张 灵 

高炉炼铁系统工程出铁场系统的主要功能是定时出尽铁水和炉渣，铁水炉渣分离和分流，保证高炉正常生产，因此铁渣处理设施包括铁渣沟的平面布置、坡度、沟槽及内衬的设计和维护维修设备选择等是否安全可靠，对提高高炉产量、安全生产、减轻炉前工人的繁重劳动和保护环境至关重要。

1、铁渣沟平面布置

（1）典型的矩形出铁场的双铁口铁渣沟平面布置见下图：

（2）铁渣沟分为主铁沟、铁沟、渣沟和残铁沟。沟槽

（3）双铁口夹度与框架尺寸、炉前设备布置、铁路线及间距等相关。设计要求双铁口夹度大于60度，有利于活跃炉缸、减缓铁水环流对炉缸耐材的侵蚀，有利于炉体长寿。

（4）双铁口一般会共用一套水渣处理设施和一个备用的干渣坑，特大型高炉也可设置一个备用底滤池。

（5）铁渣沟的平面布置要尽可能简短、紧凑，便于汽车、叉车、检修设备直达作业点，有利于提升炉前转运与维护效率。

2、铁渣沟坡度

目前，高炉出铁场平台基本都是平坦化模式。平坦化出铁场无填沙层、美观、整洁、亮化、环保，可降低长期维护成本，有利于机械化作业和支撑自动化与智能化‌，为AGV、机器人巡检、远程操控提供基础条件，同时还可以减轻平台负荷，降低投资成本，但设计平坦化出铁场首要条件就是需要以降低主铁沟、铁沟、渣沟、残铁沟坡度为前提。

（1）主铁沟：以撇渣器为界，撇渣器前称为主铁沟。主铁沟是炉渣铁水混合主通道。设计主要采用贮铁式或半贮铁式主铁沟，坡度2-4%，代替原来坡度为6-8%的主铁沟。贮铁式或半贮铁式主铁沟可以大大减缓高炉高压冶炼带来的高铁渣流速，可以缩短主沟长度，并达到良好的渣铁分离。低坡度主铁沟为平坦式出铁场平台奠定良好基础。

以5800m3高炉为例，设计最大炉顶压力为0.3MPa，正常铁口开度和深度时，铁水设计正常流速为~8m/s：设计主沟为半贮铁式“Г”形固定主沟，主沟长度为17+4.5=21.5m，坡度4%；这种“Г”形的主沟使用的效果好，有助于提高渣铁分离效率，炉渣含铁量低，对渣处理装置的安全生产有保证作用；每次出铁后主沟可以保持适当恒温，而非急热急冷，主铁沟保温效果好，在同等内衬耐材相同的情况下可以大大提高主沟内衬的使用寿命。

（2）铁沟坡度6~9%；渣沟坡度~7%，残铁沟坡度~5%。

主铁沟、铁沟、渣沟、残铁沟坡度立面见下各图：

3、铁渣沟结构形式及内衬

主铁沟、铁沟、渣沟、残铁沟的沟槽用钢板焊成或直接采用预制沟槽。

（1）主沟内衬由浇注料永久衬、粘土质隔热砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬等组成；

1）主沟永久衬一般‌不直接接触铁水‌，通常采用高铝质或刚玉-尖晶石质不定形浇注料（非工作衬），其核心性能指标聚焦于高温体积稳定性、机械强度与抗热震性，而非直接抗铁水冲刷（那是工作衬职责）。实际指标依高炉容积和设计寿命（常达5~10年）调整，典型指标如下：‌‌

①Al₂O₃含量 ≥75%‌（部分高端设计达80%），以保障高温强度和抗渣渗透性；

②体积密度（110℃×24h）≥2.7 g/cm³；（1450℃×3h烧后）≥2.65 g/cm³‌，

确保致密性与隔热性平衡；

③耐压强度（110℃×24h）≥45 MPa；（1450℃×3h烧后）≥70 MPa‌；

④抗折强度（110℃×24h）≥6.0 MPa；（1450℃×3h烧后）≥8.0 MPa‌；

⑤重烧线变化（110℃×24h）±0.1%；（1450℃×2~3h）≤±0.5%‌，要求高温体积稳定性，避免开裂剥落；

⑥抗热震性（通常1100℃水冷≥5次不裂）‌，部分工程要求≥10次。

⑦显气孔率 ≤18%‌，以降低熔渣渗透风险；

⑧导热系数较低（常温~1.5~2.5 W/(m·K)）‌，起隔热保护钢壳作用。

2）主沟浇注料工作衬：现代大型高炉主沟工作衬多用‌超低水泥或无水泥结合 ASC 浇注料‌，强调快烘、高强、低渗透。‌‌一般采用 Al₂O₃-SiC-C（ASC）质不定形耐火材料（浇注料或捣打料），核心性能指标如下：‌‌

①Al₂O₃ 含量‌：通常 ‌≥65%‌（铁线部位）或 ‌50–60%‌（渣线部位，配高 SiC）；

SiC 含量‌：‌15–35%‌（铁线低、渣线高，抗侵蚀与耐磨平衡）；碳（C）含量‌：‌3–8%‌（加碳增强抗渣渗透与抗氧化，常配金属粉如 Si/Al）；

‌②耐火度‌：‌＞1700℃‌（满足 1450–1500℃ 铁水长期冲刷）；

‌③荷重软化温度（T₀.₅ 或 T₀.₆）‌：‌≥1500℃‌（高温结构强度保障）；

‌④显气孔率‌：‌≤16%‌（致密化抑制熔渣/铁水渗透）；

‌⑤常温耐压强度‌：‌≥60 MPa‌（部分高端料达 80–100 MPa）；

‌⑥1450℃×3h 重烧线变化‌：‌0 ~ +0.3%‌（微膨胀补偿收缩，维持结构稳定）；

‌⑦抗热震性（水冷 1100℃→20℃）‌：‌≥15 次不开裂‌（应对频繁出铁温变）；

‌⑧抗铁水/熔渣侵蚀指数‌：‌≤4 mm/kt 铁水‌（优质料可达 ≤2.5 mm/kt），体积密度‌：‌≥2.7 g/cm³‌（反映致密程度与耐磨性基础）。‌‌

（2）铁沟内衬由浇注料永久衬、高铝砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬组成；

（3）渣沟内衬由粘土砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬等组成，为便于维护，在炉前吊车工作范围以外的渣沟段用捣打料作工作衬。

（4）残铁沟内衬由粘土砖、捣打料工作衬组成。

（5）主铁沟、铁沟、渣沟和残铁沟的主要内衬结构见下面各图：

4、铁渣沟除尘

为保护环境，主沟、铁沟、渣沟及残铁沟上均需要设置除尘沟盖。除尘沟盖为钢板焊接件，内衬为耐火浇注料；可以承受高温烟尘，虽低于铁水温度，但仍有热冲击、机械振动及一定的化学侵蚀，因此要求材料具有‌高体积稳定性‌和‌良好的抗爆裂性‌。

‌除尘沟盖内衬耐火材料主要采用低水泥钢纤维浇注料‌，除尘罩虽不直接接触高温熔渣铁流，但需承受高温热气流冲刷、烟尘磨损及开堵铁口时的瞬间热冲击，低水泥钢纤维浇注料能满足其‌抗冲刷、不渗透、长寿命‌及施工便捷的要求 。‌‌具体材质多为‌Al₂O₃-SiC-C质（氧化铝-碳化硅-碳）‌或‌高铝质‌。‌‌该材料通过超微粉技术生产，具有高强度、高致密度及优异的抗热震性，钢纤维的加入显著提升了材料的韧性和抗爆裂性能，以适应出铁场频繁的温度变化 。

主沟盖一般为梯形，其余铁沟、渣沟、残铁沟的沟盖均为平板形。

5、铁渣沟维护维修设备

为保证铁渣沟维护维修，减轻炉前工人劳动强度，主要选择如下设备：

（1）沟衬解体机：炉前配置沟衬解体机（配液压锤），作为主铁沟、铁沟渣沟和摆动流槽检修时拆除浇注料沟衬用的设备。

（2） 浇注料搅拌机械：可采用KJB-500型快速搅拌机和KJB-750快速搅拌机。检修主沟和渣铁沟时，按不同检修部位和使用浇注料的数量不同，选用合适的搅拌机工作；当大修沟衬时，大小搅拌机可以同时使用，可缩短检修时间。

（3） 炉前修沟衬用其他设备：包括主铁沟、渣铁沟、摆动流槽内模和烘烤管，均为钢板或钢管的焊接件；此外炉前还配备有风动凿岩机、电振夯实机、混凝土喷涂机、混凝土振动器等零星设备，以满足修补沟衬施工需要。

（4）出铁场铁渣沟是高炉车间最繁重劳动、最容易发生安全事故的区域，期待炉前全能机器人早日上岗。

6、结语

高炉出铁场上的铁渣沟设施是高炉车间最繁重劳动、最容易发生安全事故的区域，为减轻炉前工人劳动强度，为出铁场平坦化、机械化和智能化创造条件，设计需要：

（1）铁渣沟布置要就可能简短紧凑；

（2）为缓解高炉高压冶炼带来的高铁渣流速和同等条件下提高主铁沟通铁量，应采用贮铁式或半贮铁式主铁沟；

（3）主沟内衬由浇注料永久衬、粘土质隔热砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬

（4）选择沟衬解体机等维护维修设备；期待炉前全能机器人早日上岗，把炉前工人从最繁重的劳动和最容易发生安全事故的劳作中解放出来。