高炉内衬湿法喷注及炉缸整体浇注技术新进展

高炉湿法喷注技术,高效节能,近年来快速发展,逐渐取代传统半干法喷涂;尤其在巨型高炉中的应用,卓显成效。炉缸整体浇注技术,伴随着高炉冶炼节奏的加快,以其对炉缸结构原理透彻的领悟,和行之有效的实践,逐渐被广大高炉炼铁技术所接受。高炉湿法喷注技术及炉缸整体浇注技术的快速发展,逐渐显现着不定形耐材技术的重要地位。

  1.高炉湿法喷注技术

用喷射的方式实现无模浇注。通过精准的施工控制,将搅拌均匀的浇注料喷注到壁面上。喷注体接近于浇注水平,致密、高强、高耐磨,结合其优异的抗侵蚀性能,大大提高了高炉内衬使用寿命。喷注过程控制水平,由之前的人工喷注,到简易的机械喷注,到可伸缩机械手,再到大型可伸缩自动平衡机械手,不断进步;且仍有很大的发展前景,即采用自动侧距装置,随时调整喷注效果简言之即,喷注=喷射浇注=无模浇注→3D打印;实现复杂结构、复合材料、快速高效施工。目前湿法喷注造衬,在高炉内衬检修中,占有比重超过80%?;巨型高炉检修,也逐渐采用喷注造衬保护开炉。

1.1?材料改进

选择纳米硅溶胶结合喷注料取代原有的低水泥材料,以溶胶作为结合剂,不存在结合剂界面迁移,在受热时水分可有序排除,从而具有极佳的快烘防爆性能。溶胶结合料虽然低温强度(600℃以下)相对较低,但随温度升高纳米SiO2与Al2O3反应可形成莫来石结合相,强度迅速提高;特别是在高温下,由于其不含水泥,高温热态性能优异。该材料较适合炉身中部以下内衬喷注。

1.2?设备改进

针对巨型高炉内衬喷注,设计一种大型可伸缩“洗炉+喷注”一体化机械手喷枪,如图1所示。该机械手喷枪可根据高炉内型尺寸的变化,遥控伸长或缩短枪身,保持枪头与壁面距离在1m(或更小)以内,减少喷注面积,进而准确控制喷注范围。

图1?大型机械手喷注试验

  图2为国内某5860m3高炉喷注情况,采用大型可伸缩机械手喷注,由于配重的灵活变动,枪身稳定不摇摆;反弹量极小,人员可以站在高炉底部遥控机械手;该设备喷注速度可达25t/h,高效且环保。然而,该大型机械手仍有其进步空间,如可在枪头处设置“探距仪”,对凹凸不平处,可随时调整转速,满足不规则炉型的喷补要求。

图2?国内某5860m3高炉机械喷注情况

  另外,人工抱枪喷注技术,亦在巨型高炉喷注中“一展身手”,图3为国内某5500m3高炉喷注现场情况。人工抱枪喷注,速度略慢,平均速度为12t/h,然在巨型高炉宽阔的施工环境中,可同时两台设备施工(如下左图)。其优点在于:可根据炉型变化,灵活掌握给料量、枪与壁面距离、局部特殊处理等,实现圆滑炉型。

图3?国内某5500m3高炉人工喷注现场

  2??炉缸整体浇注

2.1??技术概况

炉缸整体浇注,是基于传统砌砖修复的一种新技术。它采用不定形自流料,以支模浇注的方式,还原陶瓷杯。脱模后整体无缝,形成一个真正的“杯”结构。使得铁水“无孔可入”,而且所使用材料,与铁水不产生化学反应,真正起到了隔离与隔热的作用。,其工艺简化为图4所示。

近两年,炉缸整体浇注技术发展迅速,高炉中修时,不放残铁,仅对铁口区域特殊处理:将残铁烧掉,至炉底碳砖,其他区域无需清理,然后整体浇注,恢复生产。这种方法简单快捷,重点解决炉缸局部温度高的问题。多数高炉停炉检修,选择放残铁方式,对炉缸进行系统修复,使用更长周期。

图4??陶瓷杯整体浇注技术

  总体来看,炉缸整体浇注技术,具备以下特点:

(1)能最大程度的保留残余合格碳砖,针对局部区域严重侵蚀碳砖可采用高导热浇注料进行针对性修复,因此与拆除碳砖重新砌筑相比,维修工期短,综合造价低;

(2)浇注衬与砌筑相比具有:整体性好,能与炭砖界面紧密有效贴合。因此不存在传统陶瓷杯与炭砖间的间隙捣打料,避免了因气隙而造成“间隙热阻”的问题,使炉缸整体传热效率得以提高,1150℃凝铁等温线推移至浇注陶瓷杯的内部,炭砖得到有效隔离和保护。通过炉缸的浇注维修,不仅从根本上保障炉缸安全、长寿运行,而且减少了炉缸热损;

(3)对于风口区域,同样能最大限度利用残余砖衬,减少耐材消耗;清净渣铁后即可进行浇注,整体浇注的风口衬里能有效避免砖缝的影响,降低风口窜煤气的风险;

(4)炉缸陶瓷杯浇注料采用溶胶结合刚玉碳化硅质泵送浇注料,其是针对传统陶瓷杯砖(塑性刚玉砖、刚玉莫来石砖等)从材质上进行了优化改进,因此具有更高的抗铁水熔蚀、抗渣蚀及抗碱侵蚀性能,同时其导热系数适中,更有利于炉缸渣铁粘滞层形成。

2.2??材料选择

(1)高导热浇注料

高导热浇注料RLG-SC:该料主要原料为导热性能好的碳质材料,采用溶胶结合;其具有与炭砖相近的导热系数,同时具有优良的抗渣铁润湿性能及良好的自流性能,能够轻易实现狭小缝隙自流填充密实作业,可用于碳砖修复,炉底找平、炭砖与冷却壁缝隙填充、陶瓷杯与炭砖缝隙填充。

(2)刚玉质浇注料

刚玉质浇注料RLG-SA:是专门针对高炉炉缸陶瓷杯环境特点设计开发;以优质刚玉为主要原料,采用纳米溶胶为结合剂;材料不仅具有优良的耐高温,抗渣铁侵蚀,抗冲刷及快干防爆等应用性能,而且具有优异的自流泵送的施工性能。

2.3??施工特点

2.3.1?炉缸清理方式

炉缸整体浇注施工,前期清理很关键,需将残砖、残碳表面粉化料、渣料、浮尘等全部清理干净,清理过程,尽可能保护残砖或残碳。如图5所示,高炉停炉过程中,往往伴随着打水降温过程,这对环碳和炉底碳砖破坏严重,砖衬表面会存在一定厚度的粉化料,该部分碳砖依然失效,因此需清理掉,清理至砖衬露出硬面。如碳砖破损较严重,可采用高导热料修复;如仅有较薄一层损坏,则可直接浇注陶瓷杯,无需修复碳砖。

图5??残砖、环碳及炉底碳砖保护性清理

  2.3.2?陶瓷杯及风口浇注

炉底采用高导热料找平后,分两步浇注陶瓷垫,陶瓷垫厚度根据炉缸尺寸确定。如图6,泵送料采用自流浇注料,全过程无需震动或简单震动。

图6??陶瓷垫浇注过程及效果

  两层陶瓷杯浇注完成后,支模浇注侧壁及铁口区域,如图7,铁口区域加厚,恢复铁口深度至原设计深度。

图7??铁口区域处理方式

  考虑到象脚区保护,会根据各高炉象脚区侵蚀情况,采用不同的处理方式。炉缸浇注料体密较大,液态材料静压力较大,因此一般采用分段浇注的方式浇注陶瓷杯壁,如图8所示,由炉底分段浇注至风口带。

图8??陶瓷杯壁与风口带浇注过程与效果

  待浇注完毕后,静止数小时后脱模,进而完成整个炉缸浇注。然后按照制定的烘烤曲线,进行简单的烘烤,排除材料中的水分,即可满足开炉条件。

炉缸整体浇注技术,根据高炉炉缸侵蚀特点,策划检修方案,拟定施工工期,然后严格按照各施工节点实行。全过程无限速环节,因此简单快捷,而且可以灵活协调,交叉作业,便于铁厂统筹安排。

  3?结束语

湿法喷注技术,已拓展到不同领域,设备的精密设计、材料的研发改良,使得其应用前景广阔。目前已成功实现高炉铁沟、管道、烟道、石灰窑、耐磨仓、循环流化床锅炉、水泥窑旋风预热系统、钢包、转炉、加热炉等湿法喷注造衬。而且,喷注依然具有很大发展空间,势必成为未来不定耐材最重要的施工手段。

实践证明,炉缸整体浇注技术是行之有效的一种炉缸耐火材料修复技术,随着技术研究工作的进一步深入与材料技术进步,复合材料整体浇注炉缸可有望完全取代传统的碳砖砌筑+陶瓷杯炉缸结构。

来源:联合荣大