[科普中国]-高炉喷补

简介

喷补技术多种多样，有从炉壳开孔喷压不定型料，有休风降料线喷补，有加挡泥钢板或加冷却器喷补等。降料线喷补可以是人工操纵手动喷枪喷补，也可以是用机械手伸入炉内将喷枪对准喷补面进行遥控喷补。美国高炉采用炉壳钻孔，从外面喷压稠度合适的浇注料，每小时喷补十几个相隔1m的孔。中国柳州钢铁厂在1985年首次采用压力灌浆的方法修补炉身取得良好效果，已在中小高炉上推广。中国宝钢1号高炉用17.4～19. 0MPa的高压泵将黏稠的硬质浆料压入炉身下部钢壳红热处的炉内，形成200mm左右的耐火材料层也取得良好效果。当炉内砖衬与冷却器损坏十分严重时，为提高喷补效果，可用加柱状或针状冷却器，或安装用冷却水管弯制的小形水冷盘以加强喷补料的支撑和固结和冷却。日本新日铁、住友等公司所属各厂的高炉常采用休风空料线，在炉内喷补300～400mm。80年代中期英国开发了遥控喷补技术，并在斯肯索普厂维多利亚女王号等高炉上喷补炉身内衬，取得相当好的效果。中国鞍山钢铁公司、首都钢铁公司在1993400mm的无缝炉衬;宝山钢铁(集团)公司还利用激光测厚仪和遥控喷枪联合操作对炉喉钢砖下砖衬进行喷补，使炉喉内型保持规则完整，为高炉持续高产，改善技术经济指标创造了条件。1

高炉在使用一段时间后，由于炉内热冲击、侵蚀、磨损和氧化剥落等原因，会造成炉内耐火材料层减薄，出现炉壳发红现象，造成炉型发生变化和影响炉内气、热、料的合理分布，进而影响高炉生产。此时就需要进行炉墙维修，高炉炉墙的修补方法有三种：

（1）砌砖法。我国高炉在1980年以前主要采用砌砖法，即中修实现换冷却壁和砖衬，由工人进入高炉内由下至上砌筑炉衬，其缺点是周期长、工作量大、停产时间长、工作条件恶劣。

（2）硬质料压入法。一般在不降料线的情况下采用硬质料压入技术修补增厚高炉炉身中、下部炉，这是一种快速有效修补局部炉墙的方法，但硬质料压入仅适用高炉中下部有料的部位，并不适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补。

（3）喷补造衬法。一般是在降低料线的情况下对露出的炉墙进行喷补造衬，特别适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补，必要时料线可降到风口以下，对整个炉墙进行喷补造衬，喷补造衬是一种大面积快速修补高炉炉墙的方法，而且喷补造衬对冷却壁式高炉更具有其优越性。

国内外1980年以后的大中型高炉的中修基本上是用硬质料压入造衬和喷补造衬代替了传统的砌砖。2

钢铁工业中高炉是主要的生产设备,提高高炉的寿命不仅可以节省大量的大修费用,改善高炉指标,增加生铁产量,而且可以充分发挥高炉前后工序的设备能力,提高整个企业的经济效益。因此,高炉长寿化越来越引起国内外钢铁界的重视,成为了当今世界钢铁工业发达国家的一个主攻方向。3

高炉长寿维修方法及其发展历程高炉在使用一段时间后,由于炉内热冲击、侵蚀、磨损和氧化剥落等原因,会造成炉内耐火材料层减薄,出现炉壳发红现象,造成炉型发生变化和影响炉内气、热、料的合理分布,进而影响高炉生产。此时就需要进行炉墙维修,高炉炉墙的修补方法有3种:一是砌砖法,我国高炉在1980年代以前主要采用砌砖法,即中修实现换冷却壁和砖衬,由工人进入高炉内由下至上砌筑炉衬,其缺点是周期长、工作量大、停产时间长、工作条件恶劣;二是硬质料压入法,一般在不降料线的情况下采用硬质料压入技术修补增厚高炉炉身中、下部炉墙,这是一种快速有效修补局部炉墙的方法,但硬质料压入仅适用高炉中下部有料的部位,并不适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补;三是喷补造衬,一般是在降低料线的情况下对露出的炉墙进行喷补造衬,特别适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补,必要时料线可降到风口以下,对整个炉墙进行喷补造衬,喷补造衬是一种大面积快速修补高炉炉墙的方法,而且喷补造衬对冷却壁式高炉更具有其优越性。国内外1980年代以后的大中型高炉的中修基本上是用硬质料压入造衬和喷补造衬代替了传统的砌砖。3

高炉喷补装置简述世界上在高炉喷补技术领域领先的国家主要有美国、英国、日本,近20年来,在我国也已逐步推广应用。美国MINTEQ公司的干式喷补装置采用料斗+压力罐+侧出料式拨料盘供料器结构,工作时双机并联、由电控切换阀控制轮流压送以连续输出物料,该机型结构复杂、工作可靠,但双机切换时部分操作为手动操控,两机过渡时不好把握,超前更替会造成排余气时粉尘大,滞后则流量波动大,不便于操控。在一个压送周期T中,要使压送系数K尽量大(K= T1/T),其中T1为流量稳定时段,T为一个压送周期,就要加大一次装料量。因此,MINTEQ公司的压送罐尺寸较大(一次装料约2 t)。其最大喷补流量可达20 t/h,在其中间稳定输出时段,流量波动很小,因而喷补层性能较高。英国MORGAN公司的潮式喷补装置采用转子式喷射机的供料器结构,结构紧凑简单,但出料流量脉动性较大。国内于1990年代初开始了高炉热态喷补装置的研究和试制工作,先后有多项专利产生,并进行了一些实际应用,虽尚未形成规模应用,但为进一步的开发和应用积累了一定的经验。

国外新型高炉湿式喷补装置由湿式搅拌与压浆系统、结合剂与促凝剂添加调节系统、喷补机、悬挂系统、电控操作系统、气动系统、管道输送系统等组成。

湿喷法与干喷法和潮喷法的不同之处在于必须预先按一定比例将耐火混合料(含粗、中、细颗粒耐火材料和结合剂等)与水混合搅拌成可输送的浆料,浆料由压送泵压入输送管道。完成上述功能的系统称为搅拌与压浆系统。美国MINTEQ公司的压送泵采用液压驱动、双缸轮换压送,由S管阀完成切换,工作可靠,寿命长。此外,袋装耐火粉料必须定量加一定比例的水和结合剂方可搅拌,在喷补机的喷枪头部还需定量添加促凝剂。

喷补机与悬挂系统则采用有线遥控操纵系统进行控制,能实现喷补机在高炉内的准确控制和定位,在实际应用中既方便大面积喷补又能准确地进行局部喷缝或补凹坑的施工,从而完善和拓展了高炉喷补机的使用范围。喷补机要求耐高温,能在高温环境下长时间运转,并要求用有线遥控进行无级变速、上下运动、正反旋转以及在任何位置进行任意摆幅的摆动。3

高炉喷补技术的发展现状和最新进展高炉喷补施工主要有干喷法和潮喷法两种。干喷法是将由散状耐火喷补料(骨料加粉料)、结合剂和添加剂等配制成的干混合料,用压缩空气通过罐式喷射机送至喷枪出口端附近的水环孔眼处与水混合,然后喷射到需修补的高炉内衬表面。潮喷法是将散状耐火喷衬料预混合一定量的水,用压缩空气通过转子式喷射机送至喷枪出口端附近的水环孔眼处再与水及添加剂混合,然后喷射到需修补的高炉内衬表面,例如宝钢研制开发的第一代高炉喷补装置采用的就是潮喷法,并喷补了原宝钢1号高炉数次,效果良好。宝钢与长沙矿山研究院合作开发的第三代高炉热态遥控喷补装置,既可进行干喷,又可进行潮喷,兼容了两种装置的特点。

国际上高炉喷补施工最新的方法是湿喷法。湿喷法是预先将耐火混合料(含粗、中、细颗粒耐火材料和结合剂等)与水混合搅拌成浆料,由压送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,再借助于高压空气通过喷嘴把混合浆料喷射到需修补的高炉内衬表面。湿喷法与干喷法、潮喷法相比具有以下优越性:

(1)喷射时反弹回弹少,一般干喷法回弹率约为20%,潮喷法约为15%,湿喷法在10%以下;

(2)施工作业时产生的粉尘少,能大大改善作业环境;

(3)湿喷法预先将料混合,可保证喷补料各种粗细颗粒级配组成不变,特别是微粉不会飞逸和流散,而且含水率较低,不会影响喷补料的理化性能指标,使喷补料品质稳定,施工作业质量高,施工效率高。

由于湿喷法具有以上显著的优越性,美国MINTEQ公司等国际巨头近年抓紧开发研究用于湿喷的设备、施工工艺和耐火材料,并取得了初步成功。 2003年11月,美国MINTEQ公司在宝钢进行了国内首次高炉湿法喷涂;2004年4月,在宝钢又进行了第二次高炉湿法喷涂,其设备先进,施工快捷,效果良好。3

半干法喷补技术半干法喷补技术是比较先进的喷补技术，喷补料含水只有12% ～ 15%，对炉墙不产生副作用，喷补速度快，最大喷补能力可达900kg/h，挂料时间长，操作简单。

结构与原理半干法喷补机主要有贮料室、给料盘、混合器、喷枪及驱动装置等组成。喷补料通过转盘输送后由压缩空气携带至混合器中与加压水混合，加湿至含水量12% ～15%，喷补附着到焦炉炉体损坏部位，同时用铲子将喷补面抹平、刮平，烧结凝固一段时间，以达到焦炉维护修补、延长使用寿命的目的。

喷补料的技术指标半干法喷补料主要有以下特点: 抗碎性和耐磨性好，热导性好，与热的炉墙结合力强，易于抹平。

半干法喷补技术的优点在焦炉正常生产条件下，半干法喷补料的制作工艺决定了其具有一定的附着性，喷补料附着率可达到87%以上。同时，喷补料与硅砖的结合性好，形成与硅砖同样致密的材质，能够结合持久。同时半干法喷补便于喷补料的分层，在对严重部位进行喷补时，能够有效控制喷补效果。4

喷补技术的要求工艺过程的要求为了获得良好的喷补效果，还必须掌握如下几个要点：

（1）炉内炉料线及炉内温度的控制，炉内温度（包括气氛、炉衬）的高低，直接影响到喷补料的回弹及喷补的效果。

（2）喷补面的吹扫。

（3）喷补距离（即喷枪口与炉墙的距离）。

（4）根据炉内不同部位和不同的内衬情况选择不同的耐火材料。2

喷补耐火材料的性能要求根据喷补的工艺特点,喷补料必须具备下列性能:

(1)良好的粘结强度,使其能与受补面牢固地粘结为一体;(2)重烧线变化率小;(3)回弹率低;(4)较高的耐火度和抗折强度(5)气孔率低;(6)耐磨性好;(7)抗CO侵蚀性好。其中最基本的要求是粘结强度,因为如果喷补料不能牢固地与受补面粘结为一体,其它的性能也就毫无意义。

喷补料的组成和被喷补面的温度对粘结强度、喷补寿命的影响通过实验和实际使用可知。被喷补面温度不同,喷补料的组成不同,结合剂不同,喷补料与喷补面之间的粘结强度也不相同。喷补层能附在喷补面上主要靠3种结合力:第一为喷射流作用下的物理结合力;第二为喷补料中结合剂作用产生的化学结合力;第三为高温下形成的陶瓷结合力。产生后两种结合力的前提条件是喷补料的化学组成和性质要与喷补面的化学组成和性质相似,因此应根据高炉炉身不同部位的要求来选用不同的耐火喷补料。被喷补面为粘土砖和高铝砖时具备上述3种结合力,粘结强度就高;被喷补面为炉壳与冷却壁、冷却板等时,不具备后两种结合力,粘结强度就小。如果在炉壳与冷却设备上焊上铆固板、铆固钉,对喷补料有固定和支撑作用,粘结强度也会相应的增大。若高炉壁面上还有部分残余炉衬,则也会起到同样的作用。3

喷补技术的优点缩短检修工期耐火喷补料代替石棉水渣可减去人工填料的负担，降低维修工人的劳动强度，提高施工机械化，因而缩短了检修工期。

节约耐火材料用喷补可保存原有的砖衬部分，不必全部将砌体拆除，故可以节省耐火材料。由于施工期缩短，喷补料的原料资源广泛，故可降低检修费用。

喷补料具有良好的抗氧化性，良好的抗剥落性和良好的抗碱性喷补后的炉衬整体性强，能回复原有炉型，也能满足高炉冶炼的要求。

喷补后的炉料使用寿命较长喷补料比石棉水渣填料的容量大，隔热性能好，因而延长了炉身的使用寿命。

提高经济效益喷补前，炉身上部受到侵蚀，炉料易在此部位形成混合层，边沿气流不稳，4点顶温分散较大，压量关系波动，焦炭负荷加减频繁。喷补后的炉型规整，允许做加重边沿煤气调整，焦比和燃料比均有不同程度的下降，降低了生铁成本。

喷补时劳动人员仅为砌砖时工作量的10%，可节省大量劳动力，缩短补炉时间，提高高炉产量，采用喷补技术有可能完全取消高炉中修，从而使企业的经济效益显著提高。2

结语高炉喷补是高炉长寿快速维修的一个重要手段,能有效延长高炉寿命。高炉湿式喷补新技术因其具有独特的优越性,今后将逐步取代干喷法和潮喷法,但高炉喷补是涉及工艺、喷补设备和喷补耐火材料的综合技术,必须是工艺、设备和材料3个方面的共同推进发展,才能使高炉喷补技术得到新的进步。3