韩兵强

武汉科技大学材料科学与工程学院

摘要：铁水罐（铁水包）作为高温铁水转运的核心设备，其罐底耐火砖的侵蚀是影响安全运行与经济效益的关键问题。针对铁水罐底局部砖侵蚀严重的突出问题，系统分析了损毁原因，比较了局部挖补和局部浇注料修补等维护方式的差异性。通过工艺原理、安全性能与经济性对比，深入论证了“浇注料局部修补”工艺——即仅针对性修补受损罐底耐火材料的解决方案。研究表明，该工艺成熟、施工方便，能够从根本上消除罐底穿漏的重大安全隐患，同时缩短检修周期，提高耐火材料寿命，实现了全生命周期成本的最优化。

关键词：铁水罐；罐底；耐火砖侵蚀；浇注料修补

1. 引言

铁水罐（也称铁水包）是现代钢铁冶炼流程中承接、储存、运输高温铁水（1300-1500℃）的关键热工设备。其内衬耐火材料长期承受着极端的热负荷、机械冲刷及化学侵蚀，尤其是罐底区域，因承受最大的铁水静压力、频繁的“翻渣”作业带来的炉渣侵蚀以及装铁时的直接冲击，成为整个内衬系统中侵蚀速率最快、最薄弱的环节。罐底砖衬的严重侵蚀不仅直接缩短铁水罐的使用寿命，更是导致铁水穿漏、引发灾难性安全事故的主要诱因。

2.铁水罐耐火砖使用情况

图1 是铁水罐（65吨）示意图。图2是罐底砌砖示意图。可见冲击区（0-3号砖）已经做了加强处理。

           图 1 铁水罐砌砖及浇注料补底示意图                                                                         图2罐底示意图

2.1 不加废钢情况

图3是不同龄期铁水罐的照片，可见已经有局部严重损毁的现象。高炉出铁摆动溜槽出口至铁水罐罐底高度通常都很高，当铁水从摆动溜槽流出时，以自由落体方式直达罐底区域，对铁水罐罐底和罐壁造成强烈的冲击。图中可见在冲击区形成一个凹坑，残厚只有150mm。如果不加废钢缓冲，铁水直接冲击耐火砖，长期使用过程中，会导致耐火材料的局部异常损毁。甚至产生漏铁的严重安全风险。

图3 不同龄期停炉待维修铁水罐罐底照片（不加废钢）

图4 是冲击区形成的凹坑，深度15mm。经测量，2号砖残厚只有165mm。4号砖残厚只有160mm。5号砖最低残厚只有110mm。

图4 停炉后铁水罐底部冲击区情况（不加废钢）

2.2加废钢使用情况

图5是加废钢后照片。由于废钢的存在，兑铁水时，铁水不直接冲击罐底砖，废钢承接了大部分铁水，虽然废钢会导致铁水的温降，但在很大程度上减轻了对罐底砖的直接冲击。

图5 加废钢的照片

据2025.4.26-2025.10.20，近六个月的统计结果来看，共生产48218.37吨铁，累计加入1908.64吨废钢，一吨铁水平均加入39.6公斤废钢。

图6 是拆罐后残砖照片。40号包使用960次后，0号砖残厚约270mm，1号砖残厚约260mm，3号砖残厚约230mm。虽然已经基本满足使用寿命要求，但从残厚来看，也存在侵蚀不均匀的现象。

图6 是拆包后残砖照片

3、侵蚀分析

铁水罐罐底冲击区的侵蚀是物理冲刷、化学侵蚀和热应力共同作用的复杂过程，其主导因素随操作工艺（是否加废钢）显著变化。

3.1 不加废钢工况：

以直接冲击冲刷为主导。在此模式下，高温铁水（通常>1300℃）从高处倾泻，以高动能持续冲击罐底特定区域。以强烈的机械冲刷和热震应力为主。铁水流的直接、集中冲击导致耐火砖表面材料被持续剥离。易在冲击点形成 “漏斗状”或“沟槽状”的局部严重侵蚀坑，侵蚀深度可能远超周围区域，如图3所示。这种损毁往往集中、深刻，可能迅速危及罐体安全。

3.2 加废钢工况：

加入废钢后，工艺目的通常是为了预热废钢，降低成本，或者进行铁水预处理。客观上降低了对耐火材料的直接冲刷，起到了很好的缓冲作用，因为加入的废钢能有效分散和缓冲铁水流的直接冲击动能，避免了铁水对罐底的集中高强度冲刷。

但如果废钢是高空丢进去的，那么也会产生对耐火材料的损伤。比如大块废钢在投入和塌落过程中，可能对罐底耐火材料造成撞击损伤。但废钢成分的复杂性，若进行脱硫、脱磷等预处理，炉渣的碱度变化和反应活性增强，对耐火材料的化学熔蚀渗透成为更突出的矛盾。但这种情况因厂而异，和工厂工况密切相关。

总体上来看，加废钢后整体冲刷减轻，但也可能出现因废钢堆积或化学反应导致的不均匀侵蚀。渣线部位和废钢接触点可能成为新的薄弱环节。

无论何种工况，最终的侵蚀都表现为耐火材料工作层的减薄、剥落和结构疏松，若不及时干预，不仅会影响铁水罐的整体寿命，严重的话将导致穿罐漏铁的重大安全事故。

从目前情况来看，加废钢的时候耐火材料寿命明显优于不加废钢。

4 对策

4.1维护方法

针对罐底耐火材料侵蚀问题，除了提高耐火材料性能外，行业内曾普遍采用两种维护方式：

（1）待内衬整体侵蚀至安全极限后整体拆除重砌，成本高昂且周期长；

（2）进行局部修补，修补有两种方式，一种是采取局部挖补残砖，重新砌新砖；一种是采用浇注料修补。局部挖补适用于侵蚀深度大、结构完整性受损的严重面积较大的区域，成本高、耗时长。浇注料修补适用于中等及以下的均匀或不规则侵蚀，具有施工快捷、可热态作业、综合成本低的优势。

采用浇注料局部修补的方法是目前铁水罐、钢包、鱼雷罐等等热工设备的常用处理方法。在操作难易程度、安全性、经济性、修复效果、适用范围、技术成熟度方面越来越占有优势。因此对于铁水罐罐底修补，如果损毁不严重，采取浇注料局部修补是一种可行且快速的处理方法。目前国内许多钢厂如武钢、三明钢厂、唐山一带钢厂等均是采用该方法。

表1 是局部挖补和浇注料修补两种方法的对比。

表一  挖补和浇注料修补特点对比

4.2浇注料修补工艺的核心原理与技术要点

下边介绍浇注料修补的主要原理和技术要点。

修补工艺通常遵循“精准维修、最小干预”的原则。其核心在于，当铁水罐罐底砖侵蚀严重，而罐身及罐沿部位砖仍保持良好状态时，不进行整体拆修，而是仅将破损的罐底区域残渣彻底清除，利用高性能浇注料浇注加厚新的罐底，使设备恢复至安全可靠的工作状态。

4.2.1 关键技术流程

（1）冷却与清理：将铁水罐充分冷却，彻底清除残余铁、渣及松散物。

（2）旧残渣清除：精确凿除侵蚀区的全部工作层残渣衬，直至氧化铝-碳化硅-碳原砖层，形成规则、清洁的作业面。

（3）界面处理：对作业面进行清洁，以提高结合强度。

（4）浇注料现场浇注：使用低水泥、高强耐火浇注料进行整体现场局部浇注。该方法构筑的罐底无接缝，整体性强，抗侵蚀性能更优。

（5）养护与烘烤：严格按照材料特性曲线进行充分的自然养护和烘烤，确保耐火材料内部结晶水排出并达到最佳烧结强度。

图7 采用浇注料局部修补后罐底情况的例子，罐底非常平整。

图7 采用浇注料局部修补后罐底情况

4.2.2 浇注料修补的优势所在

安全是铁水罐运行的第一要务。“局部修补”工艺在安全性上体现出了不可替代的优势：

（1）彻底消除重大风险源：铁水穿漏事故多源于局部侵蚀点（尤其是罐底冲击区）被忽视或临时补救失效。局部修补工艺将局部损毁严重区域进行了处理，从物理结构上根除了穿漏的隐患。

（2）保持了罐底整体结构稳定性。该工艺完整保留了状态良好的罐身砖衬和与罐壳紧密结合的永久层，避免了拆衬对罐体钢结构造成的热应力损伤和机械损伤，确保了铁水罐整体结构的完整性与稳定性。

（3）工艺可控，质量可靠。作为一项标准化检修作业，补底过程的每一步（拆除深度、材料配比、施工质量、烘烤制度）均可进行严格控制与检测，确保了新构筑罐底的质量均一性和长期可靠性，远优于临时性的、粘结强度不稳定的表面喷补。

4.3 经济性分析

“局部修补”工艺的经济性优势是其得以广泛推广的根本动力，主要体现在直接成本节约和间接效益提升两个方面：（一）铁水罐耐火材料重量可达几十吨。补底仅清除罐底局部损毁残渣铁部分，避免了局部挖补可能导致对罐底整体结构的影响。（二）作业范围小，施工周期短，通常仅需24-48小时。（三）产生的废旧耐火材料量减少，相应降低了环保处理费用。（四）提高铁水罐周转率，更短的检修周期意味着在线运行所需的铁水罐备用数量可以减少，降低了企业的流动资金占用和设备投资压力。计划性、预防性的补底维护避免了因突发严重侵蚀导致的非计划停罐抢修，保障了高炉-转炉间铁水调度流程的稳定与顺畅。

实践是检验工艺价值的唯一标准。 国内外众多大型钢铁企业已将“定期检测、按需补底”纳入铁水罐标准化管理规程。通过对罐衬侵蚀情况的定期激光扫描或人工测量，科学判断补底时机，建立灵活的“局部补底 → 多次补底 → 最终整体更换”的梯级维护模式。往往一次修补即可以满足钢厂要求。

该模式已被证明能够将铁水罐的安全事故率降至极低水平。使铁水罐的单次运行周期（两次大修之间）内维护总成本降低30%-50%。显著提高铁水罐的综合使用寿命和企业的精细化设备管理水平。

5. 结论

铁水罐底砖侵蚀是一个典型的局部失效导致整体性能下降的工程问题。“浇注料局部补底”工艺以其精准的维修定位，成功地解决了这一难题。通过系统性分析可以得出明确结论：

（1）在安全性上，该工艺通过局部维修损毁严重区域，降低了铁水穿漏这一最大安全隐患，大幅度提高了耐火材料的使用寿命。

（2）在经济性上，该工艺以最小的资源消耗代价，综合维护成本的最低化，是最经济的解决方案。

（3）浇注料施工修补工艺非常成熟。

（4）在合理修补的同时，建议铁水罐采取综合砌筑措施，不同部位耐火材料合理搭配。

韩兵强：教授，武汉科技大学材料科学与工程学院副院长。主要研究领域：钢铁工业用耐火材料、耐火材料回收利用等。