摘 要：根據(jù)高爐煉鐵“十字方針”，高爐長壽化已成為煉鐵技術發(fā)展水平標志之一。高爐內(nèi)襯遙控濕法 噴注技術是在高爐爐襯噴涂工藝基礎上發(fā)展的新工藝和新技術，具有材料流動性和致密性好、便于施工、粉塵低、反弾率小、施工環(huán)境溫度寬，使用性能優(yōu)良等特點，通過“重塑合理操作爐型”，有效維護高爐 爐體，已成為延長高爐風口以上區(qū)域爐體壽命的重要長壽技術。

關鍵詞：高爐長壽；濕法噴注；重塑爐型

我國是產(chǎn)鋼大國，多年穩(wěn)居世界首位。在現(xiàn)代煉鐵工藝中，高爐煉鐵工藝具有生產(chǎn)規(guī)模大，運行效率高，燃料消耗低，生產(chǎn)成本低，能量利用充分，工藝技術成熟等諸多優(yōu)點，在未來的煉鐵工業(yè)發(fā)展過程中， 仍將具有重要的主導地位。

高爐作為煉鐵主要的生產(chǎn)設備，其長壽化是鋼鐵企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的一項重大舉措，高爐長壽的重 大意義，不僅在煉鐵工序本身，而且也會給整個鋼鐵聯(lián)合企業(yè)帶來巨大效應，包括生產(chǎn)成本降低，能源消 耗減少，污染物排放減少，實現(xiàn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的高效化生產(chǎn)，連續(xù)化和緊湊化生產(chǎn)得以延續(xù)進行。延長高爐壽命不僅節(jié)約大修費用，而且減少了因大修而引起的停產(chǎn)損失，提高經(jīng)濟效益。現(xiàn)今，高爐長壽化越來 越引起國內(nèi)外鋼鐵界的重視，成為了當今世界鋼鐵工業(yè)發(fā)達國家的一個主攻方向，也是煉鐵技術發(fā)展水平標志之一。最新頒布的《高爐煉鐵工藝設計規(guī)范》中，便以“高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)?！弊鳛椤笆?字方針”。

1 ? 噴涂修復造襯技術對高爐塑型以及高爐長壽的重要意義

高爐在運行一定時期以后，爐體內(nèi)受爐料、煤氣流、渣鐵沖刷和堿金屬、沉積碳等侵蝕形成不均勻，致使高爐爐襯不斷變換形狀，操作內(nèi)型與原來的設計內(nèi)型具有較大的差異。操作內(nèi)型變差的主要問題，包 括上部塊狀帶爐身角 β 值縮小、凸凹度增大和軟熔帶附近及以下渣皮結厚等[1]。

（1）爐身角縮?。骸盃t身角”指高爐的爐身部分與水平面的夾角（見圖1），合理的“爐身角”結構可 使爐內(nèi)上升煤氣的溫度逐漸加熱，使氣流沿爐壁發(fā)展，有利于提高爐溫，同時又改善了煤氣的分布，節(jié)省 了燃料。高爐在生產(chǎn)運行中爐身中下部內(nèi)襯侵蝕脫落后，爐身角變小，而爐身角縮小會造成爐料對爐身的垂直應力減小，氣流壓差增大，容易出現(xiàn)邊緣氣流過甚或管道現(xiàn)象。2）凸凹度增大：爐身內(nèi)型因侵蝕沖 刷等原因變成凸凹不平的狀態(tài)，當爐身凸凹度超過一定程度時，邊緣容易形成高空隙度礦焦混合帶，致使邊緣氣流過甚和管道出現(xiàn)，軟熔帶根部位置升高且不穩(wěn)定，引起爐身下部和爐腰結厚。3）爐身下部結厚： 由于爐身角縮小、內(nèi)型凸凹度增大，造成邊緣氣流過甚、管道、崩滑料及偏尺等異常現(xiàn)象時，未充分還原的礦石中有生料突然下落，初渣 FeO 含量急劇升高、熔點下降，并伴隨碳還原 FeO 的直接還原耗熱異常 增大和降溫，過早熔化的初渣降溫后很容易再次凝固，這也是是爐身下部、爐腰爐腹結厚的最主要原因之一。因此，爐身下部、爐腹、爐腰結厚的起因往往與塊狀帶爐襯維護不良有關；而這些現(xiàn)象又會使軟熔帶以下的氣流上升通道面積減少、流速增大，過快的氣流速度同樣會產(chǎn)生管道或液泛現(xiàn)象，發(fā)生管道時會沖刷上部爐襯，甚至損壞冷卻器。由此可見，爐體上部與下部之間是相互影響的，而塊狀帶爐型維護是維持 合理操作爐型的基礎。

要想實現(xiàn)高爐長壽順行，就必須及時應對高爐操作內(nèi)型惡化的問題，目前，高爐爐體內(nèi)襯修復技術已成為延長高爐壽命的重要手段，日本和我國許多高爐的長壽實績也說明，高爐爐體內(nèi)襯的定期修復對于改 善高爐操作、保持爐況順行、延長高爐壽命具有重要意義。高爐爐襯的修復方法有三種：砌磚法、硬質(zhì)料壓入法、噴補造襯法；我國高爐在上世紀 80 年代以前主要采用砌磚法，而國內(nèi)外上世紀 80 年代之后通常 采取爐襯噴涂修補或硬質(zhì)料壓入造襯等措施以修復高爐操作內(nèi)型。爐襯噴涂修補方法，采用壓縮空氣作為載氣，輸送不定形耐火材料，經(jīng)特殊的噴槍將耐火材料噴涂到爐襯需要修復的部位，并附著在其表面達到 一定厚度，在殘存磚襯、冷卻壁熱面或爐殼內(nèi)表面形成一層新的爐襯。同其他爐襯維修方式相比，爐襯噴涂修補的最大特點是修復的爐襯完整平滑，而且可以實現(xiàn)爐型再造，從而獲得較為合理的操作爐型，使高 爐受損的操作爐型得到合理的修復，從而保持高爐穩(wěn)定順行。由于國內(nèi)鋼鐵行業(yè)處于微利時代，原燃料質(zhì)量波動較大，使得高爐操作難度加大，對于操作爐型遭到嚴重破壞的高爐，噴涂造襯是快速恢復爐型的較 好選擇。

2 ? 高爐爐襯噴涂（補）技術的發(fā)展

高爐爐襯噴補是最為經(jīng)典、有效的爐襯修補再造方式。日本早在20 世紀 70 年代就開始進行爐襯噴補 或灌漿造襯，獲得了良好的效果；20 世紀 90 年代末，歐美及日本濕法噴涂工藝逐漸成熟，并于 1998 年在 美國完成了第一次高爐濕法噴涂修補工程；自2004 年以來，歐美公司開始在國內(nèi)推廣使用新一代高技術 的高爐濕法噴涂維護技術；現(xiàn)今，高爐爐襯噴補技術已在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家的高爐上得到廣泛應 用。日本鹿島3 號高爐（5050 m3），壽命達到 13 年多，累計產(chǎn)鐵量4815 萬 t，單位容積產(chǎn)鐵量達到9535 t.m-3； 英國 Scumthorpe、德國Thyssen、加拿大 Dofasto 等鋼鐵廠都采用高爐爐襯噴補技術，并取得良好的應用效 果。在國際范圍內(nèi)，摩根、派力固、美國銘得、美國美固美特、日本黑崎等企業(yè)均已具備先進的高爐噴補技術。

我國高爐爐襯噴補技術的研究和應用始于1992 年的寶鋼 1#高爐，當時遙控噴涂修復高爐爐襯還是當 今世界上少數(shù)幾個工業(yè)發(fā)達國家采用過的新技術、新工藝，中冶建筑研究總院（原名冶金工業(yè)部建筑研究 總院）承擔了國家科技攻關項目及冶金部的重點科研課題：“八五”期間的“大型高爐長壽內(nèi)襯維修術”。1993 年，由寶鋼自行開發(fā)研制了遙控噴補機械，由中冶建筑研究總院提供噴補料，成功進行了噴補 工業(yè)試驗。隨后，高爐爐襯噴補設備和高爐耐火材料技術領域的研究日漸得到了長足發(fā)展。

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展、耐材技術和自動化裝備技術的進步，出現(xiàn)了一批區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的新材料、新技術、新工藝、新設備，高爐上應用的新技術主要圍繞高爐長壽和快速檢修展開的，確保高爐長壽運行具 有顯著的經(jīng)濟效益，是近年來行業(yè)的研究熱點。高爐系統(tǒng)噴涂作為高爐砌筑和維護中的一項重要的技術，濕法噴涂材料及熱態(tài)遙控自動噴補技術已成為現(xiàn)今高爐長壽課題中的重要內(nèi)容之一，應用該技術不僅可以 修補爐身內(nèi)襯，而且可以造襯，不但提高了工作效率、節(jié)約了成本，而且使耐火內(nèi)襯的性能得以充分發(fā)揮，從而大大延長高爐使用壽命，二者的結合成為高爐噴補先進技術的發(fā)展趨勢。

3 ? 高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術的特點

目前國內(nèi)的噴涂料技術水平多為半干法，濕法噴涂技術應用處于起步階段。半干法噴涂技術，施工時材料通過高壓空氣送至槍口附近，同時輸送至槍口的水與料經(jīng)過快速混合，噴射到需修補的高爐內(nèi)襯表面，半干法在目前市場較為普遍，但存在回彈率高、致密性差、粉塵大、使用壽命低等問題。濕法噴涂技術，是不定形耐火材料在攪拌機中均勻混合后，注入噴涂機的攪拌系統(tǒng)，用液 壓泵通過高壓料管送至噴槍口和高壓輸送的促凝劑高速均勻混合，自流的不定形耐火材料瞬間凝固，連續(xù)地在高爐內(nèi)襯表面噴涂施工對高爐內(nèi)襯進行修補和再造。采用濕法噴涂技術，反彈普遍低于 5%（遠低于 干法噴涂 15%～30%的反彈率），加水量少、施工環(huán)境優(yōu)良、材料的附著性能好、材料結構得以優(yōu)化、并具有更好的耐磨、抗侵蝕性能，采用濕法噴注技術修復后的爐襯使用壽命更長，高爐煤氣利用率、燃料比、 冷卻水溫差、利用系數(shù)及富氧率等運行指標均得到了較大幅度改善。

在多年的試驗改進以及現(xiàn)場施工、技術服務中，中冶建筑研究總院已開發(fā)出新型的高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術，并得以應用?，F(xiàn)將傳統(tǒng)的干法/半干法噴涂。

中冶建筑研究總院開發(fā)的高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注技術，具有以下技術特征：1）無固定的框架，不要模具；2）保持澆注料性能，形成致密的施工體，施工效果優(yōu)良；3）施工迅速且方便，效率高；4）施工 粉塵低、材料反弾?。?）施工環(huán)境溫度寬（室溫到 600 ℃）；6）上部料耐磨性能高（航天無機纖維）；7）下部料耐侵蝕和導熱性好（碳包覆材料）。

高爐內(nèi)襯遙控濕法噴注的施工過程中（見圖 2），濕法噴涂機與懸掛系統(tǒng)采用有線遙控操縱系統(tǒng)進行控制，能實現(xiàn)在高爐內(nèi)噴涂的準確控制和定位，既方便大面積噴補又能準確地進行局部噴縫或補凹坑的施工， 從而完善和拓展了噴涂機的使用范圍。高爐運行過程中，定期進行爐內(nèi)噴注造襯施工，可有效恢復高爐爐型，在保護冷卻壁的同時通過噴涂塑造一個近似“操作爐型”的耐材內(nèi)襯，為改善爐內(nèi)煤氣流分布更趨穩(wěn) 定、合理創(chuàng)造條件從而降低高爐冶煉過程中的能耗和焦比。

濕法遙控噴注造襯技術集專用設備、專用材料于一身，可實現(xiàn)熱態(tài)噴涂，大大縮短了高爐的檢修時間，降低成本。針對爐身不同部位可使用不同的材料，造襯后使用壽命在 18 個月以上。實踐表明，遙控濕法 噴注技術對高爐爐體維護的效果非常明顯，目前已成為延長高爐風口以上區(qū)域爐體壽命的重要長壽技術。?

作者：張雯文 高 棟 唐勛海 江山 鄭 江，中冶建筑研究總院有限公司

參考文獻：[1] ? ? 張福明，程樹森. 現(xiàn)代高爐長壽技術. 北京：冶金工業(yè)出版社，2012