关于高炉出铁口泥包形成与维护方面的研究

高新运 贾广顺 杜敏庆 李丙来 肖海龙

(济钢集团有限公司炼铁厂，济南 250101)

1 摘 要 本文通过长期的炉前操作实践，结合具体感受认识，着重进行了高炉铁口（即高炉出铁口）泥包形成原理以及打泥操作控制和合理打泥量计算方法进行了研究，同时也对一些基本概念进行了定义，但没有涉及炮泥质量和炮泥成分等问题，单纯旨在提高炉前操作人员基本知识水平和操作技能，引导炉前操作人员在保证铁口合理深度前提下节约使用炮泥，降低炉前生产成本，减少环境污染。 关键词 高炉铁口 泥包 打泥量

Research of Maintenancing on the Clay Pack Used in

Iron Notch of BF

Gao Xinyun Jia Guangshun Du Minqing Li Binglai Xiao Hailong

(Ironmaking plant of Jigang Group Co., Ltd., Jinan, 250101)

Abstract The emphasis on the iron notch the clay pack in principle, operator control and a reasonable amount calculated in the field of study, does not involve the quality and the composition of the gunmud, to improve the operating personnel basic knowledge and skills and improve the operating personnel to ensure the proper depth of the economy in the use of the gunmud and reduce the production costs and reduce environmental pollution. Key words iron notch, clay pack, the mud volume

1 引言

业内人士知道高炉铁口是高炉的关键部位，主导炼铁厂命运的产品——铁水都要从高炉铁口排出，铁口

工作状态的好坏不仅决定炼铁厂指标和效益，而且还能够决定高炉一代炉役的长短。因此，高炉铁口的操作与维护在整个炼铁系统一直是十分重要的，也是得到各级领导高度重视的。

济钢1750m3高炉投产初期，铁口曾一度较浅，并且打开困难，为此，厂领导曾多次指示从各个方面开展研究，尽快解决铁口问题。其中有人研究泥炮质量问题，有人研究开口机问题，有人组织炉前操作人员进行实际操作探索，考虑到高炉铁口操作、维护是一个长期的、需要许多人甚至许多专业共同参与和努力才能完成课题，因此，我们选择了“高炉铁口泥包形成原理、打泥操作控制和合理打泥量计算”这三个问题进行研究，以配合实现高炉铁口的长治久安。在开展“高炉铁口泥包形成原理、打泥操作控制和合理打泥量计算”研究方面，认为首先必须与铁口操作的人员和炉前技师进行沟通、交流，并通过沟通、交流达成共识，以便于统一思想、统一认识、统一操作。考虑到沟通、交流单纯采用口头形式很难表达圆满，因为有些问题不是一句话两句话能够解释清楚的，因为凡是表达不清楚的问题，都不容易被人们接受。因此，认为要想在思想上、认识上取得一致，必须通过文字描述和图形描述的方法进行交流，这样才能使沟通和交流更便于理解，才能使沟通和交流的结果永久保留下来，才能成为上升到理论高度来认识的依据，才能实现这一领域认识上

高新运，男，高级工程师，从事炼铁技术研究。

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的突破和提高，才能使大家心往一处想、劲往一处使，使高炉铁口逐渐受控于人，并且保持长期稳定运行。

由于我们对高炉铁口有一定的“感情”，加上平时比较关注有关铁口的信息和介绍，但到目前为止没有发现比较详细的专门描述铁口维护，特别是“高炉铁口泥包形成原理、打泥操作控制和合理打泥量计算”方面的比较专业的文章资料，甚至有些资料的解释与我们的分析认识反向，甚至对炉前操作人员形成误导，本着对高炉负责，对高炉铁口负责的原则，认为必须开展“泥包形成原理、合理打泥量计算以及打泥操作控制”方面的研究。以便于炉前操作人员更加了解和掌握有关高炉铁口的基本知识，以便于提高炉前操作人员的技能，只有这样才能够更好地驾驭铁口操作，才能够在一定的操作基准上对炮泥质量作出正确评价，才能够根据铁口具体情况合理选用炮泥，才能够在保证高炉铁口合理深度前提下选择经济打泥量，才能够保证铁口在高水平地维护运行的情况下节约使用炮泥。

2 铁口泥包形成原理

2.1 关于铁口方面的一些基本概念

通过长期跟踪观察发现，高炉铁口深度的维护与保持，不仅仅是及时补充炮泥这么简单，它还受到渣、铁是否排放干净、炉温高低、出铁量大小、出铁次数多少、炮泥质量、打泥量、打泥速度等因素影响，还受到操作人员操作技能的影响。如果操作人员对铁口泥包形成原理搞不清楚，不会计算合理打泥量，就不可能对打泥操作进行有效控制，就不可能高水平维护好铁口。因此，在研究高炉铁口泥包形成原理之前，必须对下面几个基本概念进行一下定义，只有这样才能够对铁口泥包有统一的认识，才能够容易理解铁口泥包形成原理，才能够进行打泥量和打泥操作控制方面的研究。

（1）高炉铁口泥包——是指高炉堵铁口时用泥炮沿铁口孔道打入炉内的一团炮泥。能够附着在高炉出铁口周围炉墙内侧，用于保护该部位炉墙。铁口泥包可分为原始泥包和新生成泥包。

（2）原始泥包——指开炉以前进入炉内由人工堆砌炮泥形成的，该泥包在开炉后不久就会被侵蚀掉，以后的时间主要依靠新生成泥包保护铁口周围炉墙。

（3）新生成泥包——指每次出铁完毕堵铁口时，用泥炮通过铁口孔道新压入的一团炮泥。由于高炉出铁时铁水对泥包的冲刷损耗，需要在每次出铁堵铁口时向炉内补充新炮泥以便形成新泥包。

（4）铁口深度——指铁口区域炉墙原始设计厚度加上原始泥包厚度。正常生产过程中一般通过铁口深度和出铁过程铁流的稳定程度来评价铁口泥包好坏。出铁稳定则说明铁口深度适宜、泥包完好，铁流突然变大，甚至造成铁口喷溅则说明铁口泥包损坏铁口变浅。铁口浅时需要通过调整打泥量、打泥操作控制方法，甚至改善炮泥质量，使铁口深度尽快恢复正常。

（5）铁水“放净”——应该是指具体铁口部位炉缸内铁水的最低液面位置（由于大型高炉不是一个铁口，炉缸内铁水液面在高炉出铁时不会是水平的，因此，只能称“具体铁口部位炉缸内铁水的最低液面位置”），这样只能认为“具体铁口部位炉缸内铁水达到最低液面位置”时，是铁水“放净”。由于人不可能进入炉内观察，因此，这里所说的具体铁口部位炉缸内铁水的最低液面位置，只能通过高炉放铁情况判断，即通过放铁过程中渣、铁溜大小来判断，在铁口没有被卡住的前提下，当渣溜达到铁流的两倍左右时，可以认为该铁口部位铁水“放净”，如果从图形上分析，可以认为铁水液面降低到铁口孔道炉内一侧中心线以下位置时为铁水“放净”（见图1、图2）。对于大型高炉可能无法评价铁水是否“放净”，只能通过放铁时间和放铁数量确定该铁口是否需要停止放铁，改为其他铁口出铁。

（6）“涨铁口”——即铁口深度增加，指铁口在原有泥包基础上又生成“新泥包”。当铁口深度低于规定水平时需要利用“涨铁口”的操作方法尽快使铁口深度恢复正常；当铁口深度超过规定深度时，需要通过操作控制打泥量避免继续“涨铁口”。

（7）铁口中间漏铁——指铁口泥包出现裂缝，铁水没有从铁口孔道正前方流出，而是从裂缝处流程，这时候预示着铁口泥包有可能从漏铁部位断掉。

（8）“断铁口”——指铁口泥包前端断掉或者泥包全部断掉。当出铁过程发生“断铁口”和正在钻铁口时发现“断铁口”，突出表现就是铁口突然变浅，出铁时容易跑大流，影响高炉正常出铁，需要通过打泥操作控制逐步建立新泥包，逐渐恢复铁口深度。

关于高炉出铁口泥包形成与维护方面的研究 82212.2 铁口泥包形成原理及其基本形状描述

通过抽象分析认为，一般情况下（指炉温适中渣铁相对放净时），当泥炮将炮泥从铁口孔道打入炉缸内后，其“正前方”会遇到炉缸内焦炭的“阻挡”，会迅速以铁口为中心沿炉墙向四周扩散，同时也会向“正前方”推进（见图1），通过图1看出，铁口泥包纵断面类似“蘑菇状”。通过分析认为，“蘑菇状”泥包形成的原理，应该是最初进入炉缸的“炮泥”遇到炽热焦炭后，其表面会迅速结成“硬壳”（水分或者挥发分在炽热焦炭“烧灼”下会迅速蒸发或者挥发），随着打泥量的增加，“硬壳”会逐渐向前推进，后面进入的炮泥会继续向“硬壳”四周扩散，使“硬壳”表面积逐渐增大，随着“硬壳”表面积的增大，泥炮的打泥压力也随之升高，当泥炮打泥压力达到一定程度或者打泥量达到一定程度时，可认为“泥包”基本形成。通过分析认为，由于铁水比重较大，打泥初期“泥包”首先会向上和向前“增长”，当“泥包硬壳”面积达到一定程度，泥炮打泥压力达到一定程度后，“泥包”才会向下“增长”（指向铁水液面以下增长），“泥包”向下“增长”的深度会受到打泥量多少、炉缸“松弛”程度、打泥操作方法等因素的影响，一般认为打泥量少时，“泥包”向下“增长”就少；当炉缸相对较“松弛”，加上打泥操作方法不当时，“泥包”向下“增长”也会少。通过分析认为，由于铁水密度较大（这里指不透气），因此，炮泥中的水分蒸发或者挥发分蒸发或者挥发就慢，“泥包”直接接触铁水的部分比直接接触炽热焦炭的部分结成“硬壳”的速度相对要慢，也就是说在打泥后期“泥包”才能够被压入铁水向下“增长”，只有“泥包”能够向下“增长”，“泥包”才能够“生根”，才能够牢固。

冷却壁冷却壁 砖衬 砖衬炉缸内焦炭 炉缸中心线 泥包硬壳炉缸内焦炭炉缸中心线 炉壳 炉壳炮嘴 炮嘴铁口孔道 泥包铁水基本放净时的液面

铁口孔道泥包铁水基本放净时的液面 图1 抽象分析一般情况下铁口新生成泥包形状 图2 炉缸较“松弛”打泥速度快时的泥包形状

2.3 影响铁口泥包形成的主要因素

2.3.1 炉缸“松弛”且打泥速度过快 当高炉炉缸内比较“松弛”（指炉缸内焦炭挤压的不是很紧密）泥炮打泥速度又比较快时，可以想象打入炉内的炮泥向前推进的幅度就大，向四周扩散的幅度就小（如图2所示），由于“泥包”向前延伸的较长，在受到铁水漂浮力后，前端会向上翘，加上后面与炉墙接触面积很小，遇上这种情况，不仅“泥包”不容易巩固，而且还容易被铁水完全“漂浮”起来，甚至会发生“泥包”爆炸。济钢2号350m3高炉1998年以前使用的电动泥炮，由于打泥速度过快，曾不止一次的发生过“泥包”被“漂浮”起来以后发生爆炸的现象，当时“泥包”爆炸产生的爆发力能够将炉内焦炭推入铁口上方的两个风口，致使铁口上方两个风口的直吹管内全部灌满焦炭。遇上这种情况，铁口“泥包”肯定是不会生成的,铁口深度肯定无法保持的。过去有些小炉子还曾经出现过炮泥“打穿”现象（指炮泥全都打到炉子里去，严重时铁口还没有被封住），分析其原因应该是炉缸特别“松弛”打泥速度又特别快所致。通过上述描述可知，当炉缸特别“松弛”时，完全可以通过减慢打泥速度和采取间断式打泥等方法防止炮泥“打穿”，促使泥包形成，即通过打泥操作控制保证铁口深度。

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2.3.2 铁水“放不净”

上面讲到，用泥炮打入炉缸的“炮泥”遇到炽热焦炭后，其表面会迅速结成“硬壳”，即首先接触炽热焦炭的炮泥中的水分或者挥发分会首先被迅速蒸发或者挥发，不难想象，炮泥在结壳“干燥”过程中就已经形成了水分或者挥发分能够排出的“毛细通道”，因此，泥包就可以利用这些“毛细通道”逐渐干燥的。如果铁水“放不净”，炉缸内铁水液面完全漫过铁口时，新打入的炮泥就会完全被“浸泡”在铁水中，由于铁水密度较大（不透气），就无法形成“毛细通道”，其水分和挥发份就无法被蒸发或者挥发，用不了多久，“泥包”内部“气压”升高，就会发生“泥包”爆炸，致使 “泥包”破碎，铁口深度无法保证，这就是铁水连续“放不净”时铁口深度无法保持的根本原因。

2.3.3 炉缸“较死”

当炉缸内焦炭“挤压的较紧” 即炉缸“较死”，时，泥炮容易发生打不动泥的现象，因为泥炮打不动泥，其打入炉内的炮泥数量就达不到维持铁口深度的需要，因此铁口深度也就无法保证。遇上这种情况，可以采取适当喷吹铁口的方法，使铁口部位炉缸形成一定的“空间”，使炉缸局部得到“疏松”，以便于打入适量的炮泥，以此保证铁口正常深度。

3 打泥操作控制

3.1 对打泥操作控制的基本认识

所谓打泥操作控制是指，通过对打泥过程是否连续，打泥速度快慢，打泥压力高低实施的控制。由于打泥压力受炉缸内“松弛”程度，以及炮泥硬度等影响较大，一般只作为炉缸工作情况信息反馈给高炉操作人员，不将打泥压力作为打泥操作控制内容。能够参与打泥操作控制的只有打泥过程是否连续和打泥速度，在这两项操作内容当中，唯有打泥过程是否连续的控制最为简单，并且也能够达到预期效果。所谓打泥过程是否连续，就是是否在打泥过程中进行“人为的停顿”，如果在打泥过程中进行了“人为停顿”，那么该打泥方法就被称为“间断式打泥”也称“分阶段打泥”。通过长期对高炉铁口打泥操作的跟踪调查，认为“分阶段打泥”操作方法比较常用，并且对保持铁口深度、维护“泥包”能够起到重要作用。济钢炉前操作人员所使用的“分阶段打泥”方法，是先打入铁口孔道体积3～5倍数量的炮泥，随后大约间隔1s时间再打入少量的炮泥，虽然两次打泥间隔时间较少，但是按照上面2.2节所述“泥包”形成基本原理分析，认为该操作方法基本上是正确的，应该属于“间断式打泥”的范畴，其第二次打泥的作用就在于将炮泥压入铁水液面以下，对泥包起到巩固的作用，如果进一步提高认识，把两次打泥的间隔时间延长至5～10s，效果可能会更好，当然这需要通过炮泥的实际凝固时间来探索确定。

冷却壁 第二次打泥泥包 砖衬炉缸内焦炭泥包硬壳炉壳第一次打泥泥包炮嘴铁口孔道第三次打泥泥包 铁水基本放净时的液面 图3 分3次打泥所生成的泥包形状示意图

关于高炉出铁口泥包形成与维护方面的研究 82233.2 “分阶段打泥”操作与泥包形成的关系

通过研究发现，对于铁口维护来讲“两次打泥”优于一次性打泥，“三次打泥”优于“两次打泥”，其原因仍然与泥包形成原理有关，下面通过图形（图3）并结合泥包形成原理对“三次打泥”的优越性进行描述，旨在提高高炉铁口的安全性和可靠性。通过多次跟踪高炉扒炉，基本上没有见到焦炭与炮泥的混合层，从这方面能够说明打入炉内炮泥基本上不向焦炭缝隙内渗透，或者说渗透量很少，能够说明关于新打入炮泥的“结壳”推论是成立的。这就不难理解图3所示的，第二次打泥时会把第一次打入的泥包以及所形成的“结壳”整体向前推移，使第二次打入的炮泥沿着炉墙向四周扩散，当然在受到铁水致密度的影响后其向下扩散的幅度会明显小于其他方向，因此，只有当打泥量达到一定程度，“泥包”结壳达到一定面积，打泥压力达到一定程度后“泥包”才能够向下增长，也就是图3中所示的第三次打泥所形成的泥包。当然在实际中几次打泥的分界线不可能向图3中描述的那么清晰，这里只是利用图形使描述显得比较直观而已。

3.3 炉墙受到侵蚀铁口特别浅时更需要打泥操作控制

当炉墙受到侵蚀铁口特别浅时，首先需要知道铁口实际深度，通过铁口实际深度，确定铁口孔道填充所需要的基本打泥量和生产泥包所需要的打泥量，然后利用“分阶段打泥”的操作方法，控制打泥量、停顿次数和停顿时间。第一次打泥量必须仍然按照铁口孔道实际深度体积的3～5倍的数量控制打泥，千万不能因为铁口过浅而打泥过多，停顿时间必须延长到最大限度，给“泥包”“结壳”和水分蒸发或者挥发份挥发留出足够时间，为了使铁口“泥包”牢固和稳扎稳打地把铁口深度恢复上去，其打泥停顿次数或者说打泥次数，可以增加到4次甚至5次，但总打泥量必须控制在铁口孔道实际深度体积的8倍以内，打泥过多或者“涨铁口”心切，往往适得其反。

4 打泥量计算与经济打泥量

4.1 铁口孔道实际用泥量

以济钢1750m3高炉铁口基本深度3m、铁口孔道直径0.060m为例,其铁口孔道体积为： 0.060×0.060×3.144÷4×3＝0.008478（m3）

按照一般无水炮泥体积密度2.2t/ m3计算，填充3m深铁口孔道实际用泥量为： 0.008478×2.2×1000＝18.6516（kg）

按照济钢1750m3高炉泥炮的炮膛直径0.50m，填充3m深铁口孔道实际用泥量反馈到泥炮活塞上的移动距离是：

0.008478÷（0.50×0.50×3.144÷4）＝0.0432（m）

4.2 保证铁口深度前提下常规用泥量

按照济钢1750m3高炉泥炮的炮膛直径0.50m，一般一次打泥量按照泥炮活塞运行0.2m（俗称“一格”泥），其体积为：

0.50×0.50×3.144÷4×0.2＝0.03925（m3）

按照一般无水炮泥体积密度2.2t/ m3计算，泥炮活塞运行0.2m（一格），实际泥量为： 0.03925×2.2×1000＝86.35（kg）

按照上述3m深铁口孔道填充体积3～5倍泥量的说法核对，正好是3m深铁口孔道体积的4.6倍，即 86.35÷18.6516＝4.6（倍）

最高打泥量按照铁口孔道体积8倍推算，该泥量能够使泥炮活塞移动0.35m（仅相当于1.75格），即 0.008478×8÷（0.50×0.50×3.144÷4）＝0.3456（m）

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4.3 关于经济用泥量的探讨

通过上述计算可知，仅仅封闭铁口并充满铁口孔道所使用的炮泥量是极少的，另外相当大一部分是用于形成“泥包”，通过“泥包”保持铁口深度，通过上面的研究不难发现，“泥包”的形成与打泥操作控制方法有直接关系，加上常规打泥量存在一定的范围空间，因此，在保证铁口深度，保证铁口能够及时打开的前提下，合理利用操作控制手段实现节约用泥是有可能的。因此，想通过此文使高炉铁口操作人员提高对铁口泥包形成原理的认识，在保证铁口工作正常的前提下，自觉探索节约用泥的途径，以此实现高炉铁口最佳经济用泥量，以实际工作成绩减少环境污染。