鋼鐵工業爐窯施工應用新技術介紹

朱相國

（鞍鋼建設集團有限公司工業爐分公司，遼寧鞍山114021）

鋼鐵工業爐窯施工應用新技術介紹

朱相國

（鞍鋼建設集團有限公司工業爐分公司，遼寧鞍山114021）

介紹了鋼鐵行業工業爐窯檢修的內襯拆除機械化施工新技術和新設備、應用于高爐的硬質壓人造襯技術、濕法遙控噴涂造襯技術、高爐爐底找平層澆注技術、爐缸整體澆注技術、熱風爐蓄熱體覆層技術、回轉窯砌磚機砌筑技術、應用于加熱爐的多晶莫來石貼塊技術、以及爐襯覆層技術及納米微孔絕熱材料等一批工業爐窯檢修施工領域已成熟的前沿技術。

工業爐窯；施工新技術；高爐；加熱爐

隨著鋼鐵工業的行業發展和技術進步，出現了一批區別于傳統工藝的新材料、新技術、新設備，它們的使用使爐窯檢修效率成倍提高，檢修周期及成本降低，同時節省爐窯的檢修時間，值得我們在生產實際中推廣應用。

1　爐窯內襯拆除機械化施工新技術

1.1大型高爐內襯采用挖掘機入爐拆除技術

高爐是鋼鐵冶煉流程的開端，檢修工期往往都很有限，大型高爐大修時拆除爐襯耐材量在2 000 t以上，同時還有殘鐵及殘料。為實現快速拆除高爐爐襯，在風口平臺高度搭設一個載荷為300 kN/m2的鋼平臺，并在對應位置上開爐體大門，如圖1所示，將挖掘機吊到鋼平臺上由大門處開始人爐拆除作業，同時在爐體對稱位置還需打通一道外排廢物大門，也作為人爐挖掘機的出口。在24 h作業的條件下，一座3 200 m3高爐內襯5～6 d可拆除清理完成。為保障挖掘機快速拆除高爐爐襯的順利還需在高爐停爐前使用殘鐵引出技術，將殘鐵量降到最低，在拆除過程中遇到堅硬熔結層采用微差爆破拆除。

1.2拆爐機的使用

拆爐機主要用于轉爐、鋼包、鐵水罐、鐵鉤等的內襯磚拆除，效率高，連續作業，適合作業環境好的施工現場，可拆除堅硬的內襯，還可用于鉆孔作業。拆爐機主臂俯角和仰角大，可360。旋轉，伸縮臂可根據施工環境任意伸縮。

圖1　挖掘機拆除高爐內襯示意圖

圖2　拆爐機實物圖

1.3拆除機器人

拆除機器人具有靈活性高、體積小、可遙控操作，電驅動可在高溫高粉塵環境下使用等特點，適用于作業面狹窄，安全風險高的工業爐窯內襯拆除環境。主要適用于回轉窯內襯拆除。

回轉窯在停窯冷卻到100℃左右，拆除機器人可進人拆除，人員可無線遙控操作，安全性高，見圖3。拆除磚內襯回轉窯速度可以達到12 m/h，還可快速換成鏟斗進行清運作業。

圖3　機器人拆除回轉窯內襯作業圖

2　應用于高爐的新技術

高爐上應用的新技術主要圍繞高爐長壽和快速檢修展開的。確保高爐長壽命運行具有顯著的經濟效益，是近年來行業的研究熱點。

2.1爐襯厚度檢測+硬質壓入造襯技術

采用硬質壓人造襯技術要首先確定爐襯厚度在臨界范圍內或者出現爐皮紅現象的區域才可施行。采用超聲波、激光等直接測量高爐內襯厚度方法結合熱電偶法對高爐內襯進行準確測定評估，然后對內襯薄的部位進行硬質壓人造襯，使高爐內襯保持一定厚度，確保高爐安全生產，避免爐襯燒穿等重大事故。高爐硬質壓人是高爐爐襯熱態維護技術，通過檢測評估定期壓人，可以維持穩定的高爐爐襯厚度。該技術的基本原理是利用高爐休風時間，在高爐爐襯薄弱處及損壞處開孔，焊接壓人短管，利用耐高壓管道連接開孔處和專用設備，高壓設備將硬質壓人料等壓人爐內并擴展，硬質壓人料受專用硬化劑及爐溫作用后迅速硬化，并與爐內材料結合形成新的復合爐襯。

硬質壓人技術區別于壓力灌漿，壓力灌漿和硬質壓人都有配套的專用料，硬質壓人造襯用料量較多。硬質壓人料采用的是以有機物與陶瓷為結合相的無水壓人料，最大顆粒＜1 mm具有良好的泵送施工性能。壓人工作壓力2～3 MPa，最大工作壓力7 MPa。壓人一次爐襯的使用壽命在4～6個月。硬質壓人造襯技術是一項集壓人材料、壓人設備及壓人施工為一體的綜合應用技術。

2.2濕法遙控噴涂技術

濕法噴涂技術與干法噴涂的區別：

（1）干法噴涂水料在噴槍嘴內混合，加水量10%以上；濕法噴涂水料在給料器加水攪拌好，加水量不大于6%。

（2）濕法噴涂料性能指標遠優于干法噴涂料，見表1，具有更好的耐磨、抗侵蝕性能，爐襯使用壽命更長。

（3）濕法噴涂粉塵少，反彈率5%左右；干法噴涂粉塵大，反彈率一般在20%以上。

（4）濕法噴涂骨料最大顆粒達10 mm，噴涂后強度及外觀達到支模澆注水平；干法噴涂顆粒不超過5 mm，不利于材料結構性能的發揮。

（5）濕法噴涂與干法噴涂所用設備不同，濕法噴涂設備可實現“脈沖噴涂”，噴出的料柱更均勻。

濕法遙控噴涂造襯技術集專用設備、專用材料于一身，可實現熱態噴涂，如圖4，大大縮短了高爐的檢修時間，降低成本。在爐身上部、爐身下部及爐腰、爐腹部位針對使用溫度不同及環境條件不一樣，使用不同的濕法噴涂料牌號。濕法遙控熱態噴涂可以達到8 t/h的噴注能力，噴涂后的新內襯經36～48 h的烘烤脫水后可投人使用，造襯后使用壽命在18個月以上。

表1　濕法噴涂料與干法噴涂料性能指標對比

圖4　濕法遙控噴涂示意圖

2.3爐底找平層澆注技術

高爐的爐底找平層是爐底水冷管上半圓區域耐火材料層，用于調節爐缸砌體的標高，是滿鋪碳磚砌筑的基礎。在3 200 m3的高爐大修中用碳素搗打料施工找平層大約72 h，而用泵送澆筑技術只需要12 h，節省了工期。同時爐底找平層澆注料在國內高爐的實績效果看，性能完全能夠達到并且超過碳素搗打料。爐底找平層澆注料以美國美固美特公司生產的Metpump牌系列產品為優，其性能特點如下：

（1）具有使用溫度高、蠕變率低和超高溫強度，同時耐熱沖擊性能突出，適用于高溫、高強度且熱負荷變化劇烈的區域。

（2）施工后在100℃以下即可完全脫水、脫水速度快，可以縮短甚至取消施工后的烘烤時間。

（3）導熱性能好。在20℃時導熱系數8～12 W/（m·K），比相同密度、未焙燒的生石墨搗打料高6倍。

（4）耐機械沖刷，耐化學侵蝕；自流性好，可泵送施工。

2.4爐缸整體澆注技術

爐缸整體澆注技術用于陶瓷杯已完全侵蝕，滿鋪碳磚及環碳部分殘留的高爐的內襯整體再造來代替原有的陶瓷杯。適用于中小型高爐內襯整體澆注及大型高爐的環碳及陶瓷杯壁澆注。此技術分為碳磚修復和支模澆注兩個階段實施，如圖5。爐底滿鋪碳磚，已完全侵蝕及破損的需重新砌筑，環碳小面積損壞區域采用高導熱自流澆注料修補，環碳大面積損壞區域或碳磚殘留≤800 mm用微孔小碳塊砌筑。鐵口和風口全澆注成型，不使用組合磚，如圖6，與爐缸砌體整體澆注。所用澆注料采用納米耐磨無水結合，以優質剛玉、SiC為主要原料，不添加水泥，具有良好的抗侵蝕、抗沖刷性能。

圖5　爐缸整體澆注施工圖

圖6　風口及陶瓷杯壁澆注圖

此技術具有如下優勢：采用的澆注料耐磨性、熱韌性好；整體澆注成型，與碳磚表面接觸良好，氣隙小，耐侵蝕性好；只需局部拆除損壞的碳磚修復，無需大量拆除碳磚重新砌筑，經濟性高；便捷的泵送澆注施工，防爆快干，周期短，可快速復產。目前國內只有少數幾家公司掌握此技術。

3　應用于熱風爐的新技術

應用于熱風爐的高效蓄熱體覆層技術較多，覆層技術是在蓄熱體表面蘸覆或噴涂一層具有高發射率的材料，使蓄熱體表面具有很強的熱輻射吸收和輻射能力，使輻射傳熱的效率提高。其技術原理是材料的吸收率與發射率保持平衡，熱風爐內工況下以輻射換熱為主，輻射傳熱量占85%以上，根據斯蒂芬-玻爾茲曼定律E=ε0C0（T/100）4，采用高輻射覆層技術后，基體表面發射率增大，輻射換熱量相應成倍增加。

常溫下蓄熱體的發射率一般為0.6～0.8，隨著溫度的升高，會大幅度下降，而高發射率覆層能一直保持較高的發射率0.9。蓄熱體覆層技術主要應用在球式熱風爐、格子磚式熱風爐的蓄熱體及拱頂。高效蓄熱體覆層技術的應用效果主要在宏觀上看，采用此技術的熱風爐熱量吞吐能力大，提高送風溫度，降低排煙溫度，使熱風爐的能耗降低，熱風爐的蓄熱體使用壽命延長。

4　應用于回轉窯的新技術

近幾年回轉窯設計窯徑越來越大，內襯多為復合窯襯，砌筑難點增多。采用頂杠法砌筑回轉窯內襯時，窯徑大于5 m支頂困難，易引起塌磚?；剞D窯砌磚機砌筑不用支頂、不用券胎、不用轉窯，砌筑質量可靠，見圖7、圖8。

圖7　回轉窯砌磚機實物圖

圖8　砌磚機實際應用圖

回轉窯砌磚機以0.4～0.6 MPa壓縮空氣為動力，在回轉窯底半圓砌筑完成后安裝在砌體上，操作人員站在機架上操作及上磚。砌磚機常用型號可砌筑窯徑在4～6.5 m的回轉窯，砌筑上半圓的速度在1 m/h以上，總體進度可達每天16～20 m，減輕人員勞動強度，提高回轉窯檢修效率。

5　應用于加熱爐的新技術

5.1多晶莫來石纖維貼塊技術

此技術是采用高溫粘結劑在加熱爐爐墻、爐頂工作層上粘貼一層具有抗熱震、高溫穩定、低導熱率、優良的耐蝕性的多晶莫來石纖維貼塊（見表2），提高加熱爐的各項熱工指標。適用于未進行蓄熱式改造的常規加熱爐，簡便易行，效果良好，能耗可降低約0.1 GJ/t鋼，缺點是使用一年后會出現15%左右的剝落。

5.2內襯覆層技術

加熱爐內襯覆層技術與熱風爐的蓄熱體覆層技術原理相同，通過覆層提高內襯表面的發射率，強化爐膛內的輻射換熱，達到鋼坯加熱爐均勻，爐殼溫度降低，噸鋼煤氣消耗降低，爐襯使用壽命延長。常規節能覆層的平均節能效果一般在10%以內，新型的納米SiC粉節能效果可達15%以上。

5.3納米微孔絕熱材料應用

納米微孔絕熱材料是一種采用氣相法氧化硅干粉無結合劑加壓成型制成的新型高溫隔熱材料，用其加工的納米微孔絕熱板已應用于加熱爐的爐底、爐墻隔熱保溫。納米微孔絕熱板使用溫度可達1 050℃，其最大特點是導熱系數極低，是加熱爐常用的NG120-0.6輕質粘土磚導熱系數的十分之一，是陶瓷纖維背襯板導熱系數的三分之一，導熱系數對比見圖9，具有很好的高溫絕熱保溫效果，應用前景廣闊。

圖9　納米微孔材料導熱系數對比圖

6　結語

鋼鐵行業的工業爐窯是工藝流程中的重要設備，通過工業爐窯檢修施工上的適用可行的新技術可以提高設備運行效率和檢修效率，節能降耗，提高生產力水平，創造經濟價值。

Introduction of New Technology Application in Iron and Steel Industrial Furnace Construction

ZHU Xiangguo
（Industrial Furnace Branch，Ansteel Construction Consortium Co.，Ltd，Anshan 114021，China）

A series of advanced mature new technologies in industrial furnace overhaul construction fields are introduced，such as the mechanical construction new technology and new equipment of industrial furnace lining repair demolition in iron and steel industry，the technology of hard pressed into the lining of blast furnace，the technology of wet spraying remote control and spraying，the technology of casting bottom leveling layer of blast furnace，the integral casting technology of hearth，the technology of heat storage layer in hot blast stove，the rotary kiln lining brick masonry technology，the polycrystalline mullite sticking technology used in the heating furnace，the heating furnace lining coating technology and nano porous thermal insulation material and so on.

industrial furnaces；construction new technology；blast furnace；heating furnace

表2　PMF1600型多晶莫來石纖維貼塊各項性能指標

TG307

B

1001-6988（2016）03-0065-04

2016-02-03

朱相國（1982—），男，工程師，主要從事工作爐窯的施工和技術管理工作.