐步建立新泥包，逐漸恢復鐵口深度。

鐵口工作的好壞直接關係到高爐和生產的安全。比如：發生鐵口長期淺或鐵口深度不穩定發生頻繁滲漏斷裂現象、開鐵口難被迫採用燜炮開口引起出鐵跑大流事故、鐵口漏煤氣嚴重，泥套無法製作，以及鐵口異常大噴等鐵口異常現象。這些情況一旦處理不當或不及時，除了引起高爐減風減產外，甚至會危害高爐的順行和危及爐缸、生產的安全。

2.4 鐵口煤氣火過大

爐缸局部區域存有縫隙導致鐵口區出現煤氣火，鐵口煤氣火過大將導致以下危害:

（1）加劇爐缸側壁炭磚侵蝕，使得爐缸側壁溫度快速攀升，嚴重影響高爐長壽；

（2）鐵口堵口吹掃時，無法看清泥套表面的實際狀況，吹掃質量下降，導致堵口冒泥現象增多，鐵口合格率降低。

（3）鐵口堵口後，煤氣火燒壞泥炮炮頭。

（4）炮頭結焦現象嚴重，需頻繁清理，造成生產安全隱患。

（5）開口機鉤座經煤氣火烘烤，產生嚴重變形，增大開口機掛鉤的間隙，開口時上下晃動，造成泥套偏眼，泥套下腳空和表面不平整等，縮短鐵口泥套的使用周期，重疊鐵次增多。

2.5 鐵口的「鑽燒捅燜」

在滲鐵的處理上，原來爐前有四字真言「鑽燒捅燜」，氧氣燒和燜炮對鐵口的危害相當大，特別是燜炮，從生產的角度來說特別容易造成出鐵時間短，嚴重時會造成跑大流甚至堵不上鐵口，不僅影響爐內壓量關係，而且對生產的組織調度不利。另一方面燜炮不僅對泥包和鐵口孔道維護不利，嚴重時會對爐缸碳磚造成損壞，對高爐長壽不利。現在如果開口過程中發現鐵口滲鐵果斷地堵口重開，毫不猶豫，產生的效果要比使用非常規手段強行開口好得多。預開口的使用，在倒出鐵場時最常見也是最大的問題就是首次鐵鐵口淺、出鐵時間短。為了照顧砂口常常採用壓炮連出的方法，爐前勞動強度大，對鐵口維護不利。而預開口在另一出鐵場的情況下把新鐵口打開，馬上再將其堵上，增加了鐵口深度，保證了首次出鐵時間。在炮泥使用方面的改進，由於炮泥質量存在差異尤其是不同批次的炮泥，爐前在使用這些問題炮泥時質量過差的摒棄不用，不同批次性能有差別的按比例搭配使用，改善了由於炮泥質量波動帶來的鐵口波動。

2.6 鐵口維護方法

（1）維持合理的鐵口深度：不同爐容的高爐對應的鐵口深度如下表所示。

表 鐵口深度與有效容積的關係

（2）按時出凈渣鐵，全風堵鐵口。

（3）勤放上渣。多放上渣，減少下渣量，可以減少爐渣對鐵口的機械磨損和化學侵蝕。

（4）嚴禁潮鐵口出鐵。

（5）打泥數量適當並穩定。

（6）保持正常的鐵口角度。

（7）穩定爐內操作。

（8）提高炮泥質量。

（9）保持適宜的鐵口直徑。

表 不同頂壓、鐵水種類鑽頭直徑

（10）選擇合理的鑽桿鑽頭

表 鑽頭鑽桿配置（mm）

（11）操作管理水平的提升。

3 青鋼1號（1800m3）高爐鐵口噴濺治理

青島特殊鋼鐵有限公司擁有1800m3高爐兩座，年平均利用係數2.36t/（m3·d），年產生鐵322萬t。2015年11月份投產的1#高爐採用矩形雙出鐵場，兩出鐵場東西對稱分布，兩鐵口夾角為180°。

自1#高爐投產以來，鐵口噴濺嚴重，貫穿整個出鐵過程，渣鐵流發散，造成主鐵溝兩側殘渣鐵大量堆積，增加了爐前操作人員的勞動強度；噴濺導致出鐵過程中揚塵過大，爐前除塵系統負荷過重，煙塵難以及時排出，導致出鐵場煙塵污染嚴重；渣鐵堆積容易導致堵口困難，清理不及時影響高爐出鐵節奏，甚至造成憋風現象，制約高爐安全生產。

3.1 鐵口噴濺原因

考慮到高爐鐵口附近煤氣火較大，排除炮泥質量的因素，結合高爐爐缸及鐵口結構，確定導致噴濺的主要原因是高爐煤氣進入鐵口。通過對開口過程的長期統計發現，鑽頭鑽至1 000 mm左右時，煤氣量有所增加。在鐵口深度1 000 mm附近存在兩個薄弱環節，即高爐爐皮與冷卻壁之間的縫隙和冷卻壁與碳磚之間的碳素搗打料層。

鐵口位置及結構

3.2 治理方法

填充 1 000 mm 附近搗料層和灌漿料層中的煤氣通道，堵住縫隙最好的辦法是壓漿。

（1）壓漿料選擇：

表 碳質壓漿料理化指標

（2）所選位置的預留孔打開後有煤氣竄出，原有壓入料強度不高，空隙較大，均滿足壓漿要求，無需重新開孔。將預留灌漿孔的殘餘壓入料清理完畢後，關閉灌漿孔上的閥門，等待休風灌漿。

（3）高爐計劃休風 12 h，準備就緒後，開始對選定的灌漿點壓漿施工，順序由下至上逐一進行。

4 安鋼（2000m3）高爐鐵口維護

安鋼兩座2000m 3級高爐均設3個出鐵口雙矩形出鐵場,鐵口間夾角為81.43°、98.57°、180°,不設渣口。鐵口通道採用大塊和小塊相結合剛玉莫來石組合磚結構以抵抗渣鐵侵蝕和沖刷。

鐵口損壞情況

4.1 鐵口損壞的原因

（1）鐵口區域有冷卻設備漏水,耐火材料損壞,造成該部位跑煤氣日趨嚴重；

（2）鐵口區域跑煤氣逐漸增大,形成了煤氣通道,長期溫度升高造成耐火材料失效;

（3）堵口時,二次壓炮造成鐵口組合磚受到熱震衝擊,產生裂紋加重了跑煤氣;

（4）主溝製作工藝不合理,主溝前端鐵口下方的澆注料未徹底清除乾淨,長期使用後,強度及緻密度下降,使用壽命降低,渣鐵侵蝕下滲透,是造成鐵口框架和爐殼燒壞的重要因素;

（5）主溝的坡度小,修溝時撇渣器各部位尺寸不精確,下渣沙牆過高,出鐵時見渣後未及時降低下渣沙牆,致使出鐵見渣後撇渣器前渣鐵液面一直過高;

（6）爐前出鐵操作過程中,渣鐵液面過高,渣鐵迴流致使泥套、鐵口護板、鐵口框架直接和高溫渣鐵接觸,是造成鐵口框架及爐殼燒壞的主要因素;

（7）倒鐵口制度不合理,倒溝頻繁,極冷極熱,導致主溝前端熱脹冷縮產生縱向裂紋。

4.2 處理措施

（1）補焊鐵口和封鎖跑煤氣

對於燒壞的鐵口區域,預先製作加工相同尺寸、材質的鋼板,先補焊爐殼,再補焊鐵口框架。在鐵口區域使用鐵口專用白剛玉料進行空隙的填充,然後在鐵口周圍、爐缸風口中套下部,均勻焊接灌漿管,自下而上進行碳質耐材壓漿,封鎖煤氣通道。

鐵口修補前後對比

（2）避免漏水和恢復冷卻壁功能

冷卻壁水管燒漏能補焊完整的進行補焊處理,然後通水冷卻;無法補焊或補焊後不能保證其漏水的,通足量N2冷卻。

（3）優化出鐵操作和管理

貫徹均衡穩定出鐵理念,將減少鐵量差作為爐前考核的主要指標,避免渣鐵出不凈,造成高爐憋風現象。要求爐前一次壓炮堵鐵口,杜絕二次壓炮操作,嚴禁堵鐵口跑泥。

改進開口機、液壓泥炮工作性能,對爐前液壓站實施「崗檢、巡檢、專業點檢」三級點檢制度,積極推行全面目視化管理,減少因漏油等設備問題,出現燒鐵口、鐵口堵不住等事故。成立主溝維修專業組,規定每次進行主溝修補,其前端鐵口下方的澆注料必須徹底清除乾淨;改進主溝澆注料質量,提高使用壽命,每次進行主溝修補時準確測量撇渣器各部位結構尺寸,控制合理渣鐵液面,避免鐵口框架直接和高溫渣鐵接觸。採用循環倒鐵口制度,避免主溝熱脹冷縮產生裂紋。

4.3 編者按

作為高爐爐缸安全的高危區域，鐵口區域面臨複雜的爐內外條件，因此，鐵口的維護是一個系統工程。從出鐵管理、冷卻制度、設備維護等方面綜合入手和完善，才能防患於未然。

5 寶鋼3號（4850m3）高爐鐵口跑煤氣及處理

2013年11月，寶鋼3號高爐(4850 m3)順利投產。開爐後鐵口煤氣火逐漸冒大，且日趨嚴重，從而導致爐前工作環境惡化，直接影響生產和長壽維護。

5.1 鐵口煤氣火產生的原因

風口區煤氣由炭磚與冷卻壁間的氣隙竄向鐵口區域。另外，4個鐵口的煤氣火均為鐵口上部大，下部較小，也間接驗證了鐵口煤氣主要來源於上部風口區的判斷。

5.2 處理措施

（1）風口區域灌漿：高爐定修時，採用高導熱灌漿料對風口區域進行灌漿，填充風口區上部的氣隙。

（2）鐵口脖子密封灌漿。

表 鐵口脖子灌漿情況

（3）鐵口區冷卻壁熱面灌漿。

5.3 效果

壓漿後，鐵口區域冷卻壁溫度明顯降低；鐵口區域煤氣火明顯減小；鐵口跑泥次數明顯減少。隨著煤氣火的減小，冒泥次數隨之減少，爐前作業改善;炮頭結焦現象也明顯減少，無需定時清理結焦，減少了爐前工作量;炮頭也無變形，鐵口上方開口機鉤座得到較好維護。鐵口煤氣火減弱，泥套的使用周期明顯加長，既有利於鐵口維護，又改善了出鐵作業。

鐵口區域冷卻壁溫度的變化

5.4 編者按

鐵口區域煤氣火過大在很多的高爐爐前普遍存在，開始時為重視，後期直接影響高爐爐缸安全。風口區域與鐵口區域形成的煤氣通路是造成鐵口煤氣火的主要原因，因此堵塞煤氣火通道是關鍵。壓漿是解決鐵口區域煤氣火過大的有效手段。壓漿的位置判斷、選擇是治理能否成功的關鍵。

6 總結

作為高爐四大操作之一的出鐵制度，鐵口的好壞直接關係到操作制度的水平的提升。因此，鐵口的設計和維護對於高爐安全起著非常重要的作用。爐缸區域較為危險的部位也處於鐵口周邊一定的角度範圍內。

針對高爐出鐵情況，可以通過一系列的模型進行監控，如爐缸活躍性模型指導高爐出鐵時機和裝料優化；爐缸渣鐵滯留量直接指導高爐出鐵時間及鑽頭直徑等相關參數；對於鐵口周邊冷卻壁溫度的監測是高爐爐缸安全長壽的關鍵，鑒於鐵口高溫情況，一般採取耐高溫的熱電偶進行在線監控，並做好防護；通過爐缸鐵口至風口冷卻壁水溫差熱負荷的監控，能夠有效判斷爐缸區域爐皮與冷卻壁、冷卻壁與內部碳磚間是否有氣隙及氣隙的強弱。因此，針對高爐出鐵制度的完善，仍然是可以量化操作和指導的。

參考文獻：

（1）唐鋼3高爐鐵口維護，於會永

（2）高爐出鐵口炮泥加工機理及開鐵口裝備研究，楊士嶺

（3）關於鐵口維護的研究與探索_馮成山

（4）2000m3級高爐鐵口損壞原因及處理預防措施，李衛東

（5）寶鋼3號高爐鐵口區長壽維護，王俊

（6）高爐鐵口操作與維護淺析，武偉

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