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高炉炉衬用压入法和喷补法维修技术的发展

高炉炉衬在保证高炉正常运行及实现高炉长寿方面发挥着重要作用。长期以来,为了保证开炉以后高炉的正常生产和寿命,降低高炉的运行成本,国内外的高炉工作者围绕高炉内衬的维修不断进行研究、开发和实践,取得了显著的成效。目前,砌砖法、压入法和喷补法是高炉炉衬维护的主要方法。 
压入料材质使用部位硬质碳化硅-炭质高铝质炭质高炉炉身、炉腰、炉腹炉壳与炉衬的间隙高炉鼓风口耐火衬与炉壳的间隙冷却壁与炉壳的间隙炉缸、出铁/渣口炉壳与耐火材料的间隙压入法能在不降料线的情况下,通过炉壳上钻孔或利用现存孔,借助压入设备将浆状耐火材料压入高炉炉墙内壁,使之固化、烧结与炉墙内侧炉衬或冷却壁牢牢粘结的一种炉衬维护工艺。所以,压入法是一种简单易行、经济可靠、快速、有效修补局部损坏炉衬的方法。压入法应依据维修部位选择匹配的压入料种类,见表1所示。 
压入法在国外已作为一种实现高炉长寿的重要措施,日本及欧洲的一些国家已在几十座高炉上采用了定期压入修补的技术,大幅度地延长了高炉的寿命。日本早在上世纪60年代就开始研究对高炉炉身、炉腹部位进行压入法修补,仅一年便获得成功并推广应用,1989年,日本高炉开始使用硬质料压浆。美国、英国、韩国也相继对高炉进行了压入法维护。法国TRB公司对压入料进行了改进,实现了压入料的快速固化,最后固化在残存炉衬或冷却壁上。 
目前,压入法用耐火材料主要有水性结合材料和以酚醛树脂为结合剂的材料。水性结合材料在修补温度较高炉衬时,水分迅速蒸发,导致修补层容易发泡脱落、不致密、易剥落,在中小高炉上可以取得较好的效果;以酚醛树脂为结合剂的压入料,多由矾土、焦宝石、碳素等组成,适用于高温状态下的在线修补,多用于对大型高炉的修补。 
高炉喷补法经历了炉外人工喷补、炉外人工喷补到现在最先进的自动遥控喷补。自动遥控喷补技术是指在高炉不停炉、正常休风的状态下对露出的炉墙进行喷补造衬,它具有如下优点: 
(1)充分利用了原有耐火材料,降低了耐火材料的消耗; 
(2)作业时间短,避免了高炉停炉造成的能量消耗,并提高了高炉作业率; 
(3)喷补范围大,能兼顾高炉各个区域; 
(4)利于高炉炉型维持、炉料及煤气流分布改善,提高煤气利用率。 
自动遥控喷补能实现在降低料线时对露出的炉墙进行修补,特别是高炉上部无料部位的修补,必要时可将料线降至风口以下,对整个炉墙进行喷补维修,喷补法是一种快速高效的维修方法,而且对冷却式高炉更具有优越性。 
在高炉喷补技术的开始推广应用阶段,主要有干喷法和潮喷法两种工艺。干喷法是用压缩空气将由散状耐火喷补料、结合剂和添加剂等配制成的干混料,通过罐式喷射机送至喷枪出口端附件的水环孔眼处与水混合,然后喷到需喷补处,其工艺装置如图1所示。 
干喷法中水与干混料是在喷补处开始混合,因此混合不均匀,由此引起了加水量由喷枪手控制决定、无法添加并发挥高效减水剂的作用、反弹率大及造衬厚度薄等一系列无法克服的弊端。为了克服以上不足,半干法喷补技术应运而生。半干法用压缩空气将预混合一定量的散料水通过转子式喷射机送至喷枪出口附近的水环孔处,再与水及添加剂混合,然后喷射到需修补部位。该法避免的了大量粉尘的产生,在一定程度上降低了反弹率。然而,潮喷法却不能从根本上提高喷补造衬的整体性能。因此,一种更先进的湿法喷补(喷注)工艺在1998年由美国MINTEQ公司研发成功。这种工艺也是现在国际上流行的最新高炉喷补工艺。 
湿法喷补工艺是预先将耐火混合料,包括所有的粗、中、细颗粒和结合剂与水混合成浆料,由泵通过输送管道将浆料输送到喷补机的喷嘴,然后在喷嘴处加入促凝剂,再借助高压空气通过喷嘴把浆料喷射到需要喷补的高炉内衬区域表面。其施工装置如图2所示。 
湿法喷补与干喷和潮喷相比,具有反弹率低、粉尘少、保持颗粒级配不改变、使喷补料品质稳定,施工质量和效率高,正逐渐成为当前大中型高炉在线热态修补的主流工艺。为了保证施工性能及维修的效果,很多大型钢铁企业在进行高炉修补时还是选择性能稳定、可靠的进口材料。目前,国内市场上常用的进口喷注料主要有美国珉泰克公司和美固美特公司。 
美国珉泰克公司喷注料的技术特点是“喷射浇注+瞬间凝固技术”。喷注料是可喷射的浇注料,克服了浇注料在使用过程中需要振动成型和对模具的要求及施工时间长等缺点,是一种性能优越的新一代高炉维护材料。 
美国美固美特公司的喷注料系列也以其优异的性能得到了国内大客户的认可。美固美特公司喷注料的核心在于采用溶胶作为结合剂,并引入特殊的速凝剂,使在应用点上,喷注料很快地粘合到包括耐火材料及金属在内的所有基体上,这样可以将反弹废料限制在5%以下。该系列喷注料允许通过人工或机械方法应用于高温基体上,干燥时间短而使停炉时间短。 
随着热态修补技术的推广应用及国外维护用耐火材料在中国的火爆价格,国内从事高炉维护用耐火材料生产的厂家也日益增加。北京联合荣大公司通过大量的模拟试验及现场应用,不仅全面掌握热态修补技术,更发现和改进其所存在的缺陷;同时开发了系列喷注料。


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