高爐內(nèi)襯濕法噴注造襯技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

1、高爐內(nèi)襯濕法噴注造襯技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用劉貫重 于運(yùn)祥 唐明珠 章榮會 北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司摘要：本文對北京聯(lián)合榮大工程材料技術(shù)研究院開發(fā)的高爐內(nèi)襯濕法噴注造襯技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，此技術(shù)已在國內(nèi)外幾家鋼鐵公司進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，并通過冶金專家評定，認(rèn)為：該項(xiàng)技術(shù)成果填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并達(dá)到同類技術(shù)的國際先進(jìn)水平，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：噴注料，噴注造襯，泵送性，速凝性高爐是長期處于連續(xù)高溫生產(chǎn)的冶煉設(shè)備。在長期運(yùn)行中，高爐內(nèi)襯受到侵蝕、剝落出現(xiàn)局部或大面積損壞，影響高爐正常運(yùn)行。為了使高爐達(dá)到長壽、高效的目的，延長高爐壽命一直是冶煉工程技術(shù)人員關(guān)心的課題。高爐長壽是煉鐵技術(shù)發(fā)展水平標(biāo)志

2、之一，目前國內(nèi)已開始普遍采用遙控?zé)釕B(tài)噴補(bǔ)造襯技術(shù)，技術(shù)特點(diǎn)是在不停爐的前提下利用高爐休風(fēng)對內(nèi)襯進(jìn)行噴補(bǔ)。與原來傳統(tǒng)的停爐維修相比，其具有施工方便、耗時少、投產(chǎn)快的特點(diǎn)。但半干法噴涂技術(shù)不可避免出現(xiàn)以下幾個缺憾：反彈率高、噴涂層結(jié)構(gòu)均勻性差（噴槍頭加水，水料混合難均勻充分）、噴涂時粉塵嚴(yán)重等缺點(diǎn)。為此北京聯(lián)合榮大公司全套引進(jìn)日本青木建設(shè)材料技術(shù)與設(shè)備技術(shù)，并花費(fèi)2年時間進(jìn)行消化。在此期間，我公司通過大量的模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，不僅全面掌握其特點(diǎn)更發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)其所存在的缺陷；同時完成與之匹配的各種噴注澆注料的開發(fā)。從而最終使我公司成為國內(nèi)耐火企業(yè)具備高爐遙控濕法噴注造襯維修技術(shù)的第一家。1 濕法噴

3、注與傳統(tǒng)噴涂相比的優(yōu)勢圖 1 干法噴涂施工工藝示意圖傳統(tǒng)的干法（工藝示意見圖1）和半干法噴涂工藝其實(shí)并無多大區(qū)別，均是大量水在噴槍口處加入，干或簡單潤濕的料瞬間高速通過噴槍口，料與水不能均勻混合。由此而帶來了一系列其自身無法克服的弊端：1） 加水由噴槍手控制決定，無法按設(shè)計準(zhǔn)確計量添加；2） 噴涂料無法添加高效減水劑，其用水量會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同等檔次的澆注料，因此其各項(xiàng)性能與同等檔次澆注料相比也會大大折扣；3） 噴涂層變?yōu)榱怂c料交替層疊的堆積層，很難形成性能均一體而易產(chǎn)生層狀剝落；4） 噴涂中大量顆粒料反彈、細(xì)粉料飛散，原顆粒級配設(shè)計被完全破壞；噴涂上去的材料性能與設(shè)計相差甚遠(yuǎn)，各項(xiàng)性能大幅降低。

4、5） 由于大顆粒易回彈，所以傳統(tǒng)噴注料中的大顆粒的臨界粒度不超過5mm，大多在3-4mm。小的臨界粒度不利于材料結(jié)構(gòu)性能的發(fā)揮。圖2 干法噴涂施工工藝示意圖而對于濕法噴注技術(shù)（工藝示意見圖2）而言，進(jìn)入噴涂機(jī)的料為按照設(shè)計加水量預(yù)攪拌均勻的砂漿狀澆注料。此澆注料在噴槍口處與霧化的速凝劑混合噴出，在待噴面上澆注料瞬時失去流動性而緊密貼附。其不存在水與料在槍口瞬間混合的問題，因此其完全避免了干法和半干法噴涂技術(shù)的弊端，因此濕法噴注具有以下幾個特點(diǎn)：1） 事先攪拌，加水量可按設(shè)計計量添加；2） 足夠的攪拌時間使減水分散劑效果得以充分發(fā)揮，加水量可與同等澆注料相當(dāng)；圖3 噴注層切開后截面效果3） 由于

5、為加水?dāng)嚢杈鶆虻纳皾{澆注料，無水料分離現(xiàn)象噴涂層均一密實(shí)；4） 噴注時無粉塵；回彈量極低（僅5%左右），能很好的保證原顆粒級配設(shè)計；因此噴注的效果可接近或達(dá)到支模振動澆注水平。5） 噴注料的臨界粒度達(dá)到常規(guī)澆注料臨界粒度10mm，因此材料具有與澆注料相近結(jié)構(gòu)性能。 綜上可見，濕法噴注技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)噴涂施工的便捷，而且避免了其缺陷，可與支模澆注的性能效果相媲美（噴注層切開后截面效果，見右圖3）。2 濕法噴注的技術(shù)關(guān)鍵2.1 噴注澆注料方面首先要解決的問題是噴注澆注料的流變性能即可泵送性（噴注料合適泵送流動性見圖4），其流變性能決定其是否可以順利輸送。解決的主要途徑包括：1） 原料選擇及顆粒級配

6、：致密近圓形的顆粒骨料和合理的顆粒級配；2） 高效減水劑的應(yīng)用：根據(jù)所用原料材質(zhì)、微粉種類及用量的不同選擇合適的減水劑；圖4 噴注料的泵送流動性圖5 噴注料加速凝劑后瞬間稠化其次要解決的問題是噴注澆注料的瞬間塑凝，只有其合適塑凝程度，才能保證噴注出材料不流淌、回彈率低且具有類似澆注效果的致密性。解決的途徑：針對所選用的不同結(jié)合系統(tǒng)和減水分散系統(tǒng)，選擇適合的塑凝劑和確定合適加量（噴注料加速凝劑后瞬間稠化效果見圖5）。2.2 設(shè)備方面圖 6 榮大公司噴注工作站對引進(jìn)設(shè)備的消化吸收，在消化吸收的基礎(chǔ)上，完成對設(shè)備的改進(jìn)、集約化等（見圖6）。重點(diǎn)：解決脈沖噴注，保證自噴槍口噴出的“料注”均勻穩(wěn)定。解決

7、的方法，改進(jìn)壓縮空氣進(jìn)入處結(jié)構(gòu)的同時調(diào)整合適料氣比。3 高爐內(nèi)襯遙控噴注應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)3.1 材料的開發(fā)表格 1高爐爐身及以上部位用莫來石快烘噴注料RGP-CM性能指標(biāo)項(xiàng)目單位典型值A(chǔ)l2O3+SiC%62.7臨界粒度mm10mm耐壓強(qiáng)度3003hMPa55.4耐壓強(qiáng)度6003hMPa58.2耐壓強(qiáng)度8003hMPa57.7線變化率8003h%-0.08體積密度g/cm32.42根據(jù)高爐不同部位的環(huán)境條件及噴注維修的特點(diǎn)，我們首先開發(fā)了：高爐爐身及以上部位用莫來石快烘噴注料RGP-CM；高爐爐身下部、爐腰及爐腹用剛玉碳化硅快烘噴注料RGP-CA。材料的臨界粒度10mm（是傳統(tǒng)干法噴涂料臨界粒度的2

8、倍），加水量在6%以下即可具有自流泵送噴注的施工性能。材料的性能指標(biāo)見附表1、2，由于大顆粒及高效減水劑的應(yīng)用，使其具有與同等檔次澆注料相媲美的性能，是傳統(tǒng)干法高爐噴涂料所望塵莫及。表2高爐爐身下部、爐腰及爐腹用剛玉碳化硅快烘噴注料RGP-CA性能指標(biāo)項(xiàng)目單位典型值A(chǔ)l2O3%72.3SiC%10.1臨界粒度%10mm耐壓強(qiáng)度11024hMPa68.7耐壓強(qiáng)度10003hMPa63.3耐壓強(qiáng)度14503hMPa76.4線變化率10003h%-0.04線變化率14503h%+0.03體積密度g/cm32.843.2 車間模擬試驗(yàn)圖7 模擬高爐的架構(gòu)進(jìn)行實(shí)際工藝操作試驗(yàn)由于泵送遙控噴注施工工藝是針

9、對高爐內(nèi)襯熱態(tài)噴注維修所開發(fā)的，所以必須考慮其垂直輸送距離等問題。為確認(rèn)該工藝是否能滿足高爐現(xiàn)場泵送遙控噴注造襯的施工條件，設(shè)計了模擬高爐的架構(gòu)進(jìn)行實(shí)際工藝操作試驗(yàn)（見圖7）。試驗(yàn)取得圓滿成功，達(dá)到國外文獻(xiàn)上所介紹的濕法噴涂水平：回彈率低（5%左右）粉塵少，施工體均勻致密，通過切割試塊檢測與同樣材料的振動澆注體性能相近。3.3 現(xiàn)場應(yīng)用在車間模擬高爐進(jìn)行成功噴住試驗(yàn)后，我公司于2010年10月在阿城阿鋼的協(xié)助成功完成其350m3高爐的首次噴注施工。而后又先后完成天津榮程鋼鐵公司、西昌新鋼業(yè)及越南和發(fā)四家鋼鐵公司的高爐噴注施工。圖9為天津榮程鋼鐵公司現(xiàn)場噴注時效果照片。通過高爐現(xiàn)場的實(shí)際噴注來看

10、，目前我公司高爐造襯噴注可達(dá)到：1） 噴涂能力峰值12噸/小時，平均8噸/小時；2） 噴涂面光滑，材料致密； 圖8 高爐熱態(tài)遙控噴注造襯現(xiàn)場效果照片3） 反彈小于5%。預(yù)期壽命可望達(dá)到1.5年以上，這有利于鐵廠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗與低碳煉鐵。4 專家論證2010年12月24日在北京長城飯店，中國金屬學(xué)會煉鐵分會組織召開了，由北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司申報的高爐內(nèi)襯濕法噴注技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用專家論證會。會議由煉鐵分會秘書長顧飛主持，煉鐵設(shè)計大師吳啟常擔(dān)任論證委員會主任，會議取得圓滿成功。專家委員會經(jīng)過認(rèn)真討論，形成如下主要意見：由于實(shí)現(xiàn)了濕法噴注工藝，減少了噴注料的消耗，改善了噴補(bǔ)質(zhì)量，提高了內(nèi)襯使用壽命。該技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并達(dá)到同類技術(shù)的國際先進(jìn)水平，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。5 應(yīng)用前景展望濕法噴注技術(shù)是一種將澆注料以噴涂方