董戰春 鄧樂銳 秦文鵬 魏朝生 徐吉龍

（北京聯合榮大工程材料股份有限公司 北京 懷柔 101400）

摘  要： 本文介紹了一種可對轉爐出鋼口更換后出鋼口管磚與座磚間隙進行定向填充的澆注修補技術。該技術為一整套澆注填充修補裝置及材料工藝，用以實現鎂質自流澆注料的全流程的攪拌、輸送和灌注，能夠解決傳統干法噴補料加水量過多（最高達到30%）和鎂鉻質澆注料高溫惡劣環境人工難以精細施工等難題，使自流料迅速、準確流入出鋼口管磚與座磚間隙內，且分布均勻、充分填實，具有結構致密、粘結性能好、抗防爆性能高、燒結完全等特性，使出鋼口管磚實現最佳設計使用壽命，并使現場施工操作向簡便化、設備化和安全化發展。

關鍵詞：轉爐；出鋼口；修補；鎂質；自流料

1  前言

轉爐爐襯中，出鋼口作為鋼水由轉爐進入鋼包的必經通道，由于頻繁受到高溫鋼水沖刷、熔渣損蝕和機械應力破壞等作用，其工況條件相當惡劣。在使用過程中，經常會出現出鋼口內徑擴張速率過快的現象，導致鋼流增大出鋼時間縮短，轉爐為維護正常冶煉節奏，就需要熱修更換管磚。出鋼口壽命低下和熱修次數的增加，不僅影響生產節奏，更是直接影響到鋼水質量，給精煉和連鑄等工藝增加額外的冶煉成本。因此，延長出鋼口的使用壽命就引起了行業內的廣泛關注。

目前，國內轉爐出鋼口更換常用的填充修補料主要有傳統干法噴補料和鎂鉻質澆注料等，且鎂鉻質澆注料也由原來的傳統水泥結合逐漸發展至超低水泥甚至無水泥結合，與超微粉技術和分散劑技術的發展相對應，出鋼口填充修補用澆注料也正在向低加水量及高自流性方向發展。

2  技術開發

2.1  傳統修補方法存在的問題

傳統干法噴補料用于轉爐出鋼口填充修補，具有施工簡單靈活等特點，現場施工配備壓力噴補罐使用，可提前做上料準備，施工時采用槍頭加水，材料流動性好、揮發份少、硬化時間較短。但由于低熔點無機鹽的加入、加水量的不確定性、粒度偏細抗剝落性差等問題，導致材料與水拌和時間短、不均勻、材料結構疏松產生氣隙與低強度，致使出鋼口壽命難以提高從而不能滿足轉爐快節奏生產的要求。因此，目前現場更多的采用鎂鉻質澆注料，以減緩出鋼口的損毀速度。但由于轉爐熱補施工條件的限制，該料需要在現場采用人工使用鐵鍬進行攪拌，然后用小推車推至爐后，再使用人工翻料方式將澆注料投入爐內，受制于現場爐襯高溫的影響及遠距離投擲施工帶來的不準確性，致使澆注料無法完全準確的進入出鋼口管磚與座磚間隙內，現場需要采用自來水管沖水刷料協助，這樣操作既對熾熱磚襯造成隱性損害，又由于自來水沖刷混入的影響，導致材料出現不耐高溫爐渣侵蝕、強度低、使用壽命短等問題，同時材料中因含有的一定量的氧化鉻，嚴重污染現場車間環境，并對施工人員健康產生很惡劣的影響。具體情況可見圖1所示。

圖1 傳統修補方法現場施工實例

2.2  澆注修補技術工藝的確定

確定出鋼口填充澆注修補技術配套工藝，選擇并通過實驗室試驗確認最佳的耐火材料基材體系和外加劑的精確配比加量，同時設計制作專用的配套澆注裝置，以改進填充料施工方式，使鎂質澆注料能夠通過熱環境自流并順利進入出鋼口管磚與座磚間隙內，具有材料能夠充分填實、粒度分布均勻、燒結結構致密、粘結性能好、抗防爆性能高等特性，工藝示意如圖2所示。

圖2 澆注修補技術工藝示意

2.3  澆注修補技術工藝的實現

結合轉爐出鋼口應用實際工況需要，轉爐出鋼口澆注修補技術的開發主要由鎂質自流澆注料和配套澆注裝置兩個方面來實現。

2.3.1  鎂質自流澆注料

選擇并通過實驗室試驗最終確定環保型鎂質自流澆注料最佳的耐火基材體系、完成顆粒級配的研究、結合劑及減水劑的實驗室篩選等各項研發工作，并以此確定形成了澆注料的綜合整體方案，通過實驗室檢測結果顯示，該材料能夠滿足出鋼口填充澆注修補技術的需要，具體檢測結果見表1。

表1 鎂質自流澆注料指標檢測結果

 因考慮到轉爐生產節奏緊張，出鋼口管磚更換安排經常有臨時變化調整，因此在實驗室驗證了澆注料的可施工使用時間。試驗按5.4%的液體加量充分攪拌均勻后，檢測1分鐘流動度，并記錄攪拌時間，攪拌料放置于實驗臺上等待0.5小時后，再繼續攪拌并檢測1分鐘流動度，再放置于實驗臺上并等待0.5小時，如此反復循環，直至3小時為止，試驗記錄具體如圖3所示。

圖3 鎂質自流料3h內流動性隨時間變化情況

從試驗檢測結果發現，鎂質自流料在3小時內具有足夠穩定的可施工作業性，能夠滿足隨時變化的轉爐現場應用需要。

2.3.2  制作專用的配套澆注裝置

為實現技術目標，設計并制造專用的配套澆注裝置，使之能夠滿足出鋼口澆注修補技術工藝要求。且該裝置具備快速行走系統以提高施工效率、管道冷卻循環系統以耐爐內高溫炙烤、電氣設備的穩定化以實現施工全程無障礙，具體情況見圖4所示。

 圖4 專用的出鋼口澆注修補配套裝置

3  工業應用

3.1  情況簡介

轉爐出鋼口澆注修補技術在國內多家鋼廠的大、中、小型轉爐上進行了實踐應用，主要與現場一直在用的傳統干法噴補工藝或人工鐵鍬投料施工工藝做同條件全面性能對比，具體試驗施工情況如圖5所示。

圖5 轉爐出鋼口澆注修補工業應用情況

3.2  應用效果

對轉爐出鋼口澆注修補技術在國內某鋼廠120噸轉爐現場的應用情況做分析對比，現場在應用前對采用本技術進行修補的出鋼口進行編號（按施工順序分別變為1－7#）跟蹤。跟蹤120噸轉爐1－7#出鋼口的出鋼時間和使用情況，具體情況可見表2。

表2 跟蹤統計1－7#出鋼口現場應用情況

結果分析可知，采用轉爐出鋼口澆注修補技術進行修補以后，極大程度上縮短了120噸轉爐的出鋼時間，降低了修補料的消耗數量，提高了出鋼口的使用壽命，轉爐出鋼口澆注修補技術使用前、后相關數據統計具體見表3所示。

表3 120噸轉爐出鋼口階段性情況統計對比

由表3數據可見，與該廠之前使用的傳統出鋼口修補方法相比，采用轉爐出鋼口澆注修補技術后，施工作業時間可縮短至大約15.2分鐘左右，縮短率大約為50%，極大的提高了轉爐生產作業率；且澆注自流料在施工和燒結過程中無材料無反彈、浪費等情況發生，與之前使用的干法噴補料相比，平均單次修補料消耗量降低至730公斤，額外損耗降低率大約為20%；同時，平均使用壽命由原來的212.82爐次提高到平均412.57爐次，提升幅度大約為93%以上，完全達到了降本增效的預期效果。

4  結語

工業應用實踐表明，轉爐出鋼口澆注修補技術能夠實現鎂質自流澆注料全流程的攪拌、輸送和灌注，該技術能夠解決干法噴補料加水量過多（最高達到30%）和鎂鉻質澆注料高溫惡劣環境人工難以精細施工等難題，使自流料迅速、準確流入間隙內并分布均勻，有效保障出鋼口管磚與座磚間隙能夠充分填實，具有結構致密、粘結性能好、抗防爆性能高、燒結快速完全等特性，使出鋼口管磚能夠實現其最佳設計使用壽命。

此外，由于鎂質自流澆注料具有加水量低（最低可至5.4%）、熱自流性高等特性，因此能夠大幅縮短修補施工及材料燒結時間，在國內外轉爐出鋼口更換修補領域尚屬首例。

總之，轉爐出鋼口澆注修補技術具有施工操作方便、無粉塵、需水量低、澆注層結構致密、材料額外損耗少、使用壽命高等優勢，將具有廣闊的市場前景。