華西在高爐智能壓漿技術(shù)的應(yīng)用

作為日常高爐長壽維護的主要手段，壓漿/灌漿技術(shù)能夠在一定程度上封堵煤氣通道，同時也能實現(xiàn)爐體造襯，對于延長高爐使用壽命，規(guī)整高爐操作爐型具有重要的意義。壓漿技術(shù)的關(guān)鍵是什么？如何進行壓漿料的選擇？怎么實現(xiàn)在線壓漿？壓漿的效果如何？如何選擇壓漿的位置？如何進行壓漿頻率的控制？

1.概述

高爐灌漿補爐是一種重要爐體維護技術(shù)，該技術(shù)可以有效地封堵煤氣泄漏孔道，解決爐殼燒紅、開裂等問題，在煉鐵生產(chǎn)中有著非常廣泛的使用，對于高爐的長壽有著重要意義。

現(xiàn)在國內(nèi)對于高爐灌漿維護有著不同的說法，有的贊同有的持否定態(tài)度。事實上，當(dāng)高爐爐缸、爐底耐材出現(xiàn)異常體積收縮，磚襯與冷卻壁之間出現(xiàn)空隙后，只有灌漿維護才是解決這一問題的最好的手段。但因為目前國內(nèi)灌漿維護水平參差不一，高爐實際狀況分析不清，灌漿位置選擇、施工管理不當(dāng)，灌漿材質(zhì)選擇錯誤，導(dǎo)致高爐灌漿后沒有取得應(yīng)有效果甚至出現(xiàn)負面影響。

1.1.高爐灌漿的方法

目前應(yīng)用較多的高爐爐襯修補方法是噴補法和壓漿修補法。其中噴補法分為三種：冷噴補、爐殼開孔使用長槍噴補、遙控噴補。噴補法廣泛運用于磚襯還沒有完全損壞的情況，它可以將噴補料粘結(jié)在爐內(nèi)已有內(nèi)壁上，因此要求噴補料附著性好。這種方法一般要求在停爐后操作施工，少數(shù)部位的噴補造襯施工也可以在不高爐正常檢修期間進行。噴補法能取得較好的修補效果且操作相對簡單安全，因而目前對噴補技術(shù)的研究也較多，但這種方法的缺點是施工工時長，費用較高。

壓入灌漿造襯是在選定了壓漿區(qū)域后，在該區(qū)域上方利用鉆頭在爐殼上鉆孔或利用爐殼上已有孔通過壓入設(shè)備將耐火材料壓入到受補處，在其固化燒結(jié)后與爐內(nèi)現(xiàn)存爐襯或冷卻壁粘結(jié)并代替受損爐襯工作的的一種新型爐襯修補方法。壓入灌漿法可以在不停爐的情況下操作，利用高爐定期休風(fēng)時間，在保持高爐熱狀態(tài)的情況下，從高爐外部對內(nèi)襯進行定點式維修，維修結(jié)束即可恢復(fù)通風(fēng)冶煉。這種方法可在不停產(chǎn)的情況下有效修補爐襯，但由于壓漿法所形成的爐襯強度遠遠比不上原有磚襯，因此新爐襯非常容易被侵蝕，這就可能需要經(jīng)常壓漿操作來防止爐殼處溫度過高，同時由于不同部位灌漿時壓力控制不易，一旦操作失誤就會引發(fā)事故。

1.2. 高爐壓漿的好處

（1）縮短停爐時間 壓漿操作可選擇在高爐休風(fēng)期間進行，一般與高爐定期維護檢查相結(jié)合，如果情況緊急，還可以在高爐生產(chǎn)過程中進行短期的灌漿操作，無需降料線，從而可以縮短高爐的停產(chǎn)時間，節(jié)省高爐維護成本，保持高爐良好狀態(tài)，達到增產(chǎn)增效的目的。

（2）施工方便靈活 由于無需降料線，所以壓漿造襯施工不需要等到高爐出現(xiàn)險情后再專門安排檢修造襯，而可以作為一種日常的高爐定期維護檢修措施，避免造成巨大的損失。

（3）節(jié)省耐火材料 壓入灌漿施工可以根據(jù)爐襯不同受損情況進行的局部造襯，一般不需大面積的修補，同時灌漿造襯可實現(xiàn)“定點施工”，從而節(jié)省大量的耐火材料。

（4）壓入料可選擇性大 壓漿操作一般采用樹脂結(jié)合的耐火材料，并可根據(jù)不同的灌漿部位及施工現(xiàn)場狀況選擇不同的壓入料，與含水噴補料相比，其材料自身的特性與工作性能均有很大的提高。

1.3. 高爐壓漿料的種類和要求

高爐壓漿使用的耐火材料主要有兩類：水性結(jié)合材料和樹脂結(jié)合材料。水性結(jié)合材料主要由水玻璃、水泥、磷酸鹽結(jié)合而成，其主要化學(xué)成分為Al2O3、Fe2O3、K2Na2、SiC，水性結(jié)合材料粘結(jié)強度較高，很容易粘附于冷卻壁或未受損爐襯表面，但若修補時爐襯溫度過高，材料內(nèi)水分會迅速蒸發(fā)進而導(dǎo)致修補層容易脫落，造成修補效果不理想。以樹脂為結(jié)合劑的材料，大多是由礬土、焦寶石、碳素組成，其主要成分為Al2O3、SiO2、SiC或MgO、固定碳。相對來說，水性結(jié)合劑對中小高爐比較實用，對于大型高爐，為了安全、高效以及提高修補料的利用率，多采用樹脂結(jié)合劑材料。高爐壓漿料的特性主要包括：

（1）具有良好的流動性，防止堵塞管道，以便于噴補/壓入施工的順利進行；

（2）具有在一定溫度下快速硬化和凝結(jié)的能力，從而能在高爐爐溫及爐襯余熱的作用下迅速固化在殘存磚襯和冷卻壁周圍；

（3）具有良好的燒結(jié)性以及較高的熱態(tài)強度，在高溫狀態(tài)下，具有較好的結(jié)構(gòu)強度、良好的熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性以提高磚襯的使用壽命；

（4）具有較低的線變化率，整體性好，從而使被修補襯體具有良好的體積穩(wěn)定性；

（5）最好具有良好的再掘性，以方便下次噴補/灌漿時，原有壓入料方便重新開孔或清孔。

2. 高爐灌漿的方法

2.1. 灌漿前的準備

首先，應(yīng)進行現(xiàn)場勘查，對電偶或電容元件基本檢測數(shù)據(jù)進行記錄分析，以確認高爐爐殼發(fā)紅或煤氣泄漏位置，并充分掌握高爐爐體狀況及現(xiàn)場操作環(huán)境。

然后，確認壓入部位并選擇施工方案：是對原壓漿孔進行壓漿還是重新開孔灌漿。

第三，準備壓入施工機器設(shè)備和灌漿料。施工設(shè)備包括：耐高溫截止球閥、連接管、電焊機、電鉆、高爐噴灌壓力機、輸送橡膠管、軟管接頭等，準備壓入料和壓入設(shè)備的操作場地，并應(yīng)具備防雨、防潮、防高溫、防火條件。

最后，要制定壓入時間計劃。

2.2. 施工過程

（1）壓入施工時間的確認。一般在爐殼溫度急劇上升、局部出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象或爐殼上出現(xiàn)裂紋（煤氣泄漏）時，就應(yīng)進行壓入施工。為了確保施工安全，提高施工作業(yè)效率，施工應(yīng)在高爐休風(fēng)期間進行且休風(fēng)時間最好不低于6 小時。若未在休風(fēng)期間完成灌漿作業(yè)，可選擇在休風(fēng)期間開設(shè)壓入孔并焊接壓入短管、連接球閥等，在送風(fēng)期間進行壓入施工。

（2）壓入泥漿試驗。一般在正式進行壓漿施工前，需進行壓漿試驗，目的是使被壓入泥漿在壓漿泵和管道中預(yù)先循環(huán)一下，以防止由于材料阻塞管道而間斷施工，從而提高施工效率。

（3）壓入孔位置的選取。一般在爐殼溫度偏高區(qū)域的上方鉆灌漿孔，防止灌漿液壓力過大而將耐火磚推入到高爐爐內(nèi)冶煉區(qū)域。壓漿孔應(yīng)在爐殼上以1孔/2m2 -2 孔/2m2 的密度設(shè)置，如果高爐投產(chǎn)時間不長，可適當(dāng)降低開孔密度。若需要鉆孔，則在選好開孔位置后用鉆頭在高爐外殼上鉆出直徑約45mm 的孔并在每個孔上焊接直徑約38mm 長度為150mm 的短管。

（4）漿料加熱。灌漿料在壓入前，必須經(jīng)過3—4 小時的加熱軟化以使其流動性能更好，降低灌漿過程中的阻力，從而達到良好的灌漿效果。

（5）灌漿孔清洗。灌漿孔的清理是影響施工質(zhì)量與灌漿實際效果的關(guān)鍵因素。壓入孔清理時，為了提高作業(yè)效率，可選用電動沖擊鉆清理；休風(fēng)時間允許的情況下，也可采用人工作業(yè)方法清理。清理時要清除高爐爐殼內(nèi)壁的壓入料，并應(yīng)將孔內(nèi)雜物清理干凈，保證壓入料暢通的壓入通道，提高灌漿效果。壓入孔清理完畢后，應(yīng)及時焊接帶球閥的壓漿短管，此時應(yīng)將壓漿短管插入經(jīng)開口處理的壓漿通道內(nèi)，并滿焊處理同時確保球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

（6）灌漿孔蒸汽吹掃。通過蒸汽軟管對灌漿短管進行蒸汽吹掃，對孔道預(yù)熱。

（7）攪拌。施工時根據(jù)現(xiàn)場條件，按照攪拌箱的容量，選用合適的攪拌量。把灌漿料倒入攪拌料斗后，首先攪拌1min 左右，然后邊攪拌邊加入規(guī)定比例的粘結(jié)劑。在保證灌漿液流動性的前提下，應(yīng)盡量少加粘結(jié)劑。此外，為了清除壓入料中的塊狀物和其他雜物，應(yīng)在攪拌料槽下方安裝篩網(wǎng)防止壓漿管道堵塞。

（8）設(shè)備預(yù)熱。在清洗及蒸汽吹掃灌漿孔的同時，對灌漿設(shè)備及金屬軟管進行灌漿前試運行，倒入已達到溫度的漿料，通過漿料的循環(huán)運轉(zhuǎn)，使金屬軟管及漿料進一步加熱，確保灌漿料溫度達到要求。

（9）壓入施工。將攪拌好的灌漿料倒入壓力機料斗中，并將壓力機輸出管連接在高爐爐殼的壓入孔上，打開球閥開關(guān)，啟動壓力機將灌漿料壓入爐內(nèi)受損處。一般采用低壓-中壓-高壓的步驟壓漿作業(yè)，具體的壓力值跟高爐爐體容積及不同組成部位的材料有關(guān)。

2.3. 灌漿效果

（1）防止爐內(nèi)磚襯進一步損壞；

（2）防止爐殼及冷卻設(shè)備因過熱而受損或變形；

（3）修補爐襯中的裂縫，防止煤氣泄漏、砌體竄風(fēng)；

（4）保持爐襯厚度，提高爐內(nèi)設(shè)備利用率。

3. 寶鋼高爐壓漿實踐（國內(nèi)早期壓漿技術(shù)）

寶鋼高爐壓漿是最早在中國進行壓漿的技術(shù)案例。從1987年5月開始，寶鋼高爐應(yīng)用壓漿技術(shù)護爐，延長高爐壽命、維持高爐正常生產(chǎn)。

3.1. 爐缸爐底壓漿

高爐爐底壓漿是軟質(zhì)壓漿.所用壓漿料為CC-3B炭糊，其成分為：灰分3%，揮發(fā)分37%，固定碳60%。從1987年5月19日至1988年9月，在1號（一代爐役）高爐鐵口區(qū)域的不同部位開孔壓槳，壓入漿料計23.5t。

寶鋼2 號高爐于1991 年6 月投產(chǎn)（一代爐役）。在1991 年12 月20 日定修時，開始對爐缸進行壓漿。壓漿對減少與防止鐵口冒煤氣效果同樣良好.故高爐開工半年左右進行爐缸壓漿對護爐大有好處.

3.2. 爐身硬質(zhì)壓漿料

根據(jù)日本高爐的實踐，硬質(zhì)壓漿效果更好.所謂硬質(zhì)壓漿是壓入料的成份有了改變，增加了Si02與C，外加粘結(jié)劑混合，在碾泥機內(nèi)碾成一體，硬度較大，要求馬夏值控制在2.1MPa 左右。由于硬度大，要求有硬質(zhì)料壓入機.這種壓入機是一種高壓泵，較大壓力達18.8MPa. 壓入部位也是爐身中、下部.當(dāng)爐襯侵蝕到殘存厚度200mm 左右，或鐵皮溫度大于250℃ 時，對這些部位的鐵皮與爐襯開孔(注意要將爐襯鉆通)，利用高壓泵將硬質(zhì)料壓入爐內(nèi)，在爐料的阻力下，壓入料緊貼鐵皮形成一層耐火層，而起到保護鐵皮的作用。

3.3. 編者按

寶鋼高爐作為中國國內(nèi)最早采用壓漿技術(shù)的一批高爐，在高爐爐身、爐缸爐底壓漿方面進行了一系列的實踐，為壓漿技術(shù)在國內(nèi)的迅速推廣打開了局面。由于技術(shù)是從日本引進的，在壓漿料、壓漿設(shè)備等方面都嚴重依賴日本，隨著高爐壓漿技術(shù)的推廣，壓漿料和設(shè)備在國內(nèi)也逐漸發(fā)展起來。目前，在國內(nèi)存在很多的專門壓漿的企業(yè)，但在壓漿料和設(shè)備專利等方面，同國外還存在很大的差距。

4. 柳鋼6號（1580m3）高爐灌漿

4.1. 灌漿前狀態(tài)

在灌漿前，6號高爐的爐缸區(qū)域熱電偶溫度普遍出現(xiàn)了升高現(xiàn)象，爐基區(qū)域有煤氣竄漏的現(xiàn)象，東西鐵口竄煤氣嚴重。

4.2. 施工及效果

（1）開孔：在熱電偶位置的正下方開設(shè)灌漿孔，以保證漿料能夠充分填充到冷卻壁與炭磚之間的縫隙、爐缸炭磚的裂縫處及已經(jīng)形成的煤氣通道，爐缸區(qū)域共計開設(shè)灌漿孔9個。為了緩解爐基部位的煤氣泄漏，在爐基區(qū)域開設(shè)灌漿孔9個。為了減弱東鐵口的煤氣泄漏，在東鐵口的左右以及正上方開設(shè)灌漿孔3個。

（2）施工：①休風(fēng)前將壓漿機、輸漿膠管、灌漿料、壓漿管配件、閥門、工具材料等準備好。②休風(fēng)后在預(yù)先確定好的高溫區(qū)域使用專業(yè)開孔設(shè)備開孔，用電錘處理開設(shè)的灌漿孔，以保證灌漿料能夠順利壓入冷卻壁與炭磚之間以及炭磚環(huán)行裂縫之間的縫隙。③灌漿時，把攪拌好的灌漿料倒入料斗中，把灌漿機上的皮管接在高爐的灌漿孔上，通過硬連接使其緊密連接，開動灌漿機，將壓入料壓入高爐爐襯空隙部位。壓漿的壓力要控制在較高壓力范圍，要在8～10MPa 波動2～3 次，最后壓力要達到10MPa，維持數(shù)分鐘后才能終止。當(dāng)完成一個孔的預(yù)定量后，應(yīng)該停泵。④灌漿檢修時間為30h，共計開孔20 個

4.3. 灌漿效果

經(jīng)過灌漿維護后，熱電偶處的溫度下降非常明顯，最高下降了100℃。鐵口爐缸區(qū)域煤氣氣量經(jīng)過檢測明顯降低，下降了200ppm。鐵口區(qū)域的煤氣泄漏情況轉(zhuǎn)好，明火減弱。

4.4. 編者按

柳鋼6號高爐灌漿的重點在于爐缸區(qū)域的鐵口附近，由于能夠壓漿進去，熱電偶溫度降低明顯，同時，由于煤氣通道被灌漿料堵住，鐵口跑煤氣現(xiàn)象得到有效控制。此外，此次壓漿壓入的位置是在冷卻壁熱面與碳磚之間，如果高爐爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計不存在這個部位，即無填料層，不建議壓漿；高爐冶煉后期，計算侵蝕殘余厚度＜250mm的爐缸部位也不建議壓漿，防治將內(nèi)部碳磚破壞，造成鐵水燒出。

5. 濟鋼1750m3高爐在線壓漿技術(shù)

高爐在線壓漿技術(shù)涉及復(fù)雜的安全防護、計算等，是高爐壓漿技術(shù)的難點。2009年7月l日，首先在濟鋼3號1750m3高爐試驗取得成功;隨后，于7月16日和7月27日分別在2號1750m3、3號1750m3高爐實施。通過濟鋼1750m3高爐在線灌漿試驗的成功，找出了在正常生產(chǎn)過程中對爐缸進行在線灌漿的可行性辦法，實現(xiàn)每半月進行一次生產(chǎn)中在線爐缸灌漿，能有效地消除了爐缸磚襯間的間隙，這樣就提高了爐缸冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，減緩了爐缸磚襯的侵蝕，對延長高爐的使用壽命起到了積極的作用。

5.1. 灌漿料的選擇

根據(jù)高爐爐缸及爐身等部位耐火材料的性能，灌漿用漿料必須具備以下基本性能: 首先應(yīng)具有良好的流動性和壓人施工性能，便于壓人施工的順利進行;其次，灌漿泥料的膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等應(yīng)跟炭磚耐材基本相似。

5.2. 灌漿操作

( 1 )漿料加熱。碳膠在壓入前，必須經(jīng)過3 -4h的加溫軟化，從而使其流動性能好，再加上原有碳膠過教過厚，灌漿軟管的過長，就影響了碳膠的流動性，導(dǎo)致壓入時壓力上升所以對漿料的溫度納入管理。漿料的溫度對漿料在灌漿軟管內(nèi)的強降與流動性至關(guān)重要，提高漿料溫度，降低灌漿料過程中的阻力，加熱溫度不夠，影響灌漿效果和灌漿速度，所以碳膠溫度必須保持80 – 90℃，這樣漿料才能夠有良好的流動性。

(2) 灌漿孔清孔：灌漿孔是1根焊接在爐哇上的金屬短管，長期受到爐缸灑水的冷卻，使短管內(nèi)的原有碳膠凝固變硬，將灌漿孔堵死，從而導(dǎo)致在漿料壓入時，壓力增大，無法壓入，所以對爐缸周圍的所有灌漿孔必須進行清孔。清孔前對工作區(qū)域進行煤氣濃度測量<25×10-6時正常進行，當(dāng)>25×10-6時必須帶好空氣呼吸器。穿戴好防護用品，選好站位，避開灌漿孔正面，緩慢打開灌漿孔閥門，使用專用工具對灌漿孔進行由外到內(nèi)清除管道內(nèi)的粘接物，清孔深度直達磚襯。

(3 )灌漿孔蒸汽吹掃。選好站位，避開正面，通過蒸汽軟管對灌漿短管進行蒸汽吹掃，對孔道預(yù)熱。

（4）設(shè)備預(yù)熱。在清孔及蒸汽吹掃的同時，對灌漿設(shè)備及金屬軟管進行灌漿前試運轉(zhuǎn)，倒入己加熱達到溫度的漿料，開啟灌漿泵的加熱功能，通過漿料的循環(huán)運轉(zhuǎn)，使金屬軟管及漿料得到進一步加熱，確保漿料溫度達到要求。

（5）進行灌漿。灌漿時的壓入順序時由下至L 一層隔一層，一孔隔一孔的順序，循環(huán)壓入的方法。根據(jù)爐前灌漿人員的指令，對已經(jīng)過蒸汽吹掃的灌漿孔進行灌漿。由操作人員放下金屬軟管，連接灌漿孔，旋緊連接口，先打開金屬軟管閥門，再打開灌漿孔閥門。再次確認閥門開閉狀態(tài)，確認無誤，遠離灌漿孔區(qū)域，通知操作壓漿泵的工作人員，可以灌漿。操作者接到指令后，確認可以壓漿，爐前監(jiān)護人員一起眼睛盯著壓力表，推動壓漿操縱桿穩(wěn)定前進.壓力低于2.5 MPa 且返料管沒有返料，表示漿料已經(jīng)壓入。在漿料倒人灌漿機之前，漿料必須用憤拌機攪拌均勻，防止人為增加灌漿阻力，壓力上升超過2.5 MPa 時，拉下壓漿操縱桿，停止灌槳，關(guān)閉灌漿設(shè)備，并卸壓同時通知爐缸灌漿人員接上一個灌漿孔。周而復(fù)始，直到所有的灌漿孔都灌過，可然并不是所有的灌漿孔都能灌入漿料，重點部位在側(cè)壁溫度較高的區(qū)域。

(6 )記錄。在灌漿過程中，對每次灌入的漿料溫度、數(shù)量、壓力值及其變化、時間、灌漿孔編號記錄在案，有助于調(diào)整下一次灌漿方案和進程。

(7) 結(jié)束收尾。灌漿結(jié)束后，檢查爐缸內(nèi)每個灌漿孔的閥門及閥頭，確保全部關(guān)嚴，無遺漏。對現(xiàn)場所記錄的數(shù)據(jù)進行整理，備案，總結(jié)本次灌漿過程中的優(yōu)點和缺點，優(yōu)點加以保留，缺點在下次中改進。對灌漿現(xiàn)場進行整理整頓，做好"6S"工作。