保障高爐長壽、高效的運行，改善出鐵場作業(yè)環(huán)境并降低工人勞動強度一直是煉鐵人努力的方向。特別是對于提倡低碳經(jīng)濟的今天，其意義更加巨大。作為擔(dān)任著為煉鐵保駕護航任務(wù)的耐火材料而言，煉鐵行業(yè)的需求就是耐火材料行業(yè)技術(shù)研究的課題和目標(biāo)。煉鐵技術(shù)在發(fā)展提高，煉鐵用耐火材料新的技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。河南耐火材料廠將介紹其中三個：1.SIFCA新型高爐冷卻壁技術(shù)；2.高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)；3.防爆ASC鐵溝澆注料實現(xiàn)單鐵口高爐出鐵溝儲鐵式改造技術(shù)。
1高爐新型冷卻壁技術(shù)
1.1概述
高爐冷卻壁是高爐內(nèi)襯的重要水冷件，主要對爐殼起保護作用，能有效地防止?fàn)t殼受熱后產(chǎn)生變形、開裂等。高爐冷卻壁不但承受高溫，還承受爐料的磨損、熔渣的侵蝕和爐內(nèi)氣流的沖刷，因而必須具備良好的熱強度、耐熱沖擊、抗急冷急熱性等綜合性能。在諸多影響高爐壽命的因素中，高爐爐襯及冷卻壁的破損是高爐被迫進行大修的主要原因。因此，能否實現(xiàn)冷卻設(shè)備的長壽，已成為能否實現(xiàn)高爐爐體長壽的關(guān)鍵條件之一。
目前國內(nèi)外廣泛使用的高爐冷卻壁主要有金屬冷卻壁以及非金屬冷卻壁，它們都有各自的優(yōu)缺點。北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司在上述兩種類型的高爐冷卻壁的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了一種SIFCA新型高爐冷卻壁用預(yù)制件，它集合了金屬和非金屬各自的優(yōu)點。
1.2 SIFCA冷卻壁用預(yù)制件
為了克服金屬和非金屬冷卻壁的不足，發(fā)揮他們各自的優(yōu)勢，該公司通過采用先進的SIFCA工藝研發(fā)了一種SIFCA新型高爐冷卻壁預(yù)制件。SIFCA工藝技術(shù)的特點是高鋼纖維引入以改善非金屬材料的特性缺陷，得到一種能平衡金屬和非金屬特性的新型復(fù)合材料。此項技術(shù)在國外已被完全接受，并已廣泛應(yīng)用。SIFCA新型高爐冷卻壁預(yù)制件正式借鑒該工藝技術(shù)，將大量的鋼纖維添加入耐火材料中，使耐火材料的非金屬脆性及低導(dǎo)熱性得以大幅度改善。
該SIFCA新型高爐冷卻壁預(yù)制件材料具有如下特點：①與金屬相比其使用溫度大幅提高，可達到1200℃；②由于加入大量的鋼纖維，它克服了普通耐火材料韌性差的弱點；③抗折強度很高，可達50MPa以上，這是普通耐火材料所不能比擬的；④高的抗壓強度，一般可達到基材的1.5~2倍，且其受壓破壞形式與普通耐火材料不同。普通耐火材料破壞后會失去整體穩(wěn)定，成為獨立的幾部分，而該預(yù)制件破壞后仍然保持一個整體，見圖1；⑤高導(dǎo)熱系數(shù)，介于金屬和耐火材料之間，是非金屬耐火材料所無法達到的。
正是這些特點使SIFCA新型高爐冷卻壁預(yù)制件平衡了傳統(tǒng)的金屬冷卻壁及近年來的非金屬冷卻壁的缺陷，而具備高爐冷卻壁所希望具有的各項特性：①更高溫度下的使用穩(wěn)定性（該冷卻壁可達1200℃）；②高導(dǎo)熱；③高溫下的耐磨損、耐沖擊。
1.3 結(jié)論
采用SIFCA工藝，制作高爐冷卻壁用預(yù)制件，發(fā)揮了金屬冷卻壁和非金屬冷卻壁各自的優(yōu)勢，具有現(xiàn)場安裝方便、性能優(yōu)異，可大幅提高高爐冷卻壁使用壽命的特點，因而其使用前景廣闊，值得大面積推廣使用。
2高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)
2.1 概述
高爐是長期處于連續(xù)高溫生產(chǎn)的冶煉設(shè)備。在長期運行中，高爐內(nèi)襯受到侵蝕、剝落出現(xiàn)局部或大面積損壞，影響高爐正常運行。為了使高爐達到長壽、高效的目的，延長高爐壽命一直是冶煉工程技術(shù)人員關(guān)心的課題。高爐長壽是煉鐵技術(shù)發(fā)展水平標(biāo)志之一，目前國內(nèi)已開始普遍采用高爐遙控?zé)釕B(tài)噴補造襯，就是在不停爐的前提下利用休風(fēng)時間對內(nèi)襯進行噴補。與原來傳統(tǒng)的停爐維修相比，其具有施工方便、耗時少、投產(chǎn)快的特點。但該技術(shù)采用的干法噴涂方式，無法避免：回彈率高、噴涂層結(jié)構(gòu)均勻性差、噴涂時粉塵嚴重等缺點。
為此，我公司將目前最先進的澆注料噴射施工技術(shù)與遙控?zé)釕B(tài)噴補技術(shù)相結(jié)合，試驗開發(fā)了澆注料遙控?zé)釕B(tài)噴射造襯技術(shù)。該技術(shù)系采用濕式噴機與遙控噴涂機械手相配合，從而實現(xiàn)澆注料遙控?zé)釕B(tài)噴射施工造襯的目的。
2.2 噴射澆注料造襯技術(shù)優(yōu)勢
噴射澆注料造襯技術(shù)是將攪拌好的砂漿狀澆注料以噴涂方式進行施工的技術(shù)，因此通常也稱為濕法噴涂。此技術(shù)有別于干法或半干法噴涂的最顯著特征是進入噴涂機的料為攪拌均勻的砂漿狀澆注料。
干法和半干法兩種噴涂方法均存在：大量水在噴槍口處加入，干或簡單潤濕的料瞬間高速通過噴槍口，料與水不能均勻混合。由此帶來了一系列其自身無法克服的弊端。
而對于噴射澆注料造襯技術(shù)（即濕法噴涂技術(shù)），所進入噴涂機的料為按照設(shè)計加水量預(yù)攪拌均勻的砂漿狀澆注料。此澆注料在噴槍口處與霧化的速凝劑混合噴出，在待噴面上澆注料瞬時失去流動性而緊密貼附。其不存在水與料在槍口瞬間混合的問題，因此其完全避免了干法和半干法噴涂技術(shù)的弊端：
可見，噴射澆注料造襯技術(shù)兼具噴涂施工的便捷和支模澆注的性能效果。其若再與遙控噴涂技術(shù)相結(jié)合，就可以實現(xiàn)高爐遙控?zé)釕B(tài)噴射澆注料造襯技術(shù)。而這項技術(shù)也將會在高爐造襯維修上顯示出無可比擬的綜合優(yōu)勢。
2.3高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)的實現(xiàn)
正是由于濕法噴涂技術(shù)的綜合優(yōu)勢，北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司決定對高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)進行研發(fā)。在團隊共同努力下，通過試驗室調(diào)整，車間試噴；再試驗室調(diào)整，再車間試噴如此不斷反復(fù)，最終研發(fā)出了與濕式噴涂機相匹配系列噴射澆注料。濕式噴涂機與噴射澆注料的成功開發(fā)使得噴射澆注施工得以實現(xiàn)，但要實現(xiàn)高爐熱態(tài)遙控噴涂還要解決噴射澆注技術(shù)與遙控機械手及相關(guān)管線的銜接磨合問題。這就必須進行系統(tǒng)性大型模擬噴涂試驗。通過在模擬試噴中的不斷摸索、調(diào)整及改進，完成了濕式噴涂機、遙控機械手及管線銜接控制等的完美匹配磨合工作；最終使高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)在我公司得以實現(xiàn)。
?單言之，高爐內(nèi)襯遙控濕法噴涂造襯技術(shù)其實就是解決一個濕式噴涂機與遙控機械手及管線設(shè)備銜接磨合問題。因此其在實際的施工工藝中與原干法遙控?zé)釕B(tài)噴涂基本相同，所以在本文不作介紹。
2.4 結(jié)論
噴射澆注料造襯技術(shù)已逐漸成熟，其將成為耐材施工技術(shù)的發(fā)展趨勢而最終取代干法或半干法噴涂工藝。噴射澆注料造襯技術(shù)與遙控?zé)釕B(tài)噴涂技術(shù)的成功結(jié)合，將會在高爐造襯維修上顯示出無可比擬的綜合優(yōu)勢。高爐長壽、高效的運行也將隨之進入一個更高水平。
3中型高爐鐵溝儲鐵式技術(shù)
3.1 概述
一般大高爐都有2個以上的出鐵溝，因此當(dāng)其中一條鐵溝必須重新造襯或必須修補時，只要堵住該條鐵溝的出鐵口后，就可以對該條鐵溝進行澆注、養(yǎng)護硬化、烘烤干燥等。但容積為1000m3以下的中型高爐一般設(shè)計為單個出鐵口，因此不可能保證一般澆注料施工所需要的養(yǎng)護、烘烤時間。所以，目前單出鐵口的中型高爐鐵溝一般還是采用瀝青或樹脂結(jié)合Al2O3–SiC–C質(zhì)免烘烤搗打料搗打鐵溝內(nèi)襯。搗打料存在使用壽命太短的問題，一般只有1～7天，最短的甚至1班一修。同時，由于搗打鐵溝都是旱溝結(jié)構(gòu)，每出一爐鐵都必須清理溝內(nèi)固化下來的大量殘鐵殘渣，同時必須在清理之后鋪撒黃沙或焦粉。
因此，搗打料搗制的單鐵口高爐爐前鐵溝維護工人勞動強度太大，且高熱的環(huán)境又造成很多不安全因素，還有瀝青與樹脂的煙塵有毒有害問題！
因此，如何有效地解決單鐵口高爐出鐵溝壽命的問題備受關(guān)注。為此，該公司通過對大型高爐用低水泥結(jié)合Al2O3–SiC–C質(zhì)鐵溝澆注料進行改性，使其能夠在熱態(tài)下施工并能快速升溫而不爆裂，滿足中型單鐵口高爐鐵溝的快速施工使用要求。
3.2主出鐵溝儲鐵式改造
大高爐鐵溝之所以通鐵量高，使用壽命長，不僅因為其使用了高檔次的Al2O3–SiC–C質(zhì)澆注料，而且還因為應(yīng)用了儲鐵式結(jié)構(gòu)。即大高爐的出鐵溝主溝在出鐵期間和出鐵間隔時間內(nèi)鐵溝內(nèi)總是儲存大量的鐵水，因此鐵溝內(nèi)的耐火材料所處溫度環(huán)境相對恒定。
而傳統(tǒng)的單鐵口高爐主鐵溝為非儲鐵式旱溝，撇渣器出鐵口溝底標(biāo)高幾乎接近于撇渣器前端進鐵口處主溝溝底的標(biāo)高。因此，每次出完鐵以后主溝溝底不會留存殘余鐵水，并完全暴露在空氣中。更有甚者，為了使鐵溝溫度迅速降低以便清渣和鋪沙，很多工人操作時還要向剛出完鐵的溝內(nèi)澆水。因此，中型高爐鐵溝耐火材料會反復(fù)出現(xiàn)因溫度驟降和水冷而發(fā)生收縮開裂等急冷急熱的損壞問題。
由于溝底不存鐵水，因此出鐵沖擊區(qū)的鐵水流對溝底沖擊損害嚴重，而這種落鐵點沖擊正是中型高爐主鐵溝損壞的最重要原因之一。
但是，到目前為止，還沒單鐵口儲鐵式鐵溝的工藝方案與實踐，主要是因為沒有合適的快干防爆鐵溝澆注料來進行配套，無法實現(xiàn)后續(xù)的快速修補與維護，而這種鐵溝的修補又是必須的和持續(xù)的。
由于有了上述新研制的快硬防爆鐵溝澆注料，因此將單鐵口高爐出鐵主溝改造為儲鐵式鐵溝結(jié)構(gòu)就有了物質(zhì)條件。儲鐵式出鐵主溝的改造或設(shè)計原理如下（如圖2所示）：
首先抬高撇渣器出口端溝底的標(biāo)高點c使其遠高于撇渣器進鐵口處主溝底的標(biāo)高點b。主鐵溝從出鐵口向撇渣器方向約1m處開始，溝底標(biāo)高迅速下沉，改變原來坡度均勻下降的設(shè)計，使得溝底坡度減小，以便在高爐每次出完鐵水后主溝內(nèi)能夠存留足夠的鐵水。這種儲鐵式鐵溝將大大改善耐火材料的急冷急熱環(huán)境，耐火材料得到更好燒結(jié)，更利于耐火材料的長壽。
同時，按照本方案改造或設(shè)計的主鐵溝，每次新出鐵水從出鐵溝噴出并拋物線落下時，鐵水不是直接落在溝底耐火材料上，而是落在了殘存的鐵水表面（含渣液），這將給溝底耐火材料以極好的緩沖，對延長落鐵點耐火材料壽命有極大好處。
使用實踐顯示：由于主溝內(nèi)鐵水蓄熱量較大，爐渣在主溝內(nèi)完全呈熔融狀態(tài)，并及時從出渣口流出?，F(xiàn)場工人無需每次出鐵后大量清理鐵溝內(nèi)的殘渣殘鐵，當(dāng)然也不需要每次出鐵后對主溝耐材的維修搗打，也無需每次出鐵后向主溝內(nèi)鋪撒黃沙或焦粉。爐前操作工藝改變?yōu)橹鳒锨鞍攵蝹?cè)幫上表面局部鋪撒黃沙，待噴濺到側(cè)幫上表面的鐵渣堆積影響到泥炮設(shè)備運行時再行集中清理。在兩次大修間隔內(nèi)，除局部偶爾需要臨時修補，主溝基本不需要作任何修補，工人勞動強度大幅度降低。
3.3 意義
實踐證明：采用快干防爆鐵溝澆注料對單鐵口高爐出鐵溝進行儲鐵式改造（專利號200820180405.8），可大幅度延長單鐵口高爐出鐵溝使用壽命，主鐵溝不修補一次通鐵量可達到10萬～20萬t，爐前工人勞動強度可望降低90％以上，同時，該技術(shù)徹底改善了單鐵口高爐爐前出鐵場的作業(yè)環(huán)境。
河南耐火材料廠 http://www.zzhoudd.com/
?