高爐噴補技術及用耐火材料

(1)噴補方式。對于髙爐內襯，常用的噴補方式主要有普通噴補、長槍噴補和遙控噴補3種：

1)普通噴補(Conventional Internal Scaffold Gunning Technique)。這種方式是在尚爐完全冷卻后，操作人員利用腳手架或吊籃進入爐內，對爐襯需要修復的部位進行修補。這種方式多用于2000m3以下的髙爐的內襯修補。其作業(yè)特點是噴補設備簡單，清除渣皮和松動的殘存磚比較靈活和有效，對裸露的鋼板、冷卻器等金屬件可以進行維修、更換或改造，噴補部位及厚度容易控制。缺點是對生產的影響大，工人的操作環(huán)境差等。

2)長槍噴補(Lance-Gunning Technique)。這種方式與普通噴補方式基本相同，所不同的是操作人員操作時是站在爐外，采用足夠長度的噴槍，對爐襯需要修補的部位進行噴補作業(yè)。其優(yōu)點是改善了操作人員的作業(yè)環(huán)境，并且可以不受高爐爐膛溫度的限制，節(jié)省停爐時間，有利于生產。缺點是修補的范圍受到限制，而且需要在爐殼上開孔。

3)遙控噴補(Remote Gunning Technique)。這種方式是把機器人(噴槍組合設備)從入孔或專門開設的孔位放入爐內，通過橋架或導鏈做上下移動;而操作人員通過設置在爐外的電視屏幕觀察和調節(jié)噴補作業(yè)。這種噴補方式的特點是不需要人員進入爐內，操作人員的作業(yè)條件較好。缺點是設備比較復雜，投資和維護費比較大。

20世紀70年代以來，髙爐噴補技術在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家的高爐上得到廣泛應用，如日本的鹿島3號高爐(有效容積5050m3)，壽命達13年5個月，單位爐容產鐵近萬噸。該爐13年間共噴補了30多次;英國的ScunthorpeWorks、德國的Thyssen、加拿大的Dofasco等鋼鐵廠都在髙爐上進行噴補，并取得了良好的效果。

我國髙爐噴補技術的研究和應用起步相對較晚。近20年來，我國在設備和耐火材料領域的研究取得長足進步，高爐噴補技術得以快速推廣應用，已經(jīng)從初期的半干法噴補發(fā)展到濕法噴補。根據(jù)噴補方式和噴補耐火材料質量和用量的不同，一次噴補后對高爐爐襯的維持效果，可以使用6個月到一年以上。噴補對髙爐維護的效果更加明顯。

(2)高爐噴補用耐火材料。

隨著高爐噴補技術的發(fā)展，高爐噴補從簡單的完全冷態(tài)的人工噴補，發(fā)展到完全遙控的熱態(tài)噴補;噴補用耐火材料從普通的水系噴補料，發(fā)展到預混式濕法噴補料和凝膠結合噴補料;材質方面，普通的硅酸鋁系列噴補料，發(fā)展到高強、超髙強的碳化硅質噴補料。

灌漿噴補法

灌漿修補法，也稱為壓入修補法，是在爐體上鉆出直通爐膛的孔洞，利用特殊壓入設備，在一定的壓力條件下，通過管道把特定的耐火材料從爐子外輸送到指定的維修部位，達到充填間隙和修補爐襯等目的。這種維修方式的主要特點是，可以借助測溫等輔助手段，確定爐襯的薄弱位置，實施有效的修補，對生產和爐體內部結構的影響小，對于爐體耐火材料內襯局部的維修效果好而被廣泛應用于工業(yè)爐內襯的維修，尤其是對高爐等密閉高溫爐爐襯局部的維修，是一種可以在高爐不停爐的情況下實現(xiàn)維修的一種經(jīng)濟而又可靠的修補技術。但是，由于灌漿壓入的位置是以點為基礎的局部式維修，不可能進行大面積的修補，而且由于修補僅限于局部位置，如果操作不當，容易在爐內工作層表面形成一個個“鼓包”，不利于高爐操作過程中爐料和氣流的順行。

從壓入維修的對象看，在高爐爐體上的壓入部位主要包括：爐底、爐缸、出鐵(渣)口、風口、爐身等。

(1)冷卻板壓入。這種方式，僅適用于冷卻板式爐身結構，是以充填內襯中的間隙為主要目的的。對于冷卻板式髙爐結構，冷卻板發(fā)生背部漏風或更換后，冷卻板周圍存在間隙，這時需要利用壓入方式把特定的耐火材料填入間隙，提高冷卻板的冷卻效果。

(2)冷卻壁壓入。安裝后在冷卻壁與爐殼之間的間隙，一般情況下需要利用爐殼上的設計預留孔壓入耐火材料進行充填。如果高爐正常生產后這些間隙依然存在，將在冷卻壁背面形成竄風通道，導致爐殼發(fā)紅。這時，需要利用原預留孔或新鉆孔，用壓入方式把特定耐火材料充填到冷卻壁背部間隙，減少和消除冷卻壁的背部竄風。

(3)微型冷卻器壓入。當安裝在高爐爐體上的冷卻設備由于設計不足、生產負荷加大或冷卻設備破損等原因，導致爐體綜合冷卻強度不能適_應爐體熱負荷時，爐襯蝕損加劇，甚至爐殼發(fā)紅，直接影響爐體的使用壽命。這時，比較有效的方法就是在爐體上安裝微型冷卻器，以補充爐體的冷卻強度。一般情況下，安裝微型冷卻器時需要在爐殼上鉆孔，這時，可以利用安裝微型冷卻器在爐殼上所開的孔，采用壓入技術把具有爐襯修補性能的耐火材料壓入爐內，達到修補爐襯的目的。壓入的基本形式同冷卻板壓入技術。

(4)風口壓入。風口壓入包括風口大套壓入和風口中套壓入。由于考慮到爐襯的膨脹，在風口安裝過程中，一般都設置有膨脹間隙，并充填緩沖填料。在高爐烘爐和投產后，如果這些預留的膨脹間隙沒有充分吸收，則可能成為高溫煤氣的通道。為了封堵這些通道，需要采用壓入方式，把特定耐火材料壓入風口大套或中套內，達到封堵通道的目的。

(5)爐身側壁壓入。當高爐長期使用后，受爐料的磨損、化學的侵蝕以及熱應力的作用，高爐內襯不斷減薄，嚴重時局部爐殼發(fā)紅甚至直接暴露在爐料中。對于這種局部性的維修，壓入維修是一種比較好的方式，即所謂的壓入造襯。壓入方式有普通壓入和硬質壓入。

需要注意的是，這種壓入作業(yè)需要有一個前提條件，即壓入部位有爐料存在，而且爐料尚未熔融。

以普通壓入作業(yè)為例：

案例：冷卻板式高爐爐身側壁出現(xiàn)局部高溫，判定耐火材料內襯局部蝕損嚴重，需要壓入耐火材料造襯維修。

1)壓入部位的確定。對于冷卻板式髙爐爐身，只要冷卻板存在，內襯的蝕損應該主要集中在四塊冷卻板的中間。所以壓入孔的定位應該就在四塊冷卻板的中間。注意，在確定孔位時，必須避開爐殼焊縫及其熱影響區(qū)。

2)開孔及短管安裝。在選定壓入孔位后，即可以開孔。開孔作業(yè)一般是在高爐休風時進行的。

開孔的直徑，是根據(jù)壓入耐火材料的特性選取的。一般選Φ28mm或Φ35mm的。開孔必須采用鉆孔式，杜絕燒孔。鉆孔機有底板焊接式和磁鐵式等類型。

從程序上，應該先焊接壓入孔短管，后鉆孔。

由于高爐內襯還有殘留耐火材料，用于鉆爐殼的鉆頭與鉆耐火材料的鉆頭材質不同，在鉆孔過程中需要更換鉆頭。這里需要注意的是，更換鉆頭和鉆桿時應保證孔中心的一致。

3)壓入設備及輔助材料。泥漿壓入機有電動式和油壓式兩種。一般壓入機的規(guī)格主要包括：

①輸出壓力：最低壓力，一般3.5MPa;

②輸出能力：最低能力，一般75L/min;

③動力：最低保證能力，一般10kW。

在泥漿壓入機上，需要注意的是安全閥的設置和狀態(tài)。每次壓入作業(yè)前后必須確保安全閥的狀態(tài)良好。

輔助設備主要包括：泥漿攪拌設備、軟配管、硬配管、短管配管、球閥或截止閥。

對于輔助設備，需要特別注意的是：

①泥漿攪拌設備能力與壓入泵能力的配套。在泥漿攪拌設備投運前，首先注意調節(jié)底盤與攪拌器中的雜質或大塊顆粒，在攪拌器上需要安裝金屬過濾網(wǎng)，一般網(wǎng)格的間隙為10?13mm。殘留在過濾之間的間隙，以保證攪拌的充分。一般間隙調整為5mm左右為佳。此外，為了消除混合物中的金屬網(wǎng)上的塊狀料或其他雜物都應清掉。當原料開始攪拌時，攪拌設備應處于重載狀態(tài)。通過皮帶或傳動齒輪等部件檢查整個攪拌設備的運行狀態(tài);

②各種管道耐壓力等級必須配套，防止管道系列中個別管道耐壓等級低下造成整個管道系統(tǒng)的耐壓等級下降，或釀成事故。根據(jù)高爐爐身壓入維修的特點，一般選購管道及其配件的最低工作壓力為3.5MPa;

③各種管道的直徑相配套，以防止壓入過程中因管徑不配套而發(fā)生泄漏事故。尤其需要注意的是管道與截止閥的連接配套;

④壓入回漿循環(huán)管道系統(tǒng)必須保證暢通。一般在壓入設備上帶有材料循環(huán)管路系統(tǒng)和

超壓泄壓防爆部件，設備調試過程中必須一一確認狀態(tài)完好。

4)壓入料。通常，作為爐襯造壁用耐火壓入料有水系和非水系兩類：

①水系壓入料：所謂水系壓入料，是指壓入的耐火材料是以水作為結合材料，與耐火材料干粉進行混練后壓入爐內進行修補。采用的水系壓入料一般具有熱硬性質，爐外有利于輸送，進入爐內有利于快速凝固，與修補面實現(xiàn)良好結合;

②非水系壓入料：是相對于水系壓入料而言，結合劑采用非水材料(如樹脂等)。

對于不同結合劑的壓入料，在開始壓入作業(yè)前所進行的管道清洗循環(huán)用材料也不相

同。對于水系壓入料，循環(huán)材料是普通工業(yè)用水;而對于樹脂結合的壓入料，循環(huán)材料需采用乙二醇等有機材料。

5)壓入操作。首先需要根據(jù)高爐區(qū)域具體的場地情況，合理布置設備。一般講，設備的布置主要考慮兩點：一是附近有水、電等公共設施;二是盡量靠近計劃壓入點的位置，盡量把壓入設備安放在壓入點的相對髙位處。

合理組織作業(yè)人員。一般對于高爐爐身的壓入作業(yè)所配備的作業(yè)人員有：鉆孔工人根據(jù)孔量多少而定，原料混料工人2人，混合水(或結合劑)操作工1人，壓入機操作工1人，配管工2人，噴嘴操作工2人，指揮1人。

壓入前，通過壓入設備系統(tǒng)中的循環(huán)系統(tǒng)使整個管道系統(tǒng)內充滿壓入料，保證壓入料進入噴嘴口。

壓入作業(yè)的控制有定量控制和壓力控制兩種方式：所謂定量控制，是指根據(jù)對高爐爐襯的狀態(tài)調查結果，事先確定每個灌漿孔壓入的材料量，由壓入機操作者確定壓入量，停止壓入作業(yè);所謂壓力控制，是指根據(jù)經(jīng)驗、標準或設備狀態(tài)等具體情況，事先確定機側的最高壓力，當壓入機操作者發(fā)現(xiàn)泵側壓力達到設定壓力時，即停止壓入作業(yè)。

一個孔的壓入作業(yè)停止后，如果還需要繼續(xù)壓其他的孔時，噴嘴操作人員應同時關閉爐側截止閥和噴嘴側截止閥，并確定機側壓力回零后才能卸下噴嘴。

6)緊急情況的處理。在許多偶然情況下，如壓入料在機內或管中發(fā)生堵塞，或者發(fā)生管子破裂。在這些情況下，一般采取以下步驟：緊急停機或切換至循環(huán)管路系統(tǒng)一關閉爐側和噴嘴截止閥一拆卸管路或壓入機并清理一更換管路或清理設備確認后，按初始壓入作業(yè)程序重新開始。

為了提高壓入維修的效果，延長一次壓入維修維持的時間，在普通壓入技術的基礎上，已經(jīng)研究出硬質壓入技術。我國在20世紀90年代初，由寶鋼首次在1號高爐上成功應用了這種技術。目前這種技術正在國內逐步推廣應用。

從材料的性能上看，這種硬質壓入料比普通壓入料提高了耐磨性能和粘接性能，但同時其流動性變差，在管道內流動的阻力增加，普通壓入機的壓力無法滿足壓入作業(yè)的壓力要求，因此需要有專用的高壓壓入機來進行壓入作業(yè)。

(6)爐缸側壁壓入。當高爐爐缸側壁出現(xiàn)高溫時，需要通過爐缸側壁壓入方式來解決。

對于高爐爐缸側壁出現(xiàn)髙溫情況，首先需要判斷是內襯減薄原因，還是發(fā)生磚襯背部竄風。只有當確定屬于背部竄風情況時，才需要進行壓入。壓入的部位，一般需要通過檢測各部位的溫度變化來確定。

一般壓入的材料是與爐缸磚襯材質相近的碳質泥漿，或其他非水壓入料。

對于爐缸側壁的壓入，根據(jù)爐缸內襯結構的不同主要有3種形式：

第一種，對使用大塊炭磚的爐襯結構。由于這種結構一般在大塊炭磚與爐殼或冷卻壁之間有一層碳質搗打料層。爐缸出現(xiàn)髙溫，往往是由于炭質搗打料層內出現(xiàn)縫隙，使髙溫煤氣得以穿過而造成的。所以壓入灌漿的重點就是要把這些縫隙用壓入料給予填實封堵住。這時，灌漿的位置應該是利用爐殼上的預留孔，或在冷卻壁可以穿透的部位鉆孔，把壓入料送到炭質搗打料層;

第二種，對于使用小塊炭磚的爐襯結構。盡管在設計和施工時是按照炭磚緊貼爐殼或冷卻壁砌筑的。但事實上由于制作安裝精度等多種原因，炭磚與爐殼或冷卻壁之間難免存在間隙。這時，灌漿的方式同第一種;

第三種，特指爐缸側壁是冷卻壁結構形式的。當出現(xiàn)爐缸內襯與爐殼表面溫度同步上升情況時，表明冷卻壁與爐殼之間的間隙已經(jīng)成為熱煤氣流通道了。這時，需要在對爐缸內襯灌漿的同時，對冷卻壁與爐殼之間也進行灌漿。這種灌漿的關鍵是尋找煤氣通道，以確定鉆孔的部位，鉆孔的深度必須保證穿透爐殼而不傷及冷卻壁。對于這種情況，壓入的材料可以根據(jù)溫度、歷史記錄等實際情況，選擇碳質泥漿或其他非水系的壓入料。

對于爐缸側壁的壓入，一般情況下壓入點多采用排布封堵方式確定。

(7)爐底壓入。爐底壓入，通常是在確認爐底磚襯出現(xiàn)縫隙后采用的一種處理方式。壓入的材料主要是碳質泥漿。作業(yè)方式同爐缸側壁。

(8)出鐵(渣)口壓入。所謂出鐵(渣)口壓入，是指為了解決出鐵(渣)口煤氣泄漏嚴重問題而采用的一種方法。對這一區(qū)域，通常有三種壓入方式：一種是圍繞出鐵(渣)口，在爐缸側壁上鉆孔灌漿;一種是在出鐵(渣)口突出爐缸部分的側壁上鉆孔灌漿。這兩種方式與爐缸側壁壓入方式類同;另一種方式是利用堵鐵口泥炮，加裝特殊裝置進行碳質泥漿壓入的方法。

案例：利用泥炮從出鐵口進行壓入碳質泥漿的方法：

1)制作特殊的裝置，安裝在泥炮頭部;

2)用出鐵口開孔機從出鐵口鉆進1500mm左右。鉆孔角度及要領同正常出鐵口開孔;

3)把泥炮轉到出鐵口前，將碳質泥漿壓入用膠皮管接上泥炮頭部的特殊裝置;

4)泥炮壓住出鐵口;

5)按照正常碳質泥漿壓入順序進行壓入作業(yè)，要注意以下幾點：

①在壓入過程中，風口更換等作業(yè)必須停止;

②操作壓力盡可能低，最大2.5MPa;

③單孔最大壓入量為200kg;

④發(fā)現(xiàn)有碳質泥漿從出鐵口保護磚等部位流淌出時，壓入停止;

⑤停止壓入后，必須等到壓入機側的壓力為“零”后，才可以卸下膠皮管;

⑥壓入過程中，嚴禁人員進入出鐵口周圍。

6)泥炮的退出時間，必須在壓入結束20min以后。

(9)代表性壓入料的主要技術性能。