高炉炼铁是目前世界范围内应用最广泛的炼铁方式,通常每座高炉都要匹配三到四座热风炉,以便能为高炉冶炼提供和储存充足的热风。高炉和热风炉之间由热风管道相连接,热风管道的内衬结构通常采用耐火喷涂层+耐火纤维+轻质隔热耐火砖+耐火砖(工作衬)构成。由于受热风冲刷及工作温度变化的影响,热风主管处的耐火衬体较易开裂、剥落,甚至小面积脱落,引起管道管壳发红,为了追求高炉的高效化与长寿化,就需要对炉体进行有效及时的维护,做到在高炉服役中发现问题、治理问题,因此就需要修补材料不仅可在高温环境中施工,而且还能进行快速烘烤。
针对采用水泥及低水泥结合的浇注料固化较慢,烘烤时间长的问题,公司研制了溶胶结合刚玉-莫来石浇注料,已于2009年11月、2010年7月份分别应用于武钢的高炉风口处和武钢烧结厂点火炉的炉顶及侧墙处,2011年4月和9月两次应用于新余钢厂高炉热风总管三岔口处的抢修工程中以及2011年9月应用于唐山国丰钢铁厂1280m3高炉的热风炉主管三岔口处的抢修工程中。2011年12月,某钢铁厂5000m3高炉的热风主管出现了严重的掉砖事故,沿主管道方向塌砖长度有近40 m,而环形砌筑的工作衬砖及轻质隔热砖每一圈也都基本到了水平角度(即热风主管内的上半弧内的砖基本全掉),出现如此大的塌砖面积实属罕见。本文采用刚玉莫来石快干浇注料对该主管实施一次性整体浇注修补,通过应用跟踪了解,经浇注修补后该高炉运行良好。
1.1溶胶结合浇注料的特性
该耐火浇注料采用以5~8 mm、3~5 mm、1~3 mm、及<1 mm的刚玉和莫来石为骨料,刚玉粉、矾土粉及α-Al2O3(≤0.043 mm)微粉为细粉,采用溶胶及复合外加剂作结合剂的材料,硅溶胶是粒径从几纳米到数十纳米的多聚硅酸分散体系,溶胶粒子内部结构为硅氧烷(-Si-O-Si-)网络,表面层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH)所覆盖,同时硅溶胶覆盖在固体表面能形成牢固的硅胶薄膜,从而增强材料的黏结、固化和成型。
经实验总结分析该材料具有如下特性:
①无需养护便可快速烘烤。有效提高一次性施工厚度达到了650 mm。同时有效缩短养护和烘烤时间。溶胶结合快干浇注料已在武钢烧结厂项目工业应用中成功实现了浇注成型12h后立即拆模烘炉,烘烤24h便投入正常生产。
②良好的体积稳定性及抗热震稳定性。实验表明:以水泥结合的试样经40多次热震循环就完全开裂,而溶胶结合的热震循环100次后基本没有出现裂纹,把热震100次后的试样经110℃烘干后,测试其耐压强度,多次结果表明,溶胶结合的材料耐压强度保持率在80%(热震100次后的耐压强度与热震前耐压强度的比值×100%)以上。
③良好抗CO侵蚀性能。为了直接体现溶胶结合耐火浇注料的抗CO侵蚀性能的优越性,把水泥结合耐火浇注料与溶胶结合浇注料同时放入到纯CO气氛中进行500℃的连续热处理,其结果是:水泥结合的浇注料在经热处理50 h后试样就破裂为两半,100 h后试样出现一处大块剥落,有大颗粒碳沉积,150 h后出现数处裂纹,200 h后有大块剥落,多处出现裂纹,表明其已受CO严重侵蚀。而溶胶结合的浇注料50 h后试样表面出现一处碳沉积,100 h后试样表面出现一片剥落,而150 h后仅出现几处开裂,而200 h后试样整体变黑,碳黑沉积在试样的各个气孔中,试样从表面到内部仅受到严重的蚀损。
1.2试样的常温成型的理化指标
5000m3以上高炉热风炉修补方案的确定及其完善
2011年12月初,据某炼铁厂5 000 m3高炉的相关人员反映,该高炉在使用过程中发现有轻质砖从热风围管掉落到送风管道内,阻塞风口,此情况从2011年年中开始出现,截止到12月初,情况越发严重,已从风口拿出240多块轻质砖,为了确保安全生产,公司在线维修所的技术专家采用红外感应成像仪对其进行扫描分析,并提出相应的解决方案,经对该热风主管进行红外测温及成像后,通过对图像的分析,结合以往的经验,初步断定,该管道内出现了一定部位的掉砖。当休风时把三岔口的观察孔打开,发现管道内塌砖情况非常严重。为了能确定塌砖长度,只能在两边所能看到的最大塌砖处再次开天窗,同时考虑修补方案,最终确定管道内从混风室到2#、3#热风炉之间的人孔连续塌砖长达近40 m,塌砖面积基本为主管道圆弧的上1/2圆弧。该热风炉主管道塌砖情况见图1,需要修补部位详细尺寸见设计图图2所示。
(a)主管道上天窗打开后
混风室中心线到1#热风炉三岔口中心线10.8m,1#与2#、2#与3#热风炉三岔口中心线15 m。热风总管外径3.200 m,内径2.096 m。炉皮厚度16 mm,喷涂层50 mm,纤维毡10 mm,轻质砖采用三层,每层轻质砖厚度114 mm,重质砖采用一次环砌,重质砖厚度152 mm。
针对现场情况,从坍塌面积情况来看,实行热态掉模浇注修补已经不现实,而采用购砖砌筑至少需要近20天,最终决定,采用设计院提供的冷炉方案进行冷炉,根据施工方案,组织施工单位对施工中的各个细节,如模具的制备、管道管壳的浇注口的打开及所需施工工具等进行准备。详细施工时间安排及施工步骤如下。
时间安排为:约30 h的炉体冷却,约15h的管道清理,约20 h的制模,约40 h的整体浇注以及十来个小时的烘烤,封盖上盖板后,经压浆再次对管道内的空隙进行填充,5天后复风投入生产。
施工步骤为:①开设浇筑天窗,天窗80cm×80cm,间距200cm;②管道降温<100℃;③残砖拆除,清理管道内残砖;④砌砖,管道内局部塌砖范围超过180°,计划砌筑到最少180°以上,用以支持浇筑材料;⑤管道内支模,采用木模形式,使用50 mm木方圆模,间距30 cm;⑥浇注施工,浇注顺序从混风室三岔口→1#热风炉→2#热风炉→3#热风炉;⑦炉皮焊接,开设灌浆孔并灌浆处理;⑧复风生产。
根据图纸尺寸核算,此次整体浇注修补的长度达到了近40m,厚度在400~600 cm,整体浇注体积有近100m3。
结语
这次抢修工程无论从施工量之大,还是从施工的时间之短,在国内、国际实属罕见,使用浇注料对管道整体浇注开创了国内、国际的先例。但这次抢修工程在相关人员的共同协作下取得了圆满的成功。该高炉热风炉的主管道的管壳温度在正常的生产中基本维持在100℃左右,达到了原设计要求。
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