高爐爐缸澆注修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

趙滿祥 賈國利 張海濱 趙瑞豐 張 勇

1.前言

首鋼股份公司2號(hào)高爐于2007年1月4日開爐投產(chǎn)，設(shè)計(jì)爐齡15年，隨著爐役期的增長爐缸侵蝕日益嚴(yán)重。累計(jì)導(dǎo)致5次停風(fēng)涼爐，16次堵風(fēng)口降低冶煉強(qiáng)度。長期頻繁的加鈦?zhàn)o(hù)爐對(duì)高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成嚴(yán)重影響，制約了鐵水產(chǎn)能的發(fā)揮和鐵水質(zhì)量的穩(wěn)定。

為了降低護(hù)爐成本，改善鐵水質(zhì)量，延長高爐壽命，首鋼股份公司在長期摸索，充分調(diào)研和可行性評(píng)估的基礎(chǔ)上，于2018年8月對(duì)2號(hào)高爐爐缸進(jìn)行了整體澆注修復(fù)，從根本上解決了爐缸存在的安全隱患，保障了高爐高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

2.爐缸修復(fù)前的準(zhǔn)備及放殘鐵操作

2.1 爐缸修復(fù)的迫切性及必要性

保障生產(chǎn)安全，改善鐵水質(zhì)量，提高鐵水產(chǎn)能。爐缸側(cè)壁水溫差長期居高不下是首鋼股份2號(hào)高爐生產(chǎn)存在的巨大安全隱患，主動(dòng)提前進(jìn)行爐缸整體澆注修復(fù)，不僅可消除惡性燒出事故隱患，而且可以避免加鈦?zhàn)o(hù)爐，保障鐵水質(zhì)量，降低高附加值品種鋼冶煉難度。此外，因爐缸安全隱患，首鋼股份2號(hào)高爐被迫下調(diào)高爐有效容積利用系數(shù)，每天產(chǎn)量損失500噸以上。進(jìn)行爐缸澆注修復(fù)是快速提升高爐產(chǎn)能的有力手段。

參考包鋼2200m3高爐、營口中板2350m3高爐、本鋼2600m3高爐分別于2017年5月、2017年12月、2018年2月進(jìn)行爐缸炭磚利舊整體澆注修復(fù)技術(shù)，以及墨西哥AHMSA 5號(hào)2200m3高爐（UCAR小塊炭磚爐缸）的成功經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，爐缸整體澆注技術(shù)目前已趨于成熟，修復(fù)效果可靠，國內(nèi)外均有大量的成功案例，進(jìn)行爐缸整體澆注修復(fù)，預(yù)計(jì)可延長高爐壽命3年以上，此外，近年來高頻度的環(huán)保限產(chǎn)也使得高爐檢修有相對(duì)充裕的時(shí)間。因而決定，對(duì)高爐爐缸進(jìn)行碳磚利舊整體澆注修復(fù)。

2.2 爐缸侵蝕測算及放殘鐵準(zhǔn)備

爐缸侵蝕計(jì)算采用了傅立葉導(dǎo)熱公式和拉姆熱工公式兩種方法，計(jì)算結(jié)果較為接近，利用傅立葉導(dǎo)熱公式計(jì)算的最大侵蝕面標(biāo)高為7.045m，陶瓷墊殘余厚度為0.345m，而用拉姆熱工公式計(jì)算的相應(yīng)數(shù)據(jù)分別為7.186m和0.486m。在侵蝕測算的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場管道、線路設(shè)置情況，將殘鐵口方位最終選擇在二段冷卻壁9號(hào)水箱，并進(jìn)一步結(jié)合爐皮溫度方式將殘鐵口確定在標(biāo)高6.9m位置。

根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境和條件，為了增大殘鐵溝角度，以利于渣鐵流動(dòng)，最終確定設(shè)置殘鐵坑的方式處理殘鐵。其中主殘鐵溝長度26m，坡度為7°，殘鐵坑上方的殘鐵溝長度為30m，標(biāo)高有3.7m-0.1m，坡度亦為7°，并設(shè)置支溝嘴9個(gè)，間距3m。因時(shí)值雨季，殘鐵坑采取了設(shè)置擋水墻，鋪墊搗打料等防水措施。

2.3 放殘鐵操作

2018年7月31日，首鋼股份2號(hào)高爐降料面停爐后，進(jìn)行了放殘鐵操作。放殘鐵前爐皮實(shí)際切割面積寬700mm×高800mm。爐皮切割、摘水箱后測露出的碳磚表面溫度為245℃。遂使用φ45mm鉆頭，2m釬桿開口，鉆1m深后改φ50mm鉆頭擴(kuò)徑，鉆到接近1.4m左右鉆不動(dòng)，遂用12m長氧氣管燒殘鐵口至鐵水流出，放殘鐵過程歷時(shí)100min，共放殘鐵約400t。從降完料面開始改水管至放完殘鐵共歷時(shí)21.6小時(shí)（見表1）。

之后的爐缸清理表明，爐底最大侵蝕面標(biāo)高與計(jì)算值偏差較大，主要原因是陶瓷墊第二層間隙滲鐵嚴(yán)重，導(dǎo)致第二層陶瓷墊的熱導(dǎo)率升高。但殘鐵口標(biāo)高的選擇考慮到了爐皮溫度拐點(diǎn)，總體比較準(zhǔn)確。此外，因殘鐵口附近空間狹窄，操作環(huán)境惡劣，殘鐵口被焦炭卡塞后人員難以靠近疏通，導(dǎo)致部分殘鐵滯留爐內(nèi)，增加了爐缸清理難度。

2.4 涼爐及爐缸清理

制作涼爐打水管10根，規(guī)格?45×6×7000mm（打孔區(qū)域長度1000mm，孔徑?5，孔間距35mm，共開3排孔，約85個(gè)孔）。打水管進(jìn)水端焊接1個(gè)DN40單絲頭，與風(fēng)口進(jìn)水金屬軟管連接，利用風(fēng)口電磁流量計(jì)顯示打水量，累計(jì)流量數(shù)據(jù)顯示到煤水操作室。打水過程中，采用間歇式打水方式，在保證涼爐的前提下最大程度的保護(hù)碳磚。涼爐過程共計(jì)打水1500t。

為了最大限度保護(hù)爐內(nèi)殘留碳磚砌體，保證爐殼整體強(qiáng)度，此次爐缸修復(fù)未切割爐殼“開大門”，因而爐缸清理出的殘?jiān)F和殘磚廢料主要由風(fēng)口和爐頂大方人孔運(yùn)出。由風(fēng)口出料共510噸，由爐頂大方入孔出料2573噸。爐缸清理采用了人工，鉤機(jī)及重錘破碎等多種方式。

爐缸清理標(biāo)準(zhǔn)及澆注前準(zhǔn)備工作：清理脆化失效以及可能的環(huán)裂表層碳磚，并將碳磚表面清理干凈，以堅(jiān)固的碳磚作為澆注基準(zhǔn)面；吹掃爐缸及風(fēng)口區(qū)域殘襯界面，碳磚界面噴涂防氧化粘接劑，防止碳磚界面在烘烤過程中接觸水蒸氣氧化，同時(shí)增加碳磚與澆注料的結(jié)合性。

3.爐缸澆注

爐缸澆注整體采用耐侵蝕性能較好的MP10澆注料，該澆注料以剛玉及碳化硅為主要原料，以硅溶膠為結(jié)合劑采取泵送澆注工藝，具有高溫耐壓強(qiáng)度高，抗渣鐵侵蝕性能好、抗沖刷等優(yōu)點(diǎn)。

具體爐缸澆注修復(fù)施工內(nèi)容：通過澆注恢復(fù)兩層爐底共計(jì)1m，死鐵層厚度增加至2.5m；鐵口中心線以下非鐵口區(qū)域加厚150mm-1293mm，高度2200mm； 鐵口區(qū)域較原碳磚厚度增加500mm，澆注厚度為2214mm，高度3700mm；鐵口以上非鐵口區(qū)域，整體加厚80mm-1223mm；風(fēng)口區(qū)域澆注厚度較原砌磚厚度減薄80mm，澆注料直段上沿距離大套上沿180mm；鐵口通道用φ220mm的圓盤磨銑，預(yù)埋φ89mm圓鐵管，再用爐缸澆注料整體澆注；殘鐵口通道清理殘余渣鐵后用爐缸澆注料整體澆注（見圖1）。

本次爐缸澆注修復(fù)后爐缸內(nèi)型總體變化為爐缸直徑累計(jì)支模7次 ，澆注8次，累計(jì)耗用澆注料759噸，耗時(shí)225小時(shí) （9.4天）。完成澆注后，風(fēng)口帶上沿因澆注產(chǎn)生的錯(cuò)臺(tái)采用噴涂方式形成倒角，使整個(gè)澆注面形成平滑過渡。澆注完成后爐缸內(nèi)型總體變化趨勢為直徑縮小，死鐵層加深，以及鐵口區(qū)域加厚。

4.爐缸澆注后高爐恢復(fù)情況

在完成爐缸澆注修復(fù)后，首鋼股份2號(hào)高爐進(jìn)行了爐體噴涂造襯，烘爐過程為兼顧爐缸澆注料及爐體噴涂料性能特點(diǎn)，將原烘爐曲線中升溫段的升溫速率由60℃/h調(diào)整為37.5℃/h，以防止升溫速率過快導(dǎo)致上部噴涂料爆裂脫落。本次烘爐共計(jì)耗時(shí)80h。

表1 首鋼股份2號(hào)高爐放殘鐵操作流程及耗時(shí)情況比較

為了有利于烘爐期間爐缸澆筑料水分的排出，在爐缸1段水箱爐殼北側(cè)、西南側(cè)，各設(shè)置了一個(gè)排水孔（利舊灌漿孔），烘爐期間有少量滴水，處于安全考慮烘爐結(jié)束后將該排水孔封閉。

由于工期緊，烘爐時(shí)間相對(duì)較短，以及排水孔設(shè)置少，關(guān)閉早，導(dǎo)致開爐初期爐門出現(xiàn)較嚴(yán)重的噴濺現(xiàn)象，部分風(fēng)口與中缸之間也出現(xiàn)滲水。開爐兩周后上述現(xiàn)象才逐漸消失。

首鋼股份2號(hào)高爐開爐至今，爐門深度較澆注前更易維護(hù)，打泥量較澆注前下降15%-20%。據(jù)推測應(yīng)與爐門區(qū)域澆注厚度較原碳磚砌筑厚度增加有關(guān)（增加500mm）。

澆注修復(fù)后的爐內(nèi)冶煉強(qiáng)化過程比較順利，首鋼股份公司鐵前技術(shù)人員在較短時(shí)間內(nèi)摸索出適應(yīng)新爐型的高爐基本操作制度以及爐前出鐵制度。目前首鋼股份2號(hào)高爐的焦炭負(fù)荷、鐵水產(chǎn)量逐月穩(wěn)步提升，接近該高爐的歷史最好水平（見圖2、圖3）。

圖1 爐缸澆注修復(fù)剖面圖與俯視圖

圖2 爐缸澆注前后高爐利用系數(shù)變化 t/(m3·d)

圖3 爐缸澆注前后高爐焦比變化 kg/t

5.結(jié)語

首鋼股份公司2號(hào)高爐爐缸澆注修復(fù)施工是首鋼股份公司成立以來首次高爐放殘鐵操作，也是首鋼集團(tuán)首次以澆注的方式進(jìn)行爐缸修復(fù)，本次檢修施工共歷時(shí)46天，根據(jù)目前該高爐生產(chǎn)情況和爐缸溫度情況評(píng)判此次爐缸修復(fù)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。爐缸側(cè)壁溫度總體低于修復(fù)前水平，且平穩(wěn)可控。高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷提升，接近該高爐歷史最好水平。本次爐缸澆注修復(fù)的主要經(jīng)驗(yàn)有：

（1）高效、安全、徹底的放殘鐵操作以及爐缸清理工作是爐缸澆注修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要前提，也是總工期計(jì)劃兌現(xiàn)率的有力保障，必須結(jié)合高爐實(shí)際情況制定周密細(xì)致的專項(xiàng)方案和相關(guān)預(yù)案，并反復(fù)測算評(píng)估，確保檢修順利進(jìn)行。

（2）實(shí)踐證明澆注過程對(duì)爐型適當(dāng)?shù)暮侠硇拚强尚械?，尤其是?duì)爐門區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)修正可起到抑制爐缸侵蝕，強(qiáng)化爐門維護(hù)的作用。

（3）澆注后的烘爐及爐底排水工作至關(guān)重要，決定著澆注質(zhì)量并影響開爐恢復(fù)進(jìn)程，須兼顧各部位不同耐材的烘烤需求、統(tǒng)籌平衡好安全、工期與質(zhì)量等多方面關(guān)系。

（4）爐缸澆注修復(fù)改變了原有爐缸內(nèi)型及耐材材質(zhì)，需根據(jù)實(shí)際情況重新建立爐缸侵蝕預(yù)測模型，并制定完善相應(yīng)的爐缸維護(hù)策略。