本文提出用改进了防爆性能的耐火浇注料整体浇注单铁口高炉出铁沟，并同时将出铁主沟改造为储铁式结构。450m3高炉铁沟实践表明，改造后的铁沟未经修补连续使用69天，出铁12万吨。前列次修补历时12小时，烘烤时间1小时左右。结果显示该技术可以大幅度延长单铁口高炉铁沟寿命，并彻底改变单铁口高炉出铁厂的工作环境。该技术已经成功应用于超过50条捣打铁沟的改造。

1　前言
现代大型高炉出铁沟一般都是采用低水泥结合Al2O3 –SiC –C 质浇注料。该材料使用安全，寿命长，消耗少，施工维修方便，是高炉稳产、顺产的重要保证。由于消耗少，维修少，使用稳定，因此，现代大高炉炉前出铁场环境整洁，绝没有小高炉炉前出铁场的乌烟瘴气和混乱不堪。
一般大高炉都有2个以上的出铁沟，因此当其中一条铁沟重新造衬或修补时，只要堵住该条铁沟的出铁口后，就可以对该条铁沟进行浇注、养护硬化、烘烤干燥等。与此同时，其他出铁口出铁正常，不影响高炉的正常生产。
但容积为1000m3以下的中小型高炉一般设计为单个出铁口，因此不可能保证一般浇注料施工所需要的养护、烘烤时间。所以，目前的单出铁口的中、小型高炉铁沟一般还是采用沥青或树脂结合Al2O3 –SiC –C 质免烘烤捣打料捣打铁沟内衬。
由于采用树脂或焦油结合，捣打料捣打施工后不要烘烤或略加短时间烘烤即可立即直接过铁水，可以满足中、小高炉的使用工艺要求。但因为捣打的沟衬耐火材料一般只是沟底表面一层相对密实，而表层以下及沟帮部位都很疏松，不耐冲刷，因此捣打料存在使用寿命太短的问题，一般只有1～7天，短的甚至1班一修。同时，由于捣打铁沟都是旱沟结构，每出一炉铁都清理沟内固化下来的大量残铁残渣，同时在清理之后铺撒黄沙或焦粉。
因此，捣打料捣制的单铁口高炉炉前铁钩维护工人劳动强度太大，且高热的环境又造成很多不安全因素，还有沥青与树脂的烟尘有毒有害问题！
因此如何有效地解决单铁口高炉出铁沟寿命的问题备受关注。
我公司为此曾开发能够快硬快烘的树脂结合Al2O3 –SiC –C质浇注料（专利：铁沟免烘烤浇注料及单铁口高炉出铁沟浇注料造衬工艺，专利号2006100869258），替代捣打料来解决单铁口高炉出铁沟使用寿命短的问题，并在一些高炉进行了应用。该技术虽然解决了施工体的密实性问题，但这种浇注料由于主要是树脂结合，树脂用量相对较大，树脂自身的烧后松散造成烧后浇注体结构疏松，铁沟的抗侵蚀抗冲刷能力似乎还有欠缺，使用寿命远不如大高炉所用的低水泥结合Al2O3-SiC-C质浇注料。而且树脂结合浇注料在烘烤时因树脂烟尘造成炉前环境恶劣的问题依然存在。
在总结经验与大量实验的基础上，我公司通过对大型高炉用低水泥结合Al2O3 –SiC –C 质铁沟浇注料进行改性，使其能够在热态下施工并能快速升温而不爆裂，满足中、小型单铁口高炉铁沟的快速施工使用要求。
在工程实践中，我们还借鉴大高炉主铁沟普遍采用的储铁式结构，将中、小型单铁口高炉出铁主沟也改造成储铁式或半储铁式结构，从而改善耐火材料的烧结环境以及急冷急热环境。这种结构也取消了小高炉炉前每次出铁前在主沟内铺撒黄沙或焦粉的惯例，从而彻底改变了炉前作业平台的工作环境。
2　低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料的改性研究
大高炉用低水泥结合Al2O3–SiC–C 质浇注料配料中有超微粉和分散剂，因此流动性好、耐火度高，浇注体致密性好、强度高，因此铁沟抗侵蚀、抗冲刷、使用寿命长（通铁量高）。但该材料的大问题是浇注后需要养护且不能过快速度烘烤，否则会出现强度过低和爆炸爆裂事故。因此有效解决大高炉铁沟浇注料的快干脱模和快速烘烤、防止爆炸爆裂问题，是该材料能否用于单铁口高炉的关键，也是本研究的主攻方向。
浇注料烘烤开裂和爆裂主要原因就是因为迅速形成的水蒸气不能及时排出浇注体外，浇注体内水蒸气压太高。浇注体烘烤时，浇注料内的水会因受热迅速气化。水的蒸汽压与温度的关系如图1所示。从水的蒸气压和温度的关系中不难看出，水在100℃以上时，蒸气压力迅猛上升。
本试验的基本思路是：是以大型高炉用Al2O3–SiC–C 质铁沟浇注料为基础，加入各种防爆改性材料，使其具有快硬防爆的性能。防爆试验方法是将浇注料浇注为100×100×60mm的方块，浇注后1～2h即脱模并立即将放入预先升温并恒温的电炉中，在高温炉内保温30min后，观测其爆裂的程度。进一步放大样试验是将浇注料浇注为100Kg以上的预制块，同样是浇注后1～2h即脱模并立即放在1000℃左右的炭火上进行烘烤，检验其爆裂情况。
2.1 添加助结合剂调整硬化时间
浇注料的快硬对于施工后快速脱模至关重要，本案通过加入促硬的助结合剂，保证浇注料既具有足够的施工时间，同时还在浇注成型后很快硬化，以便及时脱模进行烘烤。
研究还发现，浇注料的硬化时间还与浇注体的鼓胀与爆裂有很大关系。浇注料过快硬化和过慢硬化，都会出现浇注体鼓胀与爆裂的问题。因此，通过加入适量的助结合剂，能有效控制浇注料的硬化时间，并进而防止发气带来的鼓胀和裂纹。加有发气剂和助结合剂的浇注料大约1h即能固化脱模，固化后的样块直接放到450℃炉内也不会发生爆裂。
2.2 加入发气剂改进放爆性能
金属Al粉能够与水反应产生H2气，因此浇注料中加入少量Al粉可以在浇注后产生大量气体通道，有利于烘烤过程中水蒸气的扩散。同时Al粉与水反应的过程还会产生大量的热量，能够有效促进浇注料的硬化。但金属Al粉加量过多时，因发气量太多，浇注体易发生鼓胀开裂，导致结构强度降低。
发气量跟金属Al粉的细度和数量有关，Al粉的粒度越细数量越多，则与水反应发气越剧烈，产气量越多越集中，越易产生鼓胀开裂，影响体积密度，降低强度。所以，严格控制金属Al粉的细度与加入量。
除Al粉的之外，本案还在浇注料中添了有机发气剂。有机发气剂的发气机理是发气剂与水泥和水发生分解反应，生成某种钙盐，钙盐分解产生N2、CO2、NH3气。由于有机发气剂不像Al粉那样反应剧烈，因此浇注料不易出现鼓胀和细粉上浮的问题。而且有机发气剂不会因施工养护环境温度的差别而产生发气速度与发气量的很大变化，因此施工更易掌握。 2.3 添加有机纤维提高抗爆裂性
添加防爆纤维是浇注料有效防爆措施之一。纤维防爆的原理是浇注料受热后纤维迅速收缩或分解，并同时在浇注料中形成气孔通道，从而让浇注料因受热而产生的水蒸气迅速扩散挥发出去。浇注料内的水蒸气及时扩散出去而不在浇注体内集聚形成较大压力，则浇注体不会发生爆裂。
但纤维品种众多，合理的选择品种、直径、长度与用量对浇注料的放爆效果至关重要。
本研究通过合理选择，在浇注料中加入适当品种与数量的纤维后，硬化后的试样直接放进500℃的高温炉内保温后，试样表面完好，不会发生爆裂。
2.4 添加碱式乳剂防爆剂
碱式乳剂防爆剂是近几年才见报导的一种新型防爆剂，其组成为氢氧化物的离子聚合而成的多核络合物，能有效溶解于水溶液。有文献介绍其防爆机理为：浇注料在受热干燥时，碱式乳剂的脱水胶化在基质中形成网片状微裂纹通道，从而增大了浇注料的透气率。另据称碱式乳剂能抑制或延缓了CAH10 的生成，也可提高浇注料的防爆裂温度。
为进一步提高浇注料的放爆效果，本案对碱式乳剂防爆剂进行了应用研究，通过用量匹配研究，将浇注料抗爆裂温度从原来的安全防爆温度500℃提高到800℃，使快干防爆浇注料有了更安全的使用性能。
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