高炉炉缸整体浇注技术，相较于传统的砌砖衬，是真正意义上的“杯”结构，起到良好的隔离和隔热的作用，实践证明，该技术更有助于高炉长寿。而其所涉及的浇注料设计和新浇注衬的结构设计，是整体浇注技术的关键。
　　高炉炉缸整体浇注优势明显
　　现代高炉大修，陶瓷杯一般为砌砖或浇注体构造。运行几年以后，为改善气流分布或降低燃料比，铁厂会短期停炉，做内衬及风口带修复，不处理陶瓷杯而开炉复产。这种不放残铁短期修复的方式，在开炉以后，会遇到以下常见问：
　　首先，炉缸降温后，浇注体出现裂纹、或砖衬缝隙变大，不加处理，则开炉后会有渗铁风险；
　　第二，炉底死铁层凝固过程，与周圈耐材脱离，夹入杂物，开炉初期热膨胀作用，传递至炉壳，造成炉壳开裂；
　　第三，碳砖与冷却壁之间捣打层、冷却壁与炉壳之间填充层，出现一定疏松，造成“间隙隔热”和窜气。
　　陶瓷杯构造是以上所提问题的核心。停炉检修，处理炉缸渣料过程，若陶瓷杯表面覆盖均匀的粘滞渣层，则避免了开炉渗铁的风险，且烘炉过程，粘滞层的保护，能有效分布炉缸陶瓷杯应力，提高开炉效率。砖陶瓷杯容易出现渗铁而逐步瓦解的情况，且导热系数较低，无法形成有效的粘滞层保护陶瓷杯；一般情况下，砌筑陶瓷杯，开炉前会在工作层表面砌筑黏土砖作为保护，而这种检修方式在不放残铁的高炉上无法实现。
　　炉缸整体浇注技术具有下列优势：
　　炉缸整体浇注技术，如图1所示的工艺流程，其主要特点有：修复方式简单快捷；浇注体整体性强、助于炉缸长寿。近几年，最初整体浇注高炉的良好使用效果，改善了人们对该技术的认知；而且，其满足了当代高炉快速检修节奏要求。使用越来越普遍、发展前景广阔。具体说，炉缸整体浇注优势有以下几点：
　　
　　图1 陶瓷杯整体浇注示意
　　一是陶瓷杯浇注材料：高致密、高强度、优良的抗铁水熔蚀、抗渣侵蚀及抗碱侵蚀性能，同时其导热系数适中，配合碳砖构成稳定的传热模型，更有利于炉缸渣铁粘滞层形成；
　　二是对新砌碳砖的高炉，陶瓷杯整体浇注设计合理，对铁口区和象脚区重点考虑，使得浇注体无薄弱点；
　　三是对中修高炉，能最大程度的保留残余合格碳砖、风口组合砖、铁口组合砖，大大降低了炉缸清理难度，降低综合成本、人工成本；
　　四是陶瓷杯整体浇注设计：符合薄壁炉缸理论，将1150℃凝铁等温线设置于陶瓷杯中，有效保护碳砖、隔离铁水，并能有效保存热量，节能降耗。
　　炉缸浇注材料特点鲜明
　　首先，炉缸浇注材料具有下列抗侵蚀性能：
　　炉缸浇注料，系硅溶胶结合材料，由刚玉与碳化硅按合适的比例组成，是传统刚玉莫来石质材料的改革。为提高材料抗侵蚀能力，前期做了大量试验，通过调整骨料和微粉比例、结合剂匹配度等，形成目前效果较理想的材料体系。采用两种方式分别验证材料抗渣侵蚀和抗铁侵蚀性能，分别如下：
　　一是材料抗渣侵蚀性能。图2为浇注料抗渣铁侵蚀试验结果，渣铁混合物于1500℃条件下在浇注料所制成的坩埚里面浸泡7天后，分析横纵剖面，观察试块被浸润情况。可以很清楚看到，浇注料与渣铁界面清晰分离，且无任何物理和化学反应情况。该材料用于风口带整体浇注，高炉运行过程，能在浇注体表面形成稳定的渣铁粘滞层作为保护，因此材料具备既能抗渣铁侵蚀又能利用渣铁形成保护的特点。
　　
　　图2 渣铁浸泡与材料内试验结果
　　二是材料抗铁侵蚀性能。如图3所示，按照国家检测标准要求，将两种炉缸浇注料试块（RLG-SC属替代碳砖用的高导热浇注料、RLG-SA属陶瓷杯浇注料）做成标准试块且在铁水中可旋转，形成对流。在1500℃条件下旋转3个小时，材料冷却后观察表面浸润情况和增重情况。检测数据如表1所示，相较于定形砖，炉缸浇注料显示出极好的抗铁侵蚀效果。
　　
　　图3 两种浇注材料浸泡于铁水内试验结果
　　表1 材料浸润后增重情况

　　从上面两个试验可以看出，刚玉碳化硅体系材料，在匹配合理的情况下，在高温状态下不与渣铁发生化学反应，因此单从化学侵蚀角度来看，浇注体不会受到损坏。硅溶胶结合材料，高温性能优于传统低水泥浇注料，材料烧结后形成高强的硅-氧化学键，保障了其高温强度，且液相极少。
　　炉缸浇注结构:从“厚”到“薄”，认知转变
　　炉缸整体浇注设计，摒弃掉传统的砌筑陶瓷杯砖缝，形成真正的“杯”结构，从而使得铁水无缝可入。更重要的是，从炉缸传热模型来看，更加优化和合理。人们对炉缸结构设计的认知，是从“厚”到“薄”的转变过程。过去炉缸碳砖和陶瓷杯砖砌筑很厚，传热受阻，造成陶瓷杯使用寿命很低。近些年，薄壁炉缸理论彻底改变了这些传统思维，人们才意识到传热模型的重要性，以及其理论特点。
　　如何认识凝铁等温线？
　　凝铁等温线，即1150℃铁水固液两相的界线。界线以内的陶瓷杯“泡”在铁水环境内，更容易受到侵蚀；而铁水外侧的耐材，受到保护。如果1150℃等温线持续外移，就说明耐材被持续侵蚀。图4是对炉缸整体浇注所做的数值模拟，陶瓷杯侧壁浇注仅280mm、炉底陶瓷垫浇注厚度600mm，而陶瓷杯材料导热系数可达到6W/K·m，比刚玉莫来石砖高3倍。这种有效的传热，可在浇注体表面形成稳定的粘滞保护层，因此可将凝铁等温线内推至浇注体表面，从而长久的保护陶瓷杯不受铁水侵蚀，这也是薄壁炉缸的理论依据。
　　
　　图4炉缸传热模型和凝铁等温线分布
　　
　　利旧碳砖结构有何特点？为何要利旧碳砖？
　　对一个中修的高炉来说，一般情况下高炉运行不超过10年，陶瓷杯虽侵蚀殆尽，但碳砖仍保存一部分。而这部分碳砖，实际已经自我形成稳定的传热模型，因此也会呈现侧壁残存较厚、象脚区残存薄、炉底呈“锅底状”等特点。因此，炉缸浇注技术，在前期设计方案过程，将这种情况充分考虑，停炉清理过程，将这些“有效”的碳砖，尽可能完整保留，然后再整体浇注陶瓷杯，即“利旧碳砖”。图5是炉缸浇注前环碳保护性清理效果。一般情况下，运行不超过5年的高炉，碳砖利旧率可达到70%以上；而运行10年左右的高炉，碳砖利旧率可达50%以上。
　　
　　
　　图5 环碳保护性清理效果
　　
　　利旧碳砖需解决以下问题
　　“利旧”碳砖整体浇注高炉炉缸，替代了传统的重砌筑模式，通过大量的浇注实践，在高炉运行跟踪过程，需要解决的问题，通常有以下几点：
　　一是旧碳砖与冷却壁之间的捣打层松动，出现间隙隔热；
　　二是短时间的烘烤（一般5天左右）即开炉运行，铁口部位因“潮气”喷溅；
　　三是冷却壁壁后压浆封堵不利，出现窜气现象。
　　以上所遇到的问题，可在高炉运行过程，通过专业且精确的“诊断”和新技术应用解决，这也是不定型耐材技术的魅力所在。其中捣打层松动，可通过冷却壁热面压浆填充，这是对高炉中修运行后最先提出的专业化建议；铁口喷溅源于烘烤过程控制不利，通过烘炉导管的合理安装、烘烤过程铁口通道的合理处置以及压浆孔的合理分布解决；而炉壳与冷却壁之间窜气，则可使用新型的液体压浆料封堵。
　　要关注炉缸浇注工艺流程和后期跟踪
　　炉缸浇注工艺流程如下：
　　以上介绍炉缸浇注材料特点和结构设计特点，其具备很深的理论支撑。从施工现场来看，将好的材料和设计理念还原至现场，也是至关重要的一环。炉缸浇注过程，即是清理→浇注→支模→浇注→拆模的过程，如图6-7所示。
　　
　　
　　图6 炉缸浇注与支模过程
　　考虑到象脚区保护，会根据各高炉象脚区侵蚀情况，采用不同的处理方式。炉缸浇注料体密较大，液态材料静压力较大，因此一般采用分段浇注的方式浇注陶瓷杯壁，由炉底分段浇注至风口带。炉缸浇注过程，另一个关键点是浇注体膨胀的匹配和膨胀空间的预设。陶瓷垫浇注过程，周圈设置膨胀缝；风口带浇注过程，中套预留膨胀空间和风套检修空间；材料本身高温下形成的塑形象，可有效吸收浇注体膨胀。
　　
　　
　　图7拆模过程和整体浇注效果
　　炉缸浇注后期跟踪。
　　首先，构建侵蚀模型与应用跟踪。
　　根据高炉前期清理效果，绘制碳砖保存情况，形成侵蚀模型，便于后期运行跟踪。现代高炉，采用炉缸浇注检修以后，会在炉底、炉缸侧壁、铁口等区域环形分布热电偶，通过后期数据采集并分析，来指导高炉生产，因此能保障高炉更安全可靠。这要求炉缸浇注过程，设计出更合理的侵蚀模型，包括二维数据显示和三维动态演示，如图8所示。高炉一旦出现局部温度高或者冷却壁热流量急剧变化的情况，可快速做出应对。
　　
　　
　　图8 中修高炉侵蚀模型
 
　　实践是检验真理的标准
　　国内某钢铁公司1260m³高炉，2018年停炉大修，采用碳砖保护性拆除，炉缸整体浇注（未浇注炉底陶瓷垫）的快速修复方式，方案如图8所示，炉缸采用薄壁内衬。由于侧壁碳砖侵蚀严重，相较于前期砌筑设计尺寸，炉缸直径扩大1000mm，炉缸容积扩大55m³，侧壁浇筑厚度320mm，象脚区斜段加厚，炉底陶瓷垫保存完好，未浇注。运行至2021年4月产能置换停炉大修，炉缸清理后，材料侵蚀情况对比下右图所示。浇注体残存情况为：
　　一是风口带浇注料基本上未受到严重的侵蚀，剩余浇注料较厚，在500mm左右，且强度较高，风口带上沿砖衬残存率20%，下沿残存率80%；
　　二是高炉在运行两年半的过程中，炉缸浇注料除泥包和1#铁口下方高温点侵蚀外，其他区域基本上侵蚀深度在40mm左右，侧壁残存率90%，且有部分区域象脚区斜台还存在，残存率80%，如图9所示；
　　三是炉缸料与高导热料接触面紧密，无缝隙，在高炉运行过程中，两者的接触面相互渗透，形成一个整体。
　　
　　
　　图9炉缸浇注方案与侵蚀残砖对比
　　本文基于对炉缸浇注技术的大量试验和实践验证，尽可能用量化的角度阐述该技术特点及其应用效果，此处总结以下几个结论：
　　首先，相较于传统砌筑陶瓷杯的局限性，炉缸整体浇注技术，满足了高炉快速修复、长寿应用的要求；
　　其次，炉缸浇注材料更进一步改进，具有更好的抗侵蚀能力、热传导能力，可形成更稳定的传热模型，且结构设计更加合理，更有助于高炉长寿；
　　第三，实践证明，高炉炉缸整体浇注技术配合后期科学的跟踪措施，更能确保高炉安全、合理、可控、顺行。（孙赛阳）