浅析炉缸陶瓷杯快速浇筑重建技术在津西钢铁高炉上的应用

互推小编 2023-11-18

摘要

炉缸陶瓷杯快速浇筑重建技术从2015年开始在津西钢铁8#、9#、7#、4#高炉中修中得到了成功应用。相对比扒炉重新砌筑炉衬的传统做法，炉缸陶瓷杯采用溶胶结合刚玉碳化硅质耐火料浇筑重建后成为一个整体，无砖缝，更耐渣铁侵蚀，使用寿命可达一代炉役，具有速度快、费用低、寿命长的明显优势。

关键词：高炉长寿、炉缸、陶瓷杯；象脚侵蚀；浇筑；重建；中修

津西8#、9#、7#高炉1080高炉炉缸图纸

津西4#高炉的浇注示意图

一、高炉长寿

1、高炉长寿概念

高炉长寿实际多数是指针对炉缸长寿的，也有针对整座高炉的全部系统的。高炉长寿取决于几个因素：

1）高炉设计的合理性；

2）耐火材料选择的好坏；

3）高炉整体砌筑水平；

4）高炉生产过程中操作水平的高低；

5）高炉后期的维护；

6）软水密闭循环水冷；

7）高炉中后期的监测监控措施等。

伍积明老师在《试论高炉炉缸烧穿原因及对策》中指出：影响高炉长寿的因素有几点：一是碳砖质量因素，二是施工因素，三是开炉前的因素，四是生产因素，五是设计因素。

2、防止炉缸烧穿的对策

1.提高炭砖质量（抗氧化、抗渣铁侵蚀、导热、微孔化、高强度、低膨胀等）

2.提高设计质量

3.提高施工质量

4.充分做好开炉前的工作

5.适当延长高炉达产时间

6.合理压浆处理

7.后期进行护炉处理

3、笔者对高炉破损的原因分析

近年来，随着国际钢铁形势的日渐低迷，国内炼铁高炉在追求低成本、高效益的利益驱动下，普遍采用低品位外矿、三级焦、大块矿配比入炉的操作模式，因低品位外矿中钾、钠、铅、锌等有害金属元素含量较高，长期吃用低品位矿导致高炉炉缸部位出现严重象脚侵蚀，陶瓷杯、炉缸环碳砖破损严重，炉墙减薄，高炉2~3层冷却壁热流强度升高，严重者进而造成该部位冷却壁烧损、炉缸烧穿跑铁，从而诱发大型安全事故。

若进行修复，传统上将采取开炉缸大门扒料的方式进行，将炉内砖衬进行全部重砌大修，耗时长、费用高，同时炉底尚完好的大炭块也将遭到破坏，生产损失大。

二、津西高炉炉缸浇注情况

河北津西钢铁股份有限公司炼铁二厂8#高炉于2015年5月份中修时在采取放残铁、保护性扒料、保留炉底大炭块及水冷壁完好等措施的基础上，对原炉缸陶瓷杯区域、风口铁口组合砖区域全部采取整体浇筑方式予以重建，仅耗时36天即完成高炉全部中修任务，顺利开炉，2015年6月6日以来，日利用系数3.6，已达到中修前水平。

8号炉修复达产两个月后的2015年9月炼铁二厂9号炉进行中修，高炉砌筑两层炉底碳砖和大块微孔碳砖环碳，采用河南华西的溶胶结合刚玉碳化硅浇注料进行陶瓷杯垫、杯壁、风口、铁口进行整体无缝浇注。一周后达产。

2016年津西的7#高炉和4#高炉也先后进行了炉缸浇注，目前几座高炉都已顺利达到中修前的水平。以8号炉为例，具体修复过程如下：

1、中修前高炉状况

高炉中修前炉缸西南部2~3层冷却壁出现进回水温差高（2.9℃），热流强度达到20000kcal.m3.h，远超过12000 kcal.m3.h的预警上限，该区域炉缸电偶温度显示780℃，炉底侵蚀模型显示该处砖衬厚度仅剩300mm，种种迹象已显示出该处出现了严重的炉墙减薄。

在经过堵风口、降冶强、高钛矿护炉15天后，进回水温差回落、热流强度下降至预警值以内，但高炉产量严重下滑，由护炉前利用系数3.7下降至2.5，燃料比由护炉前的515公斤上升至530公斤，经济指标呈现严重下滑趋势必须进行停炉中修。

2、预定实施方案

1）根据水工操作记录、炉缸侵蚀模型数据显示，炉缸冷却壁没有破损、漏水现象，炉底4层大炭块全部未受到侵蚀，决定采取保护性扒料方式，保存好炉缸冷却壁及炉底大炭砖，最大程度减少备件、材料成本消耗，缩短等待备件、材料制作的周期。

2）选择炉缸正南面对槽下便于放残铁一侧预先搭设放残铁溜槽，围好干沙池，用于容纳炉缸残铁。高炉停炉前装入35吨焦炭，将料面直降至风口中心，焦炭进入炉缸，降低扒炉难度。在降料面完毕后在残铁溜槽上方拆除2层冷却壁1块，在冷却壁中部斜向上烧残铁孔至炉缸放净炉内残铁。

3）待残铁流净后，开启炉顶打水枪向炉内打雾化水，用以熄灭焦炭、降低炉内温度，风口内部焦炭熄灭后，即组织由风口向炉外扒料，向下直至炉底死铁层，四周直至见到完整的环炭块。炉底死铁采取小药量爆破法破碎清除干净。

4）待炉缸、炉底铁渣清理干净后，用高导热浇注料修复4层炉底炭砖，高导热浇注料固化后找平，按原始图纸尺寸用河南华西耐火材料有限公司和国外合作开发的陶瓷杯浇注专用浇注料分两次浇筑炉底陶瓷杯垫。固化后，按原始图纸要求将缺失微孔小炭块进行补砌，待微孔模压小炭块砌至风口下部图纸对应高度后砌筑结束。由对称风口拉线找好炉缸中心点，按原始炉缸直径尺寸采用钢模板进行支模，模具支护加固完毕后，采用泵送法向模具与环砌小炭砖之间浇筑陶瓷杯专用的刚玉质浇注料。浇筑分4段进行，每次浇筑完毕自然养护12小时，同时支上层模板，待下层养护时间结束后进行上一层浇筑，直至浇筑到风口大套上沿500~700mm，达到原始风口组合砖上沿为止。铁口部位浇注料加厚处理，风口大、中套包覆耐火纤维毡一层，留出膨胀余量。

5）风口上部至水冷钢砖下沿之间区域采取湿法喷注技术，规整炉型。

6）清理炉内脚手架等杂物，安装风口导吹管、搭炉缸保护棚，按烘炉曲线烘炉72小时后带风装料，预定料批结束后送风点火，高炉大修结束。

3、中修实施过程对预定方案的修订与补充

1）在停炉完毕扒除炉内残料过程中发现炉内炭砖侵蚀情况较为严重，在铁口下方1米处出现了严重的环形象脚状侵蚀，其中停炉前炉缸温度最高部位小炭块残留已不足300mm，同标高的其余部位炭块残留基本在300~500mm之间，象脚部位向上约2m高处的小炭块大部出现了侵蚀断裂，象脚部位以下最顶层大炭块保存基本完好，但顶部覆盖约3mm一层重金属，炉底中心部位碳砖缝隙内也有重金属渗入约300mm。由此，长期吃用有害金属元素含量高的低品外矿会对炉缸产生象脚侵蚀的预判已得到印证。

实际西铁口下的碳砖长度只剩下200毫米多一点

2）鉴于象脚侵蚀严重的现状，象脚上部残存尚好的环砌小炭块因失去底部支撑，无继续保留意义，因此进行了彻底清除，直至见到冷却壁。原定补砌的小炭块改为全部按图纸重新砌筑，共耗约170吨。

3）铁口部位因工作条件恶劣，采取局部加厚200mm方式处理，铁口导吹管外部用刚玉莫来石喷涂料代替泥包进行了保护。

环碳彻底清除

加厚200mm铁口整体浇注

三、高炉炉缸无缝浇注的条件和要求

1）陶瓷杯重造采用整体无缝浇注是一项新技术

紧贴炭砖直接进行支模浇筑，浇注的陶瓷杯与炭砖的无缝隙结合，使炉缸结构更加紧密；不存在传统陶瓷杯与炭砖间的填充层，减少了热阻使浇注炉缸整体传热效率得到保证，达到传热平衡保护炉衬安全。

要求侧壁环碳碳砖的长度在500mm以上。保证碳砖的良好导热性，使高炉能够安全生产。

炉缸的浇注料的厚度接近原来陶瓷杯的厚度。

浇注厚度350mm左右

浇炉缸浇注施工流程图

炉底全部清理干净，氧气管吹扫灰尘

炉底局部炸坏的碳砖修复

整个炉底四层碳砖修复找平

搅拌好浇注料、准备泵送

炉底浇注

上层杯垫浇注施工

浇注施工效果

2、炉身喷注，规整炉型

炉缸浇注陶瓷杯结束后，拆除模板.

通过对风口以上到炉喉钢砖下的高炉内衬的喷注恢复，达到高炉各部位的尺寸和角度与设计时的保持一致。实现各部位的平滑连接。起到规整炉型，保证高炉操作顺行的目的。

喷注施工规整炉型

喷注后各个部位平滑连接

3、8#高炉浇注时我们比较关注的问题

1）炉缸浇注料的线性膨胀率

2）浇注完成后的浇注料的抗渣性

3）浇注完成后烘炉抗爆裂性

4）关于铁口区域用的材料

5）风口上翘问题如何解决

4、施工单位完成的工作

1）浇注料各个温度时期线性膨胀曲线图

2）代替陶瓷杯的炉缸浇注料的抗渣性试验

3）更合理的溶胶促凝剂、喷注料促硬剂

4）铁口漏煤气和风口上翘的问题很好地解决

5）施工经验的积累，完善好施工过程中的各种问题的预案。

从8#炉到9#炉再到7#高炉和4#高炉的炉缸整体无缝浇注中修，从高炉2年多使用的情况看，浇注的效果非常好，水温差稳定。铁口没有煤气串漏：风口上翘问题没有出现！

四、炉缸浇注技术的效益

1、经济效益

津西高炉采用快速浇筑陶瓷杯重建技术对炉缸部位进行浇筑重建，结合湿法喷涂对风口以上部位规整炉型，较高炉整体扒炉重砌工期缩短了50%以上（36天对比75天），直接投资节省约20%（970万对比1200万），若计算停炉与生产之间产生的效益差，创造间接效益约1800万元（大修75天预计投资2000万元以上，提早39天生产预计创效800万元）

2、节约时间

由于8#高炉保护性扒炉，中修时间还是比较长的，为36天。

在9月进行的9#高炉中修用时22天，时间减少了14天。

7#高炉中修也仅仅用了21天时间。炉缸浇注时间都是7天左右完成的。

4#高炉大修也减少了时间，整个炉缸浇注陶瓷杯仅用时5天时间。

通过对比可以看出新法炉缸浇筑重建技术直接与间接效益均十分明显，值得推广。

文章作者：唐学锋（河北津西钢铁集团）

参考文献《第六届中国钢铁发展合作交流高端论坛》

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