高炉内衬遥控湿法喷注技术

摘 要：根据高炉炼铁“十字方针”，高炉长寿化已成为炼铁技术发展水平标志之一。高炉内衬遥控湿法 喷注技术是在高炉炉衬喷涂工艺基础上发展的新工艺和新技术，具有材料流动性和致密性好、便于施工、粉尘低、反弾率小、施工环境温度宽，使用性能优良等特点，通过“重塑合理操作炉型”，有效维护高炉 炉体，已成为延长高炉风口以上区域炉体寿命的重要长寿技术。

关键词：高炉长寿；湿法喷注；重塑炉型

我国是产钢大国，多年稳居世界首位。在现代炼铁工艺中，高炉炼铁工艺具有生产规模大，运行效率高，燃料消耗低，生产成本低，能量利用充分，工艺技术成熟等诸多优点，在未来的炼铁工业发展过程中， 仍将具有重要的主导地位。

高炉作为炼铁主要的生产设备，其长寿化是钢铁企业走可持续发展的一项重大举措，高炉长寿的重 大意义，不仅在炼铁工序本身，而且也会给整个钢铁联合企业带来巨大效应，包括生产成本降低，能源消 耗减少，污染物排放减少，实现钢铁联合企业的高效化生产，连续化和紧凑化生产得以延续进行。延长高炉寿命不仅节约大修费用，而且减少了因大修而引起的停产损失，提高经济效益。现今，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，也是炼铁技术发展水平标志之一。最新颁布的《高炉炼铁工艺设计规范》中，便以“高效、优质、低耗、长寿、环保”作为“十 字方针”。

1   喷涂修复造衬技术对高炉塑型以及高炉长寿的重要意义

高炉在运行一定时期以后，炉体内受炉料、煤气流、渣铁冲刷和碱金属、沉积碳等侵蚀形成不均匀，致使高炉炉衬不断变换形状，操作内型与原来的设计内型具有较大的差异。操作内型变差的主要问题，包 括上部块状带炉身角 β 值缩小、凸凹度增大和软熔带附近及以下渣皮结厚等[1]。

（1）炉身角缩小：“炉身角”指高炉的炉身部分与水平面的夹角（见图1），合理的“炉身角”结构可 使炉内上升煤气的温度逐渐加热，使气流沿炉壁发展，有利于提高炉温，同时又改善了煤气的分布，节省 了燃料。高炉在生产运行中炉身中下部内衬侵蚀脱落后，炉身角变小，而炉身角缩小会造成炉料对炉身的垂直应力减小，气流压差增大，容易出现边缘气流过甚或管道现象。2）凸凹度增大：炉身内型因侵蚀冲 刷等原因变成凸凹不平的状态，当炉身凸凹度超过一定程度时，边缘容易形成高空隙度矿焦混合带，致使边缘气流过甚和管道出现，软熔带根部位置升高且不稳定，引起炉身下部和炉腰结厚。3）炉身下部结厚： 由于炉身角缩小、内型凸凹度增大，造成边缘气流过甚、管道、崩滑料及偏尺等异常现象时，未充分还原的矿石中有生料突然下落，初渣 FeO 含量急剧升高、熔点下降，并伴随碳还原 FeO 的直接还原耗热异常 增大和降温，过早熔化的初渣降温后很容易再次凝固，这也是是炉身下部、炉腰炉腹结厚的最主要原因之一。因此，炉身下部、炉腹、炉腰结厚的起因往往与块状带炉衬维护不良有关；而这些现象又会使软熔带以下的气流上升通道面积减少、流速增大，过快的气流速度同样会产生管道或液泛现象，发生管道时会冲刷上部炉衬，甚至损坏冷却器。由此可见，炉体上部与下部之间是相互影响的，而块状带炉型维护是维持 合理操作炉型的基础。

要想实现高炉长寿顺行，就必须及时应对高炉操作内型恶化的问题，目前，高炉炉体内衬修复技术已成为延长高炉寿命的重要手段，日本和我国许多高炉的长寿实绩也说明，高炉炉体内衬的定期修复对于改 善高炉操作、保持炉况顺行、延长高炉寿命具有重要意义。高炉炉衬的修复方法有三种：砌砖法、硬质料压入法、喷补造衬法；我国高炉在上世纪 80 年代以前主要采用砌砖法，而国内外上世纪 80 年代之后通常 采取炉衬喷涂修补或硬质料压入造衬等措施以修复高炉操作内型。炉衬喷涂修补方法，采用压缩空气作为载气，输送不定形耐火材料，经特殊的喷枪将耐火材料喷涂到炉衬需要修复的部位，并附着在其表面达到 一定厚度，在残存砖衬、冷却壁热面或炉壳内表面形成一层新的炉衬。同其他炉衬维修方式相比，炉衬喷涂修补的最大特点是修复的炉衬完整平滑，而且可以实现炉型再造，从而获得较为合理的操作炉型，使高 炉受损的操作炉型得到合理的修复，从而保持高炉稳定顺行。由于国内钢铁行业处于微利时代，原燃料质量波动较大，使得高炉操作难度加大，对于操作炉型遭到严重破坏的高炉，喷涂造衬是快速恢复炉型的较 好选择。

2   高炉炉衬喷涂（补）技术的发展

高炉炉衬喷补是最为经典、有效的炉衬修补再造方式。日本早在20 世纪 70 年代就开始进行炉衬喷补 或灌浆造衬，获得了良好的效果；20 世纪 90 年代末，欧美及日本湿法喷涂工艺逐渐成熟，并于 1998 年在 美国完成了第一次高炉湿法喷涂修补工程；自2004 年以来，欧美公司开始在国内推广使用新一代高技术 的高炉湿法喷涂维护技术；现今，高炉炉衬喷补技术已在欧美、日本等工业发达国家的高炉上得到广泛应 用。日本鹿岛3 号高炉（5050 m3），寿命达到 13 年多，累计产铁量4815 万 t，单位容积产铁量达到9535 t.m-3； 英国 Scumthorpe、德国Thyssen、加拿大 Dofasto 等钢铁厂都采用高炉炉衬喷补技术，并取得良好的应用效 果。在国际范围内，摩根、派力固、美国铭得、美国美固美特、日本黑崎等企业均已具备先进的高炉喷补技术。

我国高炉炉衬喷补技术的研究和应用始于1992 年的宝钢 1#高炉，当时遥控喷涂修复高炉炉衬还是当 今世界上少数几个工业发达国家采用过的新技术、新工艺，中冶建筑研究总院（原名冶金工业部建筑研究 总院）承担了国家科技攻关项目及冶金部的重点科研课题：“八五”期间的“大型高炉长寿内衬维修术”。1993 年，由宝钢自行开发研制了遥控喷补机械，由中冶建筑研究总院提供喷补料，成功进行了喷补 工业试验。随后，高炉炉衬喷补设备和高炉耐火材料技术领域的研究日渐得到了长足发展。

随着钢铁工业的发展、耐材技术和自动化装备技术的进步，出现了一批区别于传统工艺的新材料、新技术、新工艺、新设备，高炉上应用的新技术主要围绕高炉长寿和快速检修展开的，确保高炉长寿运行具 有显著的经济效益，是近年来行业的研究热点。高炉系统喷涂作为高炉砌筑和维护中的一项重要的技术，湿法喷涂材料及热态遥控自动喷补技术已成为现今高炉长寿课题中的重要内容之一，应用该技术不仅可以 修补炉身内衬，而且可以造衬，不但提高了工作效率、节约了成本，而且使耐火内衬的性能得以充分发挥，从而大大延长高炉使用寿命，二者的结合成为高炉喷补先进技术的发展趋势。

3   高炉内衬遥控湿法喷注技术的特点

目前国内的喷涂料技术水平多为半干法，湿法喷涂技术应用处于起步阶段。半干法喷涂技术，施工时材料通过高压空气送至枪口附近，同时输送至枪口的水与料经过快速混合，喷射到需修补的高炉内衬表面，半干法在目前市场较为普遍，但存在回弹率高、致密性差、粉尘大、使用寿命低等问题。湿法喷涂技术，是不定形耐火材料在搅拌机中均匀混合后，注入喷涂机的搅拌系统，用液 压泵通过高压料管送至喷枪口和高压输送的促凝剂高速均匀混合，自流的不定形耐火材料瞬间凝固，连续地在高炉内衬表面喷涂施工对高炉内衬进行修补和再造。采用湿法喷涂技术，反弹普遍低于 5%（远低于 干法喷涂 15%～30%的反弹率），加水量少、施工环境优良、材料的附着性能好、材料结构得以优化、并具有更好的耐磨、抗侵蚀性能，采用湿法喷注技术修复后的炉衬使用寿命更长，高炉煤气利用率、燃料比、 冷却水温差、利用系数及富氧率等运行指标均得到了较大幅度改善。

在多年的试验改进以及现场施工、技术服务中，中冶建筑研究总院已开发出新型的高炉内衬遥控湿法喷注技术，并得以应用。现将传统的干法/半干法喷涂。

中冶建筑研究总院开发的高炉内衬遥控湿法喷注技术，具有以下技术特征：1）无固定的框架，不要模具；2）保持浇注料性能，形成致密的施工体，施工效果优良；3）施工迅速且方便，效率高；4）施工 粉尘低、材料反弾小；5）施工环境温度宽（室温到 600 ℃）；6）上部料耐磨性能高（航天无机纤维）；7）下部料耐侵蚀和导热性好（碳包覆材料）。

高炉内衬遥控湿法喷注的施工过程中（见图 2），湿法喷涂机与悬挂系统采用有线遥控操纵系统进行控制，能实现在高炉内喷涂的准确控制和定位，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， 从而完善和拓展了喷涂机的使用范围。高炉运行过程中，定期进行炉内喷注造衬施工，可有效恢复高炉炉型，在保护冷却壁的同时通过喷涂塑造一个近似“操作炉型”的耐材内衬，为改善炉内煤气流分布更趋稳 定、合理创造条件从而降低高炉冶炼过程中的能耗和焦比。

湿法遥控喷注造衬技术集专用设备、专用材料于一身，可实现热态喷涂，大大缩短了高炉的检修时间，降低成本。针对炉身不同部位可使用不同的材料，造衬后使用寿命在 18 个月以上。实践表明，遥控湿法 喷注技术对高炉炉体维护的效果非常明显，目前已成为延长高炉风口以上区域炉体寿命的重要长寿技术。 

作者：张雯文 高 栋 唐勋海 江山 郑 江，中冶建筑研究总院有限公司

参考文献：[1]     张福明，程树森. 现代高炉长寿技术. 北京：冶金工业出版社，2012