鋼鐵工業(yè)爐窯施工應(yīng)用新技術(shù)介紹

朱相國(guó)

（鞍鋼建設(shè)集團(tuán)有限公司工業(yè)爐分公司，遼寧鞍山114021）

鋼鐵工業(yè)爐窯施工應(yīng)用新技術(shù)介紹

朱相國(guó)

（鞍鋼建設(shè)集團(tuán)有限公司工業(yè)爐分公司，遼寧鞍山114021）

介紹了鋼鐵行業(yè)工業(yè)爐窯檢修的內(nèi)襯拆除機(jī)械化施工新技術(shù)和新設(shè)備、應(yīng)用于高爐的硬質(zhì)壓人造襯技術(shù)、濕法遙控噴涂造襯技術(shù)、高爐爐底找平層澆注技術(shù)、爐缸整體澆注技術(shù)、熱風(fēng)爐蓄熱體覆層技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯砌磚機(jī)砌筑技術(shù)、應(yīng)用于加熱爐的多晶莫來(lái)石貼塊技術(shù)、以及爐襯覆層技術(shù)及納米微孔絕熱材料等一批工業(yè)爐窯檢修施工領(lǐng)域已成熟的前沿技術(shù)。

工業(yè)爐窯；施工新技術(shù)；高爐；加熱爐

隨著鋼鐵工業(yè)的行業(yè)發(fā)展和技術(shù)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)、新設(shè)備，它們的使用使?fàn)t窯檢修效率成倍提高，檢修周期及成本降低，同時(shí)節(jié)省爐窯的檢修時(shí)間，值得我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。

1　爐窯內(nèi)襯拆除機(jī)械化施工新技術(shù)

1.1大型高爐內(nèi)襯采用挖掘機(jī)入爐拆除技術(shù)

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(shí)拆除爐襯耐材量在2 000 t以上，同時(shí)還有殘鐵及殘料。為實(shí)現(xiàn)快速拆除高爐爐襯，在風(fēng)口平臺(tái)高度搭設(shè)一個(gè)載荷為300 kN/m2的鋼平臺(tái)，并在對(duì)應(yīng)位置上開爐體大門，如圖1所示，將挖掘機(jī)吊到鋼平臺(tái)上由大門處開始人爐拆除作業(yè)，同時(shí)在爐體對(duì)稱位置還需打通一道外排廢物大門，也作為人爐挖掘機(jī)的出口。在24 h作業(yè)的條件下，一座3 200 m3高爐內(nèi)襯5～6 d可拆除清理完成。為保障挖掘機(jī)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(shù)，將殘鐵量降到最低，在拆除過(guò)程中遇到堅(jiān)硬熔結(jié)層采用微差爆破拆除。

1.2拆爐機(jī)的使用

拆爐機(jī)主要用于轉(zhuǎn)爐、鋼包、鐵水罐、鐵鉤等的內(nèi)襯磚拆除，效率高，連續(xù)作業(yè)，適合作業(yè)環(huán)境好的施工現(xiàn)場(chǎng)，可拆除堅(jiān)硬的內(nèi)襯，還可用于鉆孔作業(yè)。拆爐機(jī)主臂俯角和仰角大，可360。旋轉(zhuǎn)，伸縮臂可根據(jù)施工環(huán)境任意伸縮。

圖1　挖掘機(jī)拆除高爐內(nèi)襯示意圖

圖2　拆爐機(jī)實(shí)物圖

1.3拆除機(jī)器人

拆除機(jī)器人具有靈活性高、體積小、可遙控操作，電驅(qū)動(dòng)可在高溫高粉塵環(huán)境下使用等特點(diǎn)，適用于作業(yè)面狹窄，安全風(fēng)險(xiǎn)高的工業(yè)爐窯內(nèi)襯拆除環(huán)境。主要適用于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯拆除。

回轉(zhuǎn)窯在停窯冷卻到100℃左右，拆除機(jī)器人可進(jìn)人拆除，人員可無(wú)線遙控操作，安全性高，見圖3。拆除磚內(nèi)襯回轉(zhuǎn)窯速度可以達(dá)到12 m/h，還可快速換成鏟斗進(jìn)行清運(yùn)作業(yè)。

圖3　機(jī)器人拆除回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯作業(yè)圖

2　應(yīng)用于高爐的新技術(shù)

高爐上應(yīng)用的新技術(shù)主要圍繞高爐長(zhǎng)壽和快速檢修展開的。確保高爐長(zhǎng)壽命運(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)。

2.1爐襯厚度檢測(cè)+硬質(zhì)壓入造襯技術(shù)

采用硬質(zhì)壓人造襯技術(shù)要首先確定爐襯厚度在臨界范圍內(nèi)或者出現(xiàn)爐皮紅現(xiàn)象的區(qū)域才可施行。采用超聲波、激光等直接測(cè)量高爐內(nèi)襯厚度方法結(jié)合熱電偶法對(duì)高爐內(nèi)襯進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定評(píng)估，然后對(duì)內(nèi)襯薄的部位進(jìn)行硬質(zhì)壓人造襯，使高爐內(nèi)襯保持一定厚度，確保高爐安全生產(chǎn)，避免爐襯燒穿等重大事故。高爐硬質(zhì)壓人是高爐爐襯熱態(tài)維護(hù)技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)評(píng)估定期壓人，可以維持穩(wěn)定的高爐爐襯厚度。該技術(shù)的基本原理是利用高爐休風(fēng)時(shí)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(shè)備，高壓設(shè)備將硬質(zhì)壓人料等壓人爐內(nèi)并擴(kuò)展，硬質(zhì)壓人料受專用硬化劑及爐溫作用后迅速硬化，并與爐內(nèi)材料結(jié)合形成新的復(fù)合爐襯。

硬質(zhì)壓人技術(shù)區(qū)別于壓力灌漿，壓力灌漿和硬質(zhì)壓人都有配套的專用料，硬質(zhì)壓人造襯用料量較多。硬質(zhì)壓人料采用的是以有機(jī)物與陶瓷為結(jié)合相的無(wú)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(gè)月。硬質(zhì)壓人造襯技術(shù)是一項(xiàng)集壓人材料、壓人設(shè)備及壓人施工為一體的綜合應(yīng)用技術(shù)。

2.2濕法遙控噴涂技術(shù)

濕法噴涂技術(shù)與干法噴涂的區(qū)別：

（1）干法噴涂水料在噴槍嘴內(nèi)混合，加水量10%以上；濕法噴涂水料在給料器加水?dāng)嚢韬?，加水量不大?%。

（2）濕法噴涂料性能指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)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(zhǎng)。

（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(dá)10 mm，噴涂后強(qiáng)度及外觀達(dá)到支模澆注水平；干法噴涂顆粒不超過(guò)5 mm，不利于材料結(jié)構(gòu)性能的發(fā)揮。

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

濕法遙控噴涂造襯技術(shù)集專用設(shè)備、專用材料于一身，可實(shí)現(xiàn)熱態(tài)噴涂，如圖4，大大縮短了高爐的檢修時(shí)間，降低成本。在爐身上部、爐身下部及爐腰、爐腹部位針對(duì)使用溫度不同及環(huán)境條件不一樣，使用不同的濕法噴涂料牌號(hào)。濕法遙控?zé)釕B(tài)噴涂可以達(dá)到8 t/h的噴注能力，噴涂后的新內(nèi)襯經(jīng)36～48 h的烘烤脫水后可投人使用，造襯后使用壽命在18個(gè)月以上。

表1　濕法噴涂料與干法噴涂料性能指標(biāo)對(duì)比

圖4　濕法遙控噴涂示意圖

2.3爐底找平層澆注技術(shù)

高爐的爐底找平層是爐底水冷管上半圓區(qū)域耐火材料層，用于調(diào)節(jié)爐缸砌體的標(biāo)高，是滿鋪碳磚砌筑的基礎(chǔ)。在3 200 m3的高爐大修中用碳素?fù)v打料施工找平層大約72 h，而用泵送澆筑技術(shù)只需要12 h，節(jié)省了工期。同時(shí)爐底找平層澆注料在國(guó)內(nèi)高爐的實(shí)績(jī)效果看，性能完全能夠達(dá)到并且超過(guò)碳素?fù)v打料。爐底找平層澆注料以美國(guó)美固美特公司生產(chǎn)的Metpump牌系列產(chǎn)品為優(yōu)，其性能特點(diǎn)如下：

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

（3）導(dǎo)熱性能好。在20℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)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(jī)械沖刷，耐化學(xué)侵蝕；自流性好，可泵送施工。

2.4爐缸整體澆注技術(shù)

爐缸整體澆注技術(shù)用于陶瓷杯已完全侵蝕，滿鋪碳磚及環(huán)碳部分殘留的高爐的內(nèi)襯整體再造來(lái)代替原有的陶瓷杯。適用于中小型高爐內(nèi)襯整體澆注及大型高爐的環(huán)碳及陶瓷杯壁澆注。此技術(shù)分為碳磚修復(fù)和支模澆注兩個(gè)階段實(shí)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(huán)碳小面積損壞區(qū)域采用高導(dǎo)熱自流澆注料修補(bǔ)，環(huán)碳大面積損壞區(qū)域或碳磚殘留≤800 mm用微孔小碳?jí)K砌筑。鐵口和風(fēng)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(wú)水結(jié)合，以優(yōu)質(zhì)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(fēng)口及陶瓷杯壁澆注圖

此技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：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(fù)，無(wú)需大量拆除碳磚重新砌筑，經(jīng)濟(jì)性高；便捷的泵送澆注施工，防爆快干，周期短，可快速?gòu)?fù)產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家公司掌握此技術(shù)。

3　應(yīng)用于熱風(fēng)爐的新技術(shù)

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

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

4　應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯的新技術(shù)

近幾年回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)窯徑越來(lái)越大，內(nèi)襯多為復(fù)合窯襯，砌筑難點(diǎn)增多。采用頂杠法砌筑回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯時(shí)，窯徑大于5 m支頂困難，易引起塌磚。回轉(zhuǎn)窯砌磚機(jī)砌筑不用支頂、不用券胎、不用轉(zhuǎn)窯，砌筑質(zhì)量可靠，見圖7、圖8。

圖7　回轉(zhuǎn)窯砌磚機(jī)實(shí)物圖

圖8　砌磚機(jī)實(shí)際應(yīng)用圖

回轉(zhuǎn)窯砌磚機(jī)以0.4～0.6 MPa壓縮空氣為動(dòng)力，在回轉(zhuǎn)窯底半圓砌筑完成后安裝在砌體上，操作人員站在機(jī)架上操作及上磚。砌磚機(jī)常用型號(hào)可砌筑窯徑在4～6.5 m的回轉(zhuǎn)窯，砌筑上半圓的速度在1 m/h以上，總體進(jìn)度可達(dá)每天16～20 m，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高回轉(zhuǎn)窯檢修效率。

5　應(yīng)用于加熱爐的新技術(shù)

5.1多晶莫來(lái)石纖維貼塊技術(shù)

此技術(shù)是采用高溫粘結(jié)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(wěn)定、低導(dǎo)熱率、優(yōu)良的耐蝕性的多晶莫來(lái)石纖維貼塊（見表2），提高加熱爐的各項(xiàng)熱工指標(biāo)。適用于未進(jìn)行蓄熱式改造的常規(guī)加熱爐，簡(jiǎn)便易行，效果良好，能耗可降低約0.1 GJ/t鋼，缺點(diǎn)是使用一年后會(huì)出現(xiàn)15%左右的剝落。

5.2內(nèi)襯覆層技術(shù)

加熱爐內(nèi)襯覆層技術(shù)與熱風(fēng)爐的蓄熱體覆層技術(shù)原理相同，通過(guò)覆層提高內(nèi)襯表面的發(fā)射率，強(qiáng)化爐膛內(nèi)的輻射換熱，達(dá)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(zhǎng)。常規(guī)節(jié)能覆層的平均節(jié)能效果一般在10%以內(nèi)，新型的納米SiC粉節(jié)能效果可達(dá)15%以上。

5.3納米微孔絕熱材料應(yīng)用

納米微孔絕熱材料是一種采用氣相法氧化硅干粉無(wú)結(jié)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(yīng)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(dá)1 050℃，其最大特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)極低，是加熱爐常用的NG120-0.6輕質(zhì)粘土磚導(dǎo)熱系數(shù)的十分之一，是陶瓷纖維背襯板導(dǎo)熱系數(shù)的三分之一，導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比見圖9，具有很好的高溫絕熱保溫效果，應(yīng)用前景廣闊。

圖9　納米微孔材料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比圖

6　結(jié)語(yǔ)

鋼鐵行業(yè)的工業(yè)爐窯是工藝流程中的重要設(shè)備，通過(guò)工業(yè)爐窯檢修施工上的適用可行的新技術(shù)可以提高設(shè)備運(yùn)行效率和檢修效率，節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)力水平，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)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(lái)石纖維貼塊各項(xiàng)性能指標(biāo)

TG307

B

1001-6988（2016）03-0065-04

2016-02-03

朱相國(guó)（1982—），男，工程師，主要從事工作爐窯的施工和技術(shù)管理工作.