高爐噴補(bǔ)技術(shù)及用耐火材料

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

1)普通噴補(bǔ)(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(jìn)入爐內(nèi)，對爐襯需要修復(fù)的部位進(jìn)行修補(bǔ)。這種方式多用于2000m3以下的髙爐的內(nèi)襯修補(bǔ)。其作業(yè)特點是噴補(bǔ)設(shè)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(jìn)行維修、更換或改造，噴補(bǔ)部位及厚度容易控制。缺點是對生產(chǎn)的影響大，工人的操作環(huán)境差等。

2)長槍噴補(bǔ)(Lance-Gunning Technique)。這種方式與普通噴補(bǔ)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(bǔ)的部位進(jìn)行噴補(bǔ)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(chǎn)。缺點是修補(bǔ)的范圍受到限制，而且需要在爐殼上開孔。

3)遙控噴補(bǔ)(Remote Gunning Technique)。這種方式是把機(jī)器人(噴槍組合設(shè)備)從入孔或?qū)ｉT開設(shè)的孔位放入爐內(nèi)，通過橋架或?qū)ф溩錾舷乱苿?而操作人員通過設(shè)置在爐外的電視屏幕觀察和調(diào)節(jié)噴補(bǔ)作業(yè)。這種噴補(bǔ)方式的特點是不需要人員進(jìn)入爐內(nèi)，操作人員的作業(yè)條件較好。缺點是設(shè)備比較復(fù)雜，投資和維護(hù)費比較大。

20世紀(jì)70年代以來，髙爐噴補(bǔ)技術(shù)在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的高爐上得到廣泛應(yīng)用，如日本的鹿島3號高爐(有效容積5050m3)，壽命達(dá)13年5個月，單位爐容產(chǎn)鐵近萬噸。該爐13年間共噴補(bǔ)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(jìn)行噴補(bǔ)，并取得了良好的效果。

我國髙爐噴補(bǔ)技術(shù)的研究和應(yīng)用起步相對較晚。近20年來，我國在設(shè)備和耐火材料領(lǐng)域的研究取得長足進(jìn)步，高爐噴補(bǔ)技術(shù)得以快速推廣應(yīng)用，已經(jīng)從初期的半干法噴補(bǔ)發(fā)展到濕法噴補(bǔ)。根據(jù)噴補(bǔ)方式和噴補(bǔ)耐火材料質(zhì)量和用量的不同，一次噴補(bǔ)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(bǔ)對髙爐維護(hù)的效果更加明顯。

(2)高爐噴補(bǔ)用耐火材料。

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

灌漿噴補(bǔ)法

灌漿修補(bǔ)法，也稱為壓入修補(bǔ)法，是在爐體上鉆出直通爐膛的孔洞，利用特殊壓入設(shè)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(dá)到充填間隙和修補(bǔ)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(bǔ)，對生產(chǎn)和爐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響小，對于爐體耐火材料內(nèi)襯局部的維修效果好而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐內(nèi)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(jì)而又可靠的修補(bǔ)技術(shù)。但是，由于灌漿壓入的位置是以點為基礎(chǔ)的局部式維修，不可能進(jìn)行大面積的修補(bǔ)，而且由于修補(bǔ)僅限于局部位置，如果操作不當(dāng)，容易在爐內(nèi)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(fēng)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(jié)構(gòu)，是以充填內(nèi)襯中的間隙為主要目的的。對于冷卻板式髙爐結(jié)構(gòu)，冷卻板發(fā)生背部漏風(fēng)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(shè)計預(yù)留孔壓入耐火材料進(jìn)行充填。如果高爐正常生產(chǎn)后這些間隙依然存在，將在冷卻壁背面形成竄風(fēng)通道，導(dǎo)致爐殼發(fā)紅。這時，需要利用原預(yù)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(fēng)。

(3)微型冷卻器壓入。當(dāng)安裝在高爐爐體上的冷卻設(shè)備由于設(shè)計不足、生產(chǎn)負(fù)荷加大或冷卻設(shè)備破損等原因，導(dǎo)致爐體綜合冷卻強(qiáng)度不能適_應(yīng)爐體熱負(fù)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(bǔ)充爐體的冷卻強(qiáng)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(shù)把具有爐襯修補(bǔ)性能的耐火材料壓入爐內(nèi)，達(dá)到修補(bǔ)爐襯的目的。壓入的基本形式同冷卻板壓入技術(shù)。

(4)風(fēng)口壓入。風(fēng)口壓入包括風(fēng)口大套壓入和風(fēng)口中套壓入。由于考慮到爐襯的膨脹，在風(fēng)口安裝過程中，一般都設(shè)置有膨脹間隙，并充填緩沖填料。在高爐烘爐和投產(chǎn)后，如果這些預(yù)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(fēng)口大套或中套內(nèi)，達(dá)到封堵通道的目的。

(5)爐身側(cè)壁壓入。當(dāng)高爐長期使用后，受爐料的磨損、化學(xué)的侵蝕以及熱應(yīng)力的作用，高爐內(nèi)襯不斷減薄，嚴(yán)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(zhì)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(cè)壁出現(xiàn)局部高溫，判定耐火材料內(nèi)襯局部蝕損嚴(yán)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(nèi)襯的蝕損應(yīng)該主要集中在四塊冷卻板的中間。所以壓入孔的定位應(yīng)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(fēng)時進(jìn)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(jī)有底板焊接式和磁鐵式等類型。

從程序上，應(yīng)該先焊接壓入孔短管，后鉆孔。

由于高爐內(nèi)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(zhì)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(yīng)保證孔中心的一致。

3)壓入設(shè)備及輔助材料。泥漿壓入機(jī)有電動式和油壓式兩種。一般壓入機(jī)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(jī)上，需要注意的是安全閥的設(shè)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(shè)備主要包括：泥漿攪拌設(shè)備、軟配管、硬配管、短管配管、球閥或截止閥。

對于輔助設(shè)備，需要特別注意的是：

①泥漿攪拌設(shè)備能力與壓入泵能力的配套。在泥漿攪拌設(shè)備投運前，首先注意調(diào)節(jié)底盤與攪拌器中的雜質(zhì)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(diào)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(yīng)清掉。當(dāng)原料開始攪拌時，攪拌設(shè)備應(yīng)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(shè)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(shè)備上帶有材料循環(huán)管路系統(tǒng)和

超壓泄壓防爆部件，設(shè)備調(diào)試過程中必須一一確認(rèn)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(jié)合材料，與耐火材料干粉進(jìn)行混練后壓入爐內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)。采用的水系壓入料一般具有熱硬性質(zhì)，爐外有利于輸送，進(jìn)入爐內(nèi)有利于快速凝固，與修補(bǔ)面實現(xiàn)良好結(jié)合;

②非水系壓入料：是相對于水系壓入料而言，結(jié)合劑采用非水材料(如樹脂等)。

對于不同結(jié)合劑的壓入料，在開始壓入作業(yè)前所進(jìn)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(jié)合的壓入料，循環(huán)材料需采用乙二醇等有機(jī)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(shè)備。一般講，設(shè)備的布置主要考慮兩點：一是附近有水、電等公共設(shè)施;二是盡量靠近計劃壓入點的位置，盡量把壓入設(shè)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(jié)合劑)操作工1人，壓入機(jī)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(shè)備系統(tǒng)中的循環(huán)系統(tǒng)使整個管道系統(tǒng)內(nèi)充滿壓入料，保證壓入料進(jìn)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(diào)查結(jié)果，事先確定每個灌漿孔壓入的材料量，由壓入機(jī)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(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備狀態(tài)等具體情況，事先確定機(jī)側(cè)的最高壓力，當(dāng)壓入機(jī)操作者發(fā)現(xiàn)泵側(cè)壓力達(dá)到設(shè)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(yīng)同時關(guān)閉爐側(cè)截止閥和噴嘴側(cè)截止閥，并確定機(jī)側(cè)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(jī)內(nèi)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(jī)或切換至循環(huán)管路系統(tǒng)一關(guān)閉爐側(cè)和噴嘴截止閥一拆卸管路或壓入機(jī)并清理一更換管路或清理設(shè)備確認(rèn)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(shù)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)研究出硬質(zhì)壓入技術(shù)。我國在20世紀(jì)90年代初，由寶鋼首次在1號高爐上成功應(yīng)用了這種技術(shù)。目前這種技術(shù)正在國內(nèi)逐步推廣應(yīng)用。

從材料的性能上看，這種硬質(zhì)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(nèi)流動的阻力增加，普通壓入機(jī)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(jī)來進(jìn)行壓入作業(yè)。

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

對于高爐爐缸側(cè)壁出現(xiàn)髙溫情況，首先需要判斷是內(nèi)襯減薄原因，還是發(fā)生磚襯背部竄風(fēng)。只有當(dāng)確定屬于背部竄風(fēng)情況時，才需要進(jìn)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(zhì)相近的碳質(zhì)泥漿，或其他非水壓入料。

對于爐缸側(cè)壁的壓入，根據(jù)爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的不同主要有3種形式：

第一種，對使用大塊炭磚的爐襯結(jié)構(gòu)。由于這種結(jié)構(gòu)一般在大塊炭磚與爐殼或冷卻壁之間有一層碳質(zhì)搗打料層。爐缸出現(xiàn)髙溫，往往是由于炭質(zhì)搗打料層內(nèi)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(yīng)該是利用爐殼上的預(yù)留孔，或在冷卻壁可以穿透的部位鉆孔，把壓入料送到炭質(zhì)搗打料層;

第二種，對于使用小塊炭磚的爐襯結(jié)構(gòu)。盡管在設(shè)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(cè)壁是冷卻壁結(jié)構(gòu)形式的。當(dāng)出現(xiàn)爐缸內(nèi)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(nèi)襯灌漿的同時，對冷卻壁與爐殼之間也進(jìn)行灌漿。這種灌漿的關(guān)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(zhì)泥漿或其他非水系的壓入料。

對于爐缸側(cè)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(rèn)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(zhì)泥漿。作業(yè)方式同爐缸側(cè)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(yán)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(cè)壁上鉆孔灌漿;一種是在出鐵(渣)口突出爐缸部分的側(cè)壁上鉆孔灌漿。這兩種方式與爐缸側(cè)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(jìn)行碳質(zhì)泥漿壓入的方法。

案例：利用泥炮從出鐵口進(jìn)行壓入碳質(zhì)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(jī)從出鐵口鉆進(jìn)1500mm左右。鉆孔角度及要領(lǐng)同正常出鐵口開孔;

3)把泥炮轉(zhuǎn)到出鐵口前，將碳質(zhì)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(zhì)泥漿壓入順序進(jìn)行壓入作業(yè)，要注意以下幾點：

①在壓入過程中，風(fēng)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(zhì)泥漿從出鐵口保護(hù)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(jī)側(cè)的壓力為“零”后，才可以卸下膠皮管;

⑥壓入過程中，嚴(yán)禁人員進(jìn)入出鐵口周圍。

6)泥炮的退出時間，必須在壓入結(jié)束20min以后。

(9)代表性壓入料的主要技術(shù)性能。