一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法與流程

2023-06-01 18:43:06 3

本發明涉及高爐修復及新建領域，具體涉及一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法。

背景技術：

煉鐵廠高爐爐缸(含出鐵口、風口帶)、爐身(含爐腹、爐腰)等部位在生產一段時間後，會因建設質量、生產操作、材料品質、尤其是強化冶煉等因素的影響，導致高爐的有關部位發生不同程度的損傷：a、高爐爐缸陶瓷杯在高溫溶蝕、物料侵蝕的影響下，造成剝落，導致基本功能喪失；b、爐缸部位因炭磚襯體蝕損、剝落、減薄，導致爐底熱流強度提高；c、鐵口部位，也會出現不同程度的內襯侵蝕、剝落，使出鐵口呈喇叭口狀，從而導致鐵口深度變淺、堵口困難，炮泥用量增大；d、風口帶部位，由於爐料的磨蝕、高溫的溶蝕、熱氣流的衝擊，會不同程度出現耐火襯體減薄及不規整狀況；e、高爐爐身(含爐腹、爐腰)部位由於受物料衝擊、氣流衝刷，化學侵蝕、熱態熔蝕等的作用，內襯耐火材料(如耐火磚、噴塗料)減薄或脫落，冷卻壁損壞，失去冷卻功能。

上述損傷會導致高爐的爐前操作環境惡化，存在嚴重的安全隱患，並直接影響高爐的安全生產和使用壽命。

為了確保高爐生產的正常進行及現場環境的安全，延長高爐壽命，提高技術經濟效益，需要對高爐的受損部位進行修復，近年來，高爐爐身的修復施工，一般採用半乾法噴塗料或溼法噴塗料(或曰噴注料)進行整體噴塗維護或採用砌築耐火磚的方法修復高爐內襯進行維護。

採用噴塗料(或噴注料)進行高爐內襯修復時，由於噴塗料乾燥及燒成後，結構的緻密度較低，耐火性能較低，且與原高爐內襯結構的結合度較差，修復完成後在使用時，耐火性能較低，容易發生脫落，使用壽命較短。

雖然目前公開的噴塗料的技術指標較高，但是，在實際檢測時，基本上是採用澆注成型方法進行檢測的，噴塗料(含溼法噴注料)由於採取噴塗施工，實際指標相比理論指標要低得許多。

再則，採用砌築耐火磚的方法進行高爐內襯修復時，採用相應牌號的耐火泥漿砌築，不但新老結合面難以處理，且新的砌體由於耐火泥漿與耐火磚結合的密實性差的特點，在使用一段時間後，容易形成空隙，致使耐火磚襯體結合不緊密，容易磨損、出現脫落、甚至局部坍塌，使用壽命較短。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，修復後能夠得到結構比較緻密，耐火性較高，使用壽命較長的高爐內襯襯體。

為達到以上目的，本發明採取的技術方案是：

一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，包括以下步驟：

S1、確定高爐的爐缸、爐身的受損部位，所述爐缸包括出鐵口和風口帶，所述爐身包括爐腹和爐腰，清理爐缸和爐身；

S2、製備澆注料：其中，爐缸、爐腹、爐腰及爐身下部、爐身上部分別採用高強超微粉結合剛玉-SiC質澆注料、高強超微粉結合剛玉-SiC質澆注料、高強超微粉結合高鋁-SiC質澆注料及高強超微粉結合高鋁-莫來石質澆注料；

S3、模板安裝：在高爐內部由下至上安裝爐缸、爐身施工模板/模具；

S4、整體澆註：採取震動或自流澆注成型的方法由下至上澆注澆注料，形成澆注襯體；

S5、脫模：由上至下拆除澆注模板/模具及其它結構件、支撐件，以利於澆注料脫水、硬化；

S6、自然乾燥及烘烤：待澆注襯體的硬度達到要求後，拆除模板/模具並經自然乾燥及烘烤，使澆注襯體脫去水分，達到一定的強度。

在上述技術方案的基礎上，所述爐缸部位的修復厚度不小於200mm；所述爐身部位的修復厚度不小於100mm，或使得高爐內襯的尺寸恢復到與初始設計尺寸及爐型相同。

在上述技術方案的基礎上，所述爐缸包括出鐵口和風口帶，所述爐身包括爐腹和爐腰，所述步驟S1中清理爐缸和爐身具體包括以下步驟：在確認施工現場達到安全施工條件後，採用氧割、風鎬、鋼釺等設備或工具，將爐缸中的焦炭及渣鐵混合物全部清理乾淨，將爐缸、出鐵口、風口帶內壁的殘鐵、殘渣清理乾淨，爐缸部位應清理至炭磚部位，直到待修復部位的炭磚裸露出來；或者清理至死鐵層以上部位；

採用風鎬、鋼釺等設備或工具，將高爐爐身的內襯表面的殘鐵、殘渣清理乾淨，並將鬆動的耐火材料，包括耐火磚和噴塗料，清理乾淨，直到修復部位的耐火襯體及冷卻壁顯露出來。

在上述技術方案的基礎上，所述步驟S3之前還包括以下步驟：將高爐爐底或死鐵層以上部位處理平整，在安裝高爐內襯模板/模具前，所述高爐內襯包括爐缸和爐身，在高爐內襯材料表面塗抹一層防氧化塗料；同時，在模板/模具內壁緊靠澆注襯體的一面塗抹一層的混合油，混合油為黃油和廢機油按照2：1的比例製成。

在上述技術方案的基礎上，在澆注至風口帶時，安裝風口帶模板/模具，安裝風口帶模板/模具時應注意爐殼及爐缸模板固定，風口帶澆注料襯體的厚度不低於200mm，即根據風口帶蝕損程度，使澆注料襯體恢復至新建高爐初始爐型的尺寸或厚度。

在上述技術方案的基礎上，所述風口帶模具/模具採用厚度不小於3mm鋼板製成、或者採用木質材料製成。

在上述技術方案的基礎上，所述步驟S3中由下至上安裝爐缸、爐身施工模板/或模具時，每次安裝的高度為1～3m。實際每次安裝的高度應根據模板/模具的標準高度或所在部位澆注襯體的高度確定。模板/模具可採用鋼質材料，也可採用木質材料；也可以採用鋼質和木質材料交替、搭配進行。

在上述技術方案的基礎上，所述步驟S3中由下至上安裝爐缸、爐身施工模板/模具時，每次安裝的高度通常為1.5m。

在上述技術方案的基礎上，所述安裝高爐爐缸、爐身模板/模具還包括以下步驟：在高爐爐缸爐身模板/模具的非澆注面，採用鋼結構設置支撐件，用於支撐模具。

在上述技術方案的基礎上，所述安裝高爐爐缸、爐身模板/模具還包括以下步驟：在高爐爐缸、爐身模具澆注面的上部，設置支撐件，用於支撐模板/模具。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

(1)本發明的一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，採用澆注料整體澆注高爐爐缸(含出鐵口、風口帶)、爐身(含爐腹、爐腰)內襯，相比噴塗料、耐火磚，具有較高的耐火度、乾燥及燒後耐壓/抗折強度、荷重軟化溫度、體積密度，較低的顯氣孔率和重燒變化率，良好的抗衝刷、抗侵蝕、耐磨蝕性能，同時具有良好的熱震穩定性。檢測及實際應用結果證明：澆注料的所有技術性能指標均優於噴塗料和耐火磚，由於澆注料結構緻密，且強度較高，耐火性較高，整體性大大提高，使爐身內襯成為堅固緻密的「耐火襯體」，使用壽命大為提高。

(2)本發明的一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，澆注料料體流動性較好，施工快速方便，快幹防爆性能優良，脫模時間短，能夠節省高爐內襯維護和修復的施工時間。且澆注料相比噴塗料，澆注料烘烤無特殊要求，按正常的高爐開爐前正常的烘烤制度執行即可，只是根據澆注料用量及澆注襯體厚度作適當的調整，降低了施工難度。

(3)本發明的一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，與現有技術中製作「高爐爐身內襯」，尤其是採用「凹凸型」、「鑲嵌型」耐火磚製造工藝相比，工藝比較簡單，降低了生產施工成本。

(4)本發明的一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，得到的高爐爐身內襯的整體性大大提高，在高爐爐身內襯的結構形狀設計、處理方面有更大的空間，更重要的是由於澆注襯體的整體性增加，可大大提高高爐爐身耐火襯體的使用壽命，從而大大提高高爐的爐齡，同時減少了高爐頻繁停爐休風檢修帶來的高爐作業率降低的損失，大大提高高爐作業率，提高生產效率、提高技術經濟效益。

(5)本發明的一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，避免了噴塗料的回彈，一方面，降低了材料消耗，資源得到充分利用，減少了維修成本；另則，由於沒有回彈料，減少了回彈料的清理時間，從而縮短了維修工期，提高高爐的作業率。

具體實施方式

以下結合附表及實施案例對本發明作進一步詳細說明。

參見表1所示，本發明實施案例提供一種替代噴塗料和耐火磚的高爐內襯整體澆注施工方法，包括以下步驟：

S1、確定高爐的爐缸、爐身的受損部位，爐缸包括出鐵口和風口帶，爐身包括爐腹和爐腰：確認高爐爐缸、爐身被侵蝕的部位和侵蝕狀況；確認高爐爐缸、爐身受損部位的深度、面積和體積；同時，確認高爐爐缸、爐身的運行狀態是否良好，根據整體受損狀況確認修復及施工方案。

S2、清理高爐的爐缸和爐身，並安裝安全防護系統：首先進行高爐休風(停爐)，使得高爐爐缸、爐身部位施工區域的溫度、煤氣濃度在安全範圍內，即溫度低於35℃，煤氣濃度低於50ppm。

在爐缸和爐身的上部設置安全防護網並搭建安全平臺，清理爐缸、爐身內襯部位的鐵渣、殘渣(殘鐵)、熔渣，並將殘渣、熔瘤、風化料、氧化料清理乾淨，將疏鬆耐材清理乾淨，隨後採用高壓水衝洗內襯表面。

更換並修復高爐爐身中受損的冷卻壁，以確保開爐復風后冷卻系統的正常使用。

其中，清理爐缸(含出鐵口、風口帶)的具體步驟為：採用氣割、風鎬、鋼釺等設備或工具，將爐缸中的焦炭及渣鐵混合物全部清理乾淨，將爐缸、出鐵口、風口帶內壁的殘鐵、殘渣清理乾淨，爐缸部位應清理至炭磚(至少清理至死鐵層，條件許可時，最好將死鐵層全部清理掉)部位，直到待修復部位的炭磚裸露出來，便於澆注料與爐缸部位耐火材料的緊密結合同時，不能將原有爐缸(或爐底)炭磚清除掉。

清理爐身部位內襯表面的具體步驟為：採用風鎬(電鑽)、鋼釺等設備或工具，將高爐爐身內襯表面的殘鐵、殘渣清理乾淨，並將鬆動的耐火材料(含耐火磚、噴塗料等)清理乾淨，直到修復部位的耐火襯體顯露出來，便於澆注料與爐身內襯耐火材料及冷卻設施的緊密結合。

S3、製備澆注料，其中，爐缸(出鐵口、風口帶)使用高強超微粉結合剛玉-SiC質澆注料，爐腹部位使用高強超微粉結合剛玉-SiC質澆注料，爐腰及爐身下部使用高強超微粉結合高鋁-SiC質澆注料，爐腰上部使用高強超微粉結合高鋁-莫來石質澆注料。

S4、將高爐爐底(死鐵層上部)處理平整，並在高爐爐缸、爐身部位的內襯材料表面塗抹一層防氧化塗料，以利於澆注料與耐火材料的緊密結合，同時，為了方便脫模，安裝高爐爐身模板/模具前，應將模板/模具內壁塗抹一層(黃油：廢機油＝2：1)的混合油。

S5、在高爐內部由下至上安裝爐缸、爐身施工模板/模具，每次安裝的高度為1～3m(本實施例中為1.5m)，實際安裝的高度根據模板的標準高度或所在部位澆注襯體的高度確定。模板/模具可採用鋼質材料、也可以採用木質材料、也可以採用鋼質和木質材料交替、搭配進行。

由下至上按爐缸(含出鐵口、風口帶)→爐腹→爐腰→爐身部位進行安裝、固定相對應的模板/模具；同時進行整體澆注至完成，形成澆注襯體，且澆注襯體的高度與模板安裝的高度基本同步；高爐爐缸部位的修復厚度、爐身部位的修復厚度應儘可能接近初始設計爐襯的尺寸，以確保初始爐型的恢復。

其中，在將澆注至風口帶時，應安裝特製的風口帶模板/模具，安裝風口帶模板/模具時應注意與爐殼及爐缸模板的固定，風口帶模板/模具的尺寸應儘可能接近風口帶的設計尺寸，風口帶模板/模具一般採用鋼板製作，鋼板的厚度不小於3mm，也可以採用木質材料製作，安裝風口帶模板/模具時，應該保證風口帶澆注料襯體的厚度不低於200mm，或使澆注料襯體儘可能接近新建高爐初始風口帶的尺寸厚度。

高爐爐缸、爐身模板/模具的安裝：高爐爐缸、爐身模板/模具的非澆注面，應採用鋼結構支撐與固定；高爐爐缸、爐身模板/模具澆注面的上部，也應採用鋼結構支撐與固定，確保模具的穩定與固定，不得有任何意義的位移現象。通過合適的支撐件固定模板/模具，確保模板/模具整體的穩定、牢固及密實性，確保澆注施工襯體的整體性及密實性。

本實例中，在安裝高爐爐缸、爐身模板/模具時，應確認：爐缸澆注厚度、風口帶澆注厚度、爐身澆注料的厚度等儘可能接近初始設計爐型的尺寸，即使澆注料襯體儘可能接近新建高爐爐缸、爐身內襯耐火材料的厚度。

S6、待澆注襯體的硬度達到要求標準時，拆除模板/模具及安全防護系統並自然乾燥及烘烤澆注襯體至符合標準。

澆注料與噴塗料技術性能及使用效果的比較：

表1澆注料與噴塗料維護高爐爐身內襯技術經濟比較

參見表1可知：與噴塗料相比，澆注料具有強度高、整體性好、重燒線變化率小、耐衝刷性能優異、無回彈、使用壽命長的特點，技術經濟效果顯著。

採用本發明的方法，使用澆注料對高爐爐缸、爐身進行整體澆注施工和修復，得到的澆注襯體具有更高的乾燥和熱處理結構強度，較低的線變化率、良好的耐磨性及抗衝刷性能，高溫熱態性能好，荷重軟化溫度高，同時具有良好的熱震穩定性，抗熱氣流衝刷性能，對爐內礦石、焦炭等具有良好的耐磨性，料體流動性好，快幹防爆性能優良，脫模時間短等優點。

本發明通過對高爐爐缸、爐身內襯耐火材料的結構缺陷及損毀機理、冷卻壁損壞成因進行深入的分析，並結合澆注料的理論研究及應用實踐，同時通過對噴塗料(無論是半乾法噴塗，還是溼法噴注料)及高爐內襯耐火磚(含高爐爐缸陶瓷杯磚)與高強超微粉結合系列澆注料(以下簡稱澆注料)性能指標的比較，可知，澆注料具有較高的耐火度、乾燥和燒後耐壓/抗折強度、荷重軟化溫度、體積密度，較低的顯氣孔率和重燒線變化率，良好的抗衝刷、抗侵蝕、耐磨蝕性能，整體性能優良，尤其具有良好的熱震穩定性，可以說，澆注料的所有技術性能指標均優於噴塗料和耐火磚。

下面，通過一種具體的實施案例對本發明進行詳細的說明。

使用對象為某煉鐵廠1750m3的高爐，該高爐已運行5年多，該高爐爐腹以上為薄壁爐襯設計，風口組合磚採用氮化矽結合碳化矽磚，爐缸採取大炭塊直接砌築，未採用陶瓷杯設計。

通過現場考察，該高爐爐缸陶瓷杯(實際為保護磚)因侵蝕、剝落，已經基本失去了應有的功能，爐缸炭磚襯體因高溫熔融物料的蝕損、磨蝕，出現剝落、減薄現象，導致爐底熱流強度偏高(爐缸炭磚侵蝕深度達200～300mm)；出鐵口部位靠近爐缸部位也有不同程度的侵蝕、剝落現象；風口帶耐火襯體因高溫熔蝕、爐料磨損、高壓氣流衝刷，出現減薄或不均勻現象(風口帶下部侵蝕深度達220mm)；爐身(含爐腹、爐腰部位)耐火襯體因高溫熔蝕、爐料磨損、高壓氣流的衝擊，存在減薄或不均勻現象，高爐爐身內襯侵蝕、剝落較為嚴重，爐身內襯保護用氮化矽結合碳化矽磚(爐腹下部)、磷浸緻密粘土磚基本剝落完畢，冷卻壁鑲磚(氮化矽結合碳化矽質)也侵蝕嚴重(侵蝕厚度達1/3～1/2)。

風口組合磚以上2段冷卻壁鑲磚尚在，但自第三段冷卻壁至爐喉鋼磚的內襯保護磚基本完全脫落，冷卻壁燕尾槽已顯露，尤其第4段冷卻壁受損嚴重存在漏水問題，已經失去正常的冷卻功能(該段冷卻壁在整體澆注施工作業前已全部更換)；風口組合磚區域，中心線以上組合磚侵蝕損毀嚴重，中心線以下組合磚存在部分損毀和鬆動；風口帶下部爐缸炭磚，風口組合磚下沿至以下1.5m區域，炭磚沿直徑方向侵蝕深度達200～300mm。存在一定的的安全隱患。

表2高爐爐缸、爐身修復工程具體施工時間表

採用本發明的方法進行施工修復後，基本恢復初始設計爐型，經整體澆注、自然乾燥、烘烤，澆注襯體強度高、整體性好。無分層剝落缺陷，有利於高爐正常運行，確保高爐內襯耐火材料的整體性，大大降低高爐內襯耐材的磨蝕、破損、剝落現象，有效延長高爐的使用壽命，具有較高的技術經濟價值和效益。

本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。