摘 要：根據(jù)高爐煉鐵“十字方針”，高爐長(zhǎng)壽化已成為煉鐵技術(shù)發(fā)展水平標(biāo)志之一。高爐內(nèi)襯遙控濕法 噴注技術(shù)是在高爐爐襯噴涂工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的新工藝和新技術(shù)，具有材料流動(dòng)性和致密性好、便于施工、粉塵低、反弾率小、施工環(huán)境溫度寬，使用性能優(yōu)良等特點(diǎn)，通過(guò)“重塑合理操作爐型”，有效維護(hù)高爐 爐體，已成為延長(zhǎng)高爐風(fēng)口以上區(qū)域爐體壽命的重要長(zhǎng)壽技術(shù)。
關(guān)鍵詞：高爐長(zhǎng)壽；濕法噴注；重塑爐型
我國(guó)是產(chǎn)鋼大國(guó)，多年穩(wěn)居世界首位。在現(xiàn)代煉鐵工藝中，高爐煉鐵工藝具有生產(chǎn)規(guī)模大，運(yùn)行效率高，燃料消耗低，生產(chǎn)成本低，能量利用充分，工藝技術(shù)成熟等諸多優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的煉鐵工業(yè)發(fā)展過(guò)程中， 仍將具有重要的主導(dǎo)地位。
高爐作為煉鐵主要的生產(chǎn)設(shè)備，其長(zhǎng)壽化是鋼鐵企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重大舉措，高爐長(zhǎng)壽的重 大意義，不僅在煉鐵工序本身，而且也會(huì)給整個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)帶來(lái)巨大效應(yīng)，包括生產(chǎn)成本降低，能源消 耗減少，污染物排放減少，實(shí)現(xiàn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的高效化生產(chǎn)，連續(xù)化和緊湊化生產(chǎn)得以延續(xù)進(jìn)行。延長(zhǎng)高爐壽命不僅節(jié)約大修費(fèi)用，而且減少了因大修而引起的停產(chǎn)損失，提高經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)今，高爐長(zhǎng)壽化越來(lái) 越引起國(guó)內(nèi)外鋼鐵界的重視，成為了當(dāng)今世界鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的一個(gè)主攻方向，也是煉鐵技術(shù)發(fā)展水平標(biāo)志之一。最新頒布的《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》中，便以“高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保”作為“十 字方針”。
1 ? 噴涂修復(fù)造襯技術(shù)對(duì)高爐塑型以及高爐長(zhǎng)壽的重要意義
高爐在運(yùn)行一定時(shí)期以后，爐體內(nèi)受爐料、煤氣流、渣鐵沖刷和堿金屬、沉積碳等侵蝕形成不均勻，致使高爐爐襯不斷變換形狀，操作內(nèi)型與原來(lái)的設(shè)計(jì)內(nèi)型具有較大的差異。操作內(nèi)型變差的主要問(wèn)題，包 括上部塊狀帶爐身角 β 值縮小、凸凹度增大和軟熔帶附近及以下渣皮結(jié)厚等[1]。
（1）爐身角縮?。骸盃t身角”指高爐的爐身部分與水平面的夾角（見(jiàn)圖1），合理的“爐身角”結(jié)構(gòu)可 使?fàn)t內(nèi)上升煤氣的溫度逐漸加熱，使氣流沿爐壁發(fā)展，有利于提高爐溫，同時(shí)又改善了煤氣的分布，節(jié)省 了燃料。高爐在生產(chǎn)運(yùn)行中爐身中下部?jī)?nèi)襯侵蝕脫落后，爐身角變小，而爐身角縮小會(huì)造成爐料對(duì)爐身的垂直應(yīng)力減小，氣流壓差增大，容易出現(xiàn)邊緣氣流過(guò)甚或管道現(xiàn)象。2）凸凹度增大：爐身內(nèi)型因侵蝕沖 刷等原因變成凸凹不平的狀態(tài)，當(dāng)爐身凸凹度超過(guò)一定程度時(shí)，邊緣容易形成高空隙度礦焦混合帶，致使邊緣氣流過(guò)甚和管道出現(xiàn)，軟熔帶根部位置升高且不穩(wěn)定，引起爐身下部和爐腰結(jié)厚。3）爐身下部結(jié)厚： 由于爐身角縮小、內(nèi)型凸凹度增大，造成邊緣氣流過(guò)甚、管道、崩滑料及偏尺等異?，F(xiàn)象時(shí)，未充分還原的礦石中有生料突然下落，初渣 FeO 含量急劇升高、熔點(diǎn)下降，并伴隨碳還原 FeO 的直接還原耗熱異常 增大和降溫，過(guò)早熔化的初渣降溫后很容易再次凝固，這也是是爐身下部、爐腰爐腹結(jié)厚的最主要原因之一。因此，爐身下部、爐腹、爐腰結(jié)厚的起因往往與塊狀帶爐襯維護(hù)不良有關(guān)；而這些現(xiàn)象又會(huì)使軟熔帶以下的氣流上升通道面積減少、流速增大，過(guò)快的氣流速度同樣會(huì)產(chǎn)生管道或液泛現(xiàn)象，發(fā)生管道時(shí)會(huì)沖刷上部爐襯，甚至損壞冷卻器。由此可見(jiàn)，爐體上部與下部之間是相互影響的，而塊狀帶爐型維護(hù)是維持 合理操作爐型的基礎(chǔ)。
要想實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽順行，就必須及時(shí)應(yīng)對(duì)高爐操作內(nèi)型惡化的問(wèn)題，目前，高爐爐體內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)已成為延長(zhǎng)高爐壽命的重要手段，日本和我國(guó)許多高爐的長(zhǎng)壽實(shí)績(jī)也說(shuō)明，高爐爐體內(nèi)襯的定期修復(fù)對(duì)于改 善高爐操作、保持爐況順行、延長(zhǎng)高爐壽命具有重要意義。高爐爐襯的修復(fù)方法有三種：砌磚法、硬質(zhì)料壓入法、噴補(bǔ)造襯法；我國(guó)高爐在上世紀(jì) 80 年代以前主要采用砌磚法，而國(guó)內(nèi)外上世紀(jì) 80 年代之后通常 采取爐襯噴涂修補(bǔ)或硬質(zhì)料壓入造襯等措施以修復(fù)高爐操作內(nèi)型。爐襯噴涂修補(bǔ)方法，采用壓縮空氣作為載氣，輸送不定形耐火材料，經(jīng)特殊的噴槍將耐火材料噴涂到爐襯需要修復(fù)的部位，并附著在其表面達(dá)到 一定厚度，在殘存磚襯、冷卻壁熱面或爐殼內(nèi)表面形成一層新的爐襯。同其他爐襯維修方式相比，爐襯噴涂修補(bǔ)的最大特點(diǎn)是修復(fù)的爐襯完整平滑，而且可以實(shí)現(xiàn)爐型再造，從而獲得較為合理的操作爐型，使高 爐受損的操作爐型得到合理的修復(fù)，從而保持高爐穩(wěn)定順行。由于國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)處于微利時(shí)代，原燃料質(zhì)量波動(dòng)較大，使得高爐操作難度加大，對(duì)于操作爐型遭到嚴(yán)重破壞的高爐，噴涂造襯是快速恢復(fù)爐型的較 好選擇。
2 ? 高爐爐襯噴涂（補(bǔ)）技術(shù)的發(fā)展
高爐爐襯噴補(bǔ)是最為經(jīng)典、有效的爐襯修補(bǔ)再造方式。日本早在20 世紀(jì) 70 年代就開(kāi)始進(jìn)行爐襯噴補(bǔ) 或灌漿造襯，獲得了良好的效果；20 世紀(jì) 90 年代末，歐美及日本濕法噴涂工藝逐漸成熟，并于 1998 年在 美國(guó)完成了第一次高爐濕法噴涂修補(bǔ)工程；自2004 年以來(lái)，歐美公司開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣使用新一代高技術(shù) 的高爐濕法噴涂維護(hù)技術(shù)；現(xiàn)今，高爐爐襯噴補(bǔ)技術(shù)已在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高爐上得到廣泛應(yīng) 用。日本鹿島3 號(hào)高爐（5050 m3），壽命達(dá)到 13 年多，累計(jì)產(chǎn)鐵量4815 萬(wàn) t，單位容積產(chǎn)鐵量達(dá)到9535 t.m-3； 英國(guó) Scumthorpe、德國(guó)Thyssen、加拿大 Dofasto 等鋼鐵廠都采用高爐爐襯噴補(bǔ)技術(shù)，并取得良好的應(yīng)用效 果。在國(guó)際范圍內(nèi)，摩根、派力固、美國(guó)銘得、美國(guó)美固美特、日本黑崎等企業(yè)均已具備先進(jìn)的高爐噴補(bǔ)技術(shù)。
我國(guó)高爐爐襯噴補(bǔ)技術(shù)的研究和應(yīng)用始于1992 年的寶鋼 1#高爐，當(dāng)時(shí)遙控噴涂修復(fù)高爐爐襯還是當(dāng) 今世界上少數(shù)幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采用過(guò)的新技術(shù)、新工藝，中冶建筑研究總院（原名冶金工業(yè)部建筑研究 總院）承擔(dān)了國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目及冶金部的重點(diǎn)科研課題：“八五”期間的“大型高爐長(zhǎng)壽內(nèi)襯維修術(shù)”。1993 年，由寶鋼自行開(kāi)發(fā)研制了遙控噴補(bǔ)機(jī)械，由中冶建筑研究總院提供噴補(bǔ)料，成功進(jìn)行了噴補(bǔ) 工業(yè)試驗(yàn)。隨后，高爐爐襯噴補(bǔ)設(shè)備和高爐耐火材料技術(shù)領(lǐng)域的研究日漸得到了長(zhǎng)足發(fā)展。
隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展、耐材技術(shù)和自動(dòng)化裝備技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一批區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的新材料、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，高爐上應(yīng)用的新技術(shù)主要圍繞高爐長(zhǎng)壽和快速檢修展開(kāi)的，確保高爐長(zhǎng)壽運(yùn)行具 有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，是近年來(lái)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。高爐系統(tǒng)噴涂作為高爐砌筑和維護(hù)中的一項(xiàng)重要的技術(shù)，濕法噴涂材料及熱態(tài)遙控自動(dòng)噴補(bǔ)技術(shù)已成為現(xiàn)今高爐長(zhǎng)壽課題中的重要內(nèi)容之一，應(yīng)用該技術(shù)不僅可以 修補(bǔ)爐身內(nèi)襯，而且可以造襯，不但提高了工作效率、節(jié)約了成本，而且使耐火內(nèi)襯的性能得以充分發(fā)揮，從而大大延長(zhǎng)高爐使用壽命，二者的結(jié)合成為高爐噴補(bǔ)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
3 ? 高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術(shù)的特點(diǎn)
目前國(guó)內(nèi)的噴涂料技術(shù)水平多為半干法，濕法噴涂技術(shù)應(yīng)用處于起步階段。半干法噴涂技術(shù)，施工時(shí)材料通過(guò)高壓空氣送至槍口附近，同時(shí)輸送至槍口的水與料經(jīng)過(guò)快速混合，噴射到需修補(bǔ)的高爐內(nèi)襯表面，半干法在目前市場(chǎng)較為普遍，但存在回彈率高、致密性差、粉塵大、使用壽命低等問(wèn)題。濕法噴涂技術(shù)，是不定形耐火材料在攪拌機(jī)中均勻混合后，注入噴涂機(jī)的攪拌系統(tǒng)，用液 壓泵通過(guò)高壓料管送至噴槍口和高壓輸送的促凝劑高速均勻混合，自流的不定形耐火材料瞬間凝固，連續(xù)地在高爐內(nèi)襯表面噴涂施工對(duì)高爐內(nèi)襯進(jìn)行修補(bǔ)和再造。采用濕法噴涂技術(shù)，反彈普遍低于 5%（遠(yuǎn)低于 干法噴涂 15%～30%的反彈率），加水量少、施工環(huán)境優(yōu)良、材料的附著性能好、材料結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化、并具有更好的耐磨、抗侵蝕性能，采用濕法噴注技術(shù)修復(fù)后的爐襯使用壽命更長(zhǎng)，高爐煤氣利用率、燃料比、 冷卻水溫差、利用系數(shù)及富氧率等運(yùn)行指標(biāo)均得到了較大幅度改善。
在多年的試驗(yàn)改進(jìn)以及現(xiàn)場(chǎng)施工、技術(shù)服務(wù)中，中冶建筑研究總院已開(kāi)發(fā)出新型的高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術(shù)，并得以應(yīng)用?，F(xiàn)將傳統(tǒng)的干法/半干法噴涂。
中冶建筑研究總院開(kāi)發(fā)的高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術(shù)，具有以下技術(shù)特征：1）無(wú)固定的框架，不要模具；2）保持澆注料性能，形成致密的施工體，施工效果優(yōu)良；3）施工迅速且方便，效率高；4）施工 粉塵低、材料反弾??；5）施工環(huán)境溫度寬（室溫到 600 ℃）；6）上部料耐磨性能高（航天無(wú)機(jī)纖維）；7）下部料耐侵蝕和導(dǎo)熱性好（碳包覆材料）。
高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注的施工過(guò)程中（見(jiàn)圖 2），濕法噴涂機(jī)與懸掛系統(tǒng)采用有線遙控操縱系統(tǒng)進(jìn)行控制，能實(shí)現(xiàn)在高爐內(nèi)噴涂的準(zhǔn)確控制和定位，既方便大面積噴補(bǔ)又能準(zhǔn)確地進(jìn)行局部噴縫或補(bǔ)凹坑的施工， 從而完善和拓展了噴涂機(jī)的使用范圍。高爐運(yùn)行過(guò)程中，定期進(jìn)行爐內(nèi)噴注造襯施工，可有效恢復(fù)高爐爐型，在保護(hù)冷卻壁的同時(shí)通過(guò)噴涂塑造一個(gè)近似“操作爐型”的耐材內(nèi)襯，為改善爐內(nèi)煤氣流分布更趨穩(wěn) 定、合理創(chuàng)造條件從而降低高爐冶煉過(guò)程中的能耗和焦比。
濕法遙控噴注造襯技術(shù)集專用設(shè)備、專用材料于一身，可實(shí)現(xiàn)熱態(tài)噴涂，大大縮短了高爐的檢修時(shí)間，降低成本。針對(duì)爐身不同部位可使用不同的材料，造襯后使用壽命在 18 個(gè)月以上。實(shí)踐表明，遙控濕法 噴注技術(shù)對(duì)高爐爐體維護(hù)的效果非常明顯，目前已成為延長(zhǎng)高爐風(fēng)口以上區(qū)域爐體壽命的重要長(zhǎng)壽技術(shù)。?
作者：張?chǎng)┪?高 棟 唐勛海 江山 鄭 江，中冶建筑研究總院有限公司
參考文獻(xiàn)：[1] ? ? 張福明，程樹(shù)森. 現(xiàn)代高爐長(zhǎng)壽技術(shù). 北京：冶金工業(yè)出版社，2012
