优化高炉铸铁场操作提升效率与可靠性

高炉（BF）铸铁场是铁水和液态渣从高炉出铁、浇入铁水包（鱼雷罐或敞口包）或排往凝固（铸锭、渣粒化）或处理（铸铁场脱硫）的作业区域。

良好无故障铸铁场操作是高产高炉低成本运行的重要要求。铸铁场功能设计、操作实践、耐火技术、自动化和环保要求是满足铸铁场更高可靠性和产出需求必须审视的问题。铸铁场是全高炉操作中劳动强度最大区域。其设计须与预期铁产量、炉底容积、出铁实践全面集成，同时最小化劳动力、维护、材料消耗，改善工作环境。首要目标：按冶炼速率、有效炉底容积、维持炉底“干燥”状态的意愿决定的出铁速率和日出铁次数出铁，而非由铸铁场铁沟、流道和设备可用性决定。典型高炉铸铁场布局见图1。

图1 典型高炉铸铁场布局

铸铁场设计和操作须提升高炉操作效率，针对以下参数：

• 改善出铁和出渣作业人员工作条件
• 减少铁水热损失，维持温度
• 减少铁水随液渣损失
• 显著减少出铁时污染物排放

铸铁场须有足够入口、通道和出口，使作业人员紧急撤离。设计和选址须保证人员从铸铁场任何区域撤离无需经过风口前或跨越流道。

铸铁场规模取决于高炉产能，但也须有足够空间容纳人员和设备。特别要求炉前和风口两侧尽可能留有自由空间。理想布局应使流道尽可能短。倾斜或摆动流道配大容量铁水包可改善作业条件、简化出铁。精细开关风口是高炉成功关键因素。

为高效除尘除烟，铁沟应覆盖。但出铁过程和风口维护需风口前区无障碍通道。各类沟盖操纵器提供铸铁场灵活解决方案。

铸铁场铁渣侧地面须光滑，局部有坡度。坡度选择不应仅为易清渣铁。坡度过陡会使作业不必要疲劳、增加跌倒风险。

流道深度须足以容纳扣除耐火衬里后最大铁水流量。

风口与主流道连接系统选择需特别小心，确保高炉与出铁地面间无断裂。

出铁地面为排放铁液渣液设置的开口须加防护，防人员跌落。

渣包爆炸虽罕见但非不可能，各安装类型须采取最适宜措施保护人员免受渣液飞溅。

另一危险是铁水包铁水溢漏至轨道及周边。地面湿润时可发生爆炸。须采取适当措施防止地下水、雨水、高炉水渗入或排入该区。轨道间积水须有排水设施。

铸铁场设计和设备须使作业人员在无事故危险下监督铁水包和渣包装填。

渣粒化厂选址位置需仔细考虑，确保冷却水蒸汽不吹入铸铁场。须安装系统保护工人设备免受铁水误入渣流时爆炸伤害。

铸铁场运输搬运机械须精心选择，人工搬运降至绝对最低，出铁地面每部分均可到达。机械应含一或多台桥式起重机或其他起重装置、叉车及其他搬运车。出铁地面须设通道和机动空间供搬运车。

出铁操作中铸铁场作业人员面临危害：

• 材料高温及铁水熔渣辐射热
• 铁水熔渣爆炸飞溅
• 溢流泼溅
• 高炉突发漏铁
• 烟尘气蒸汽
• 风口氧枪燃烧用氧
• 风口枪、钻机，气动/液压/电气设备等
• 手工具
• 材料废料搬运
• 流道烘干用可燃气体
• 保温用稻壳和砂
• 噪声

现代高炉铸铁场配备以下设备、工具、耗材：

• 风口钻机
• 钻杆更换器
• 风口泥枪
• 风口泥枪装填机
• 沟盖和沟盖操纵器
• 鱼雷罐液位测量系统
• 倾斜流道
• 塞棒钻机
• 控制室
• 测温取样
• 耐火耗材
• 其他耗材：砂、稻壳、氧枪、穿孔棒等
• 氧枪燃烧用氧、流道烘干燃料气

部分详述如下。

风口钻机

经济出铁需高性能风口通道。除选用合适风口泥和最佳开铁策略外，出铁参数最优调整及其可重复性至关重要。风口钻机须兼具最大灵活性和经验证的大功率钻锤确保有效钻进。基本设计安装要求：

• 钻机功率和刚度足以精准钻进风口
• 可锁定特定位置
• 所有动作和机动远程控制
• 可随时停止
• 装自动警报蜂鸣器，钻机启动前自动响起
• 安装方式使非使用时人员可自由通过、维修。机器与障碍物间留一人通过空间
• 为机器周围人员提供适当防护，机器本身也受保护
• 动力线防热防断裂，有良好机械强度
• 用电时建议至少两路独立供电，一路为安全回路
• 液压/气压控制时配置合适蓄能器

风口泥枪

任何条件下关炉是关键安全要求。要求风口泥枪极高可靠性和稳健性。基本设计安装要求：

• 枪机动力足以将风口泥在高炉内压全力下挤入风口，甚至压力超常态时
• 机器能在渣等阻碍下准确将枪口对准风口
• 机器能挤出整个塞料所需泥量
• 可锁定多个位置
• 所有动作机动远程控制，可随时停止
• 装自动警报蜂鸣器，枪机启动前自动响起
• 安装使非使用时人员可自由通过维修，机器与障碍间留一人通过空间
• 为周围人员提供适当防护，机器也受保护
• 动力线防热防断裂，有良好机械强度
• 用电时建议至少两路独立供电，一路为安全回路
• 液压控制时配置合适蓄能器

控制室

风口枪钻控制室选址、防护、设备须允许紧急情况下操作。基本特征：

• 位置使人员完全免受突发漏铁爆炸风险，并能完美观察操作
• 建设不使用可燃材料
• 至少两个不同独立入口，一通应急疏散平台通室外，始终保持畅通
• 无门通向流道
• 俯瞰出铁区观察窗：(i) 在给操作员完整操作区视野和枪/钻位置前提下尽可能小，(ii) 装三层夹胶玻璃面板、外开框架、护栏，(iii) 控制台靠窗，操作员易操作同时跟踪进度。防误操作。(iv) 与高炉操作相关其他地点通讯至少两套独立口语系统（内部电话、对讲机、无线电话等）。
• 控制室装通风系统，从无烟气污染区域取风。
• 若控制室无法设在防飞溅爆炸区域，安全措施须强化。特别是门设计使爆炸倾向关门而非开门，墙门顶覆阻燃耐热材料。

氧枪穿孔风口

风口穿孔设备含氧气供应软管、枪架、氧枪。氧枪由一或多根钢管组成。须确保操作员始终离风口足够远避免火花飞溅。建议不让氧枪燃烧过长，回收未烧段拼成原长。拼接时极小心防氧气泄漏。状况不良管拒用。交付铸铁场时管已脱脂。禁用带油管。管存放于防油脂、灰尘、风雨区域。仅回收符合最低安全要求管段复用。

铸铁场耐火耗材

高炉风口周期性出铁出渣，用即用型风口泥（亦称风口泥）堵塞风口供下次开铁。这些热凝材料随后钻孔供下次出铁。铁沟流道用水硬性结合浇注料作基本衬里和喷补修补料。

风口泥

风口泥用于出铁后堵塞风口防物料泄漏，保持堵塞至下次开铁。今日风口泥选择和使用关联多因素：

• 高炉操作工况，主要取决于炉型和开发利用——风口泥作为关键要素参与工艺，确保可靠安全，不干扰高炉产能。
• 风口区特定布置和管理——要求风口泥不仅驱动和抵抗铁液侵蚀，还通过孔长对炉底排铁和外围铁流有正面影响。
• 环保方面：作为改善铸铁场人工作业条件的政策，也是一般环境保护。
• 经济性：提出每吨铁最优单位成本，因风口泥成本仍是铸铁场运行主要成本之一。

风口泥须具备性能持续安全执行以下功能：

• 泥枪推动下流动堵塞风口。风口泥须足够可塑以正确注入。
• 塞料期间在风口内固化但不收缩，确保严密密封。
• 硬化足够快承受炉内压力。
• 可在可接受时间内钻孔。
• 出铁时形成稳定可控熔流，无喷溅。
• 出铁期间耐铁水熔渣侵蚀化学攻击。
• 为下次塞料形成稳定基质。
• 提供稳定可控风口长度。
• 足够多孔使蒸馏气体逸出。
• 某些情况下适用于维护风口、将劣化风口恢复正常。

风口泥要求：

• 改善可塑性——提供更好工艺性
• 高耐腐蚀耐磨性——提供恒定风口直径和长度
• 良好烧结性——提供良好强度
• 粘结强度——新旧风口泥粘结所需
• 良好排气能力——减少内部气压积聚
• 易出铁或钻孔。

无水泥比含水泥更耐磨。后者不可用于现代高炉，使用时须特殊预防。风口泥原料：熔融氧化铝、煅烧铝矾土、高岭土、耐火粘土、粘土矿物、叶蜡石、石英、细砂、蓝晶石、细煅烧氧化铝、熔融硅微粉、氧化锆、铬铁矿、碳化硅、碳、氮化硅、金属粉末、焦炭、超细碳、焦油、树脂、特种油。