钢铁工业炉窑施工应用新技术介绍

2016-10-09朱相国

工业炉 2016年3期

关键词：炉窑炉衬热风炉

朱相国

（鞍钢建设集团有限公司工业炉分公司，辽宁鞍山114021）

钢铁工业炉窑施工应用新技术介绍

朱相国

（鞍钢建设集团有限公司工业炉分公司，辽宁鞍山114021）

介绍了钢铁行业工业炉窑检修的内衬拆除机械化施工新技术和新设备、应用于高炉的硬质压人造衬技术、湿法遥控喷涂造衬技术、高炉炉底找平层浇注技术、炉缸整体浇注技术、热风炉蓄热体覆层技术、回转窑砌砖机砌筑技术、应用于加热炉的多晶莫来石贴块技术、以及炉衬覆层技术及纳米微孔绝热材料等一批工业炉窑检修施工领域已成熟的前沿技术。

工业炉窑；施工新技术；高炉；加热炉

随着钢铁工业的行业发展和技术进步，出现了一批区别于传统工艺的新材料、新技术、新设备，它们的使用使炉窑检修效率成倍提高，检修周期及成本降低，同时节省炉窑的检修时间，值得我们在生产实际中推广应用。

1　炉窑内衬拆除机械化施工新技术

1.1大型高炉内衬采用挖掘机入炉拆除技术

高炉是钢铁冶炼流程的开端，检修工期往往都很有限，大型高炉大修时拆除炉衬耐材量在2 000 t以上，同时还有残铁及残料。为实现快速拆除高炉炉衬，在风口平台高度搭设一个载荷为300 kN/m2的钢平台，并在对应位置上开炉体大门，如图1所示，将挖掘机吊到钢平台上由大门处开始人炉拆除作业，同时在炉体对称位置还需打通一道外排废物大门，也作为人炉挖掘机的出口。在24 h作业的条件下，一座3 200 m3高炉内衬5～6 d可拆除清理完成。为保障挖掘机快速拆除高炉炉衬的顺利还需在高炉停炉前使用残铁引出技术，将残铁量降到最低，在拆除过程中遇到坚硬熔结层采用微差爆破拆除。

1.2拆炉机的使用

拆炉机主要用于转炉、钢包、铁水罐、铁钩等的内衬砖拆除，效率高，连续作业，适合作业环境好的施工现场，可拆除坚硬的内衬，还可用于钻孔作业。拆炉机主臂俯角和仰角大，可360。旋转，伸缩臂可根据施工环境任意伸缩。

图1　挖掘机拆除高炉内衬示意图

图2　拆炉机实物图

1.3拆除机器人

拆除机器人具有灵活性高、体积小、可遥控操作，电驱动可在高温高粉尘环境下使用等特点，适用于作业面狭窄，安全风险高的工业炉窑内衬拆除环境。主要适用于回转窑内衬拆除。

回转窑在停窑冷却到100℃左右，拆除机器人可进人拆除，人员可无线遥控操作，安全性高，见图3。拆除砖内衬回转窑速度可以达到12 m/h，还可快速换成铲斗进行清运作业。

图3　机器人拆除回转窑内衬作业图

2　应用于高炉的新技术

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。确保高炉长寿命运行具有显著的经济效益，是近年来行业的研究热点。

2.1炉衬厚度检测+硬质压入造衬技术

采用硬质压人造衬技术要首先确定炉衬厚度在临界范围内或者出现炉皮红现象的区域才可施行。采用超声波、激光等直接测量高炉内衬厚度方法结合热电偶法对高炉内衬进行准确测定评估，然后对内衬薄的部位进行硬质压人造衬，使高炉内衬保持一定厚度，确保高炉安全生产，避免炉衬烧穿等重大事故。高炉硬质压人是高炉炉衬热态维护技术，通过检测评估定期压人，可以维持稳定的高炉炉衬厚度。该技术的基本原理是利用高炉休风时间，在高炉炉衬薄弱处及损坏处开孔，焊接压人短管，利用耐高压管道连接开孔处和专用设备，高压设备将硬质压人料等压人炉内并扩展，硬质压人料受专用硬化剂及炉温作用后迅速硬化，并与炉内材料结合形成新的复合炉衬。

硬质压人技术区别于压力灌浆，压力灌浆和硬质压人都有配套的专用料，硬质压人造衬用料量较多。硬质压人料采用的是以有机物与陶瓷为结合相的无水压人料，最大颗粒＜1 mm具有良好的泵送施工性能。压人工作压力2～3 MPa，最大工作压力7 MPa。压人一次炉衬的使用寿命在4～6个月。硬质压人造衬技术是一项集压人材料、压人设备及压人施工为一体的综合应用技术。

2.2湿法遥控喷涂技术

湿法喷涂技术与干法喷涂的区别：

（1）干法喷涂水料在喷枪嘴内混合，加水量10%以上；湿法喷涂水料在给料器加水搅拌好，加水量不大于6%。

（2）湿法喷涂料性能指标远优于干法喷涂料，见表1，具有更好的耐磨、抗侵蚀性能，炉衬使用寿命更长。

（3）湿法喷涂粉尘少，反弹率5%左右；干法喷涂粉尘大，反弹率一般在20%以上。

（4）湿法喷涂骨料最大颗粒达10 mm，喷涂后强度及外观达到支模浇注水平；干法喷涂颗粒不超过5 mm，不利于材料结构性能的发挥。

（5）湿法喷涂与干法喷涂所用设备不同，湿法喷涂设备可实现“脉冲喷涂”，喷出的料柱更均匀。

湿法遥控喷涂造衬技术集专用设备、专用材料于一身，可实现热态喷涂，如图4，大大缩短了高炉的检修时间，降低成本。在炉身上部、炉身下部及炉腰、炉腹部位针对使用温度不同及环境条件不一样，使用不同的湿法喷涂料牌号。湿法遥控热态喷涂可以达到8 t/h的喷注能力，喷涂后的新内衬经36～48 h的烘烤脱水后可投人使用，造衬后使用寿命在18个月以上。

表1　湿法喷涂料与干法喷涂料性能指标对比

图4　湿法遥控喷涂示意图

2.3炉底找平层浇注技术

高炉的炉底找平层是炉底水冷管上半圆区域耐火材料层，用于调节炉缸砌体的标高，是满铺碳砖砌筑的基础。在3 200 m3的高炉大修中用碳素捣打料施工找平层大约72 h，而用泵送浇筑技术只需要12 h，节省了工期。同时炉底找平层浇注料在国内高炉的实绩效果看，性能完全能够达到并且超过碳素捣打料。炉底找平层浇注料以美国美固美特公司生产的Metpump牌系列产品为优，其性能特点如下：

（1）具有使用温度高、蠕变率低和超高温强度，同时耐热冲击性能突出，适用于高温、高强度且热负荷变化剧烈的区域。

（2）施工后在100℃以下即可完全脱水、脱水速度快，可以缩短甚至取消施工后的烘烤时间。

（3）导热性能好。在20℃时导热系数8～12 W/（m·K），比相同密度、未焙烧的生石墨捣打料高6倍。

（4）耐机械冲刷，耐化学侵蚀；自流性好，可泵送施工。

2.4炉缸整体浇注技术

炉缸整体浇注技术用于陶瓷杯已完全侵蚀，满铺碳砖及环碳部分残留的高炉的内衬整体再造来代替原有的陶瓷杯。适用于中小型高炉内衬整体浇注及大型高炉的环碳及陶瓷杯壁浇注。此技术分为碳砖修复和支模浇注两个阶段实施，如图5。炉底满铺碳砖，已完全侵蚀及破损的需重新砌筑，环碳小面积损坏区域采用高导热自流浇注料修补，环碳大面积损坏区域或碳砖残留≤800 mm用微孔小碳块砌筑。铁口和风口全浇注成型，不使用组合砖，如图6，与炉缸砌体整体浇注。所用浇注料采用纳米耐磨无水结合，以优质刚玉、SiC为主要原料，不添加水泥，具有良好的抗侵蚀、抗冲刷性能。

图5　炉缸整体浇注施工图

图6　风口及陶瓷杯壁浇注图

此技术具有如下优势：采用的浇注料耐磨性、热韧性好；整体浇注成型，与碳砖表面接触良好，气隙小，耐侵蚀性好；只需局部拆除损坏的碳砖修复，无需大量拆除碳砖重新砌筑，经济性高；便捷的泵送浇注施工，防爆快干，周期短，可快速复产。目前国内只有少数几家公司掌握此技术。

3　应用于热风炉的新技术

应用于热风炉的高效蓄热体覆层技术较多，覆层技术是在蓄热体表面蘸覆或喷涂一层具有高发射率的材料，使蓄热体表面具有很强的热辐射吸收和辐射能力，使辐射传热的效率提高。其技术原理是材料的吸收率与发射率保持平衡，热风炉内工况下以辐射换热为主，辐射传热量占85%以上，根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律E=ε0C0（T/100）4，采用高辐射覆层技术后，基体表面发射率增大，辐射换热量相应成倍增加。

常温下蓄热体的发射率一般为0.6～0.8，随着温度的升高，会大幅度下降，而高发射率覆层能一直保持较高的发射率0.9。蓄热体覆层技术主要应用在球式热风炉、格子砖式热风炉的蓄热体及拱顶。高效蓄热体覆层技术的应用效果主要在宏观上看，采用此技术的热风炉热量吞吐能力大，提高送风温度，降低排烟温度，使热风炉的能耗降低，热风炉的蓄热体使用寿命延长。

4　应用于回转窑的新技术

近几年回转窑设计窑径越来越大，内衬多为复合窑衬，砌筑难点增多。采用顶杠法砌筑回转窑内衬时，窑径大于5 m支顶困难，易引起塌砖。回转窑砌砖机砌筑不用支顶、不用券胎、不用转窑，砌筑质量可靠，见图7、图8。

图7　回转窑砌砖机实物图

图8　砌砖机实际应用图

回转窑砌砖机以0.4～0.6 MPa压缩空气为动力，在回转窑底半圆砌筑完成后安装在砌体上，操作人员站在机架上操作及上砖。砌砖机常用型号可砌筑窑径在4～6.5 m的回转窑，砌筑上半圆的速度在1 m/h以上，总体进度可达每天16～20 m，减轻人员劳动强度，提高回转窑检修效率。

5　应用于加热炉的新技术

5.1多晶莫来石纤维贴块技术

此技术是采用高温粘结剂在加热炉炉墙、炉顶工作层上粘贴一层具有抗热震、高温稳定、低导热率、优良的耐蚀性的多晶莫来石纤维贴块（见表2），提高加热炉的各项热工指标。适用于未进行蓄热式改造的常规加热炉，简便易行，效果良好，能耗可降低约0.1 GJ/t钢，缺点是使用一年后会出现15%左右的剥落。

5.2内衬覆层技术

加热炉内衬覆层技术与热风炉的蓄热体覆层技术原理相同，通过覆层提高内衬表面的发射率，强化炉膛内的辐射换热，达到钢坯加热炉均匀，炉壳温度降低，吨钢煤气消耗降低，炉衬使用寿命延长。常规节能覆层的平均节能效果一般在10%以内，新型的纳米SiC粉节能效果可达15%以上。

5.3纳米微孔绝热材料应用

纳米微孔绝热材料是一种采用气相法氧化硅干粉无结合剂加压成型制成的新型高温隔热材料，用其加工的纳米微孔绝热板已应用于加热炉的炉底、炉墙隔热保温。纳米微孔绝热板使用温度可达1 050℃，其最大特点是导热系数极低，是加热炉常用的NG120-0.6轻质粘土砖导热系数的十分之一，是陶瓷纤维背衬板导热系数的三分之一，导热系数对比见图9，具有很好的高温绝热保温效果，应用前景广阔。

图9　纳米微孔材料导热系数对比图

6　结语

钢铁行业的工业炉窑是工艺流程中的重要设备，通过工业炉窑检修施工上的适用可行的新技术可以提高设备运行效率和检修效率，节能降耗，提高生产力水平，创造经济价值。

Introduction of New Technology Application in Iron and Steel Industrial Furnace Construction

ZHU Xiangguo
（Industrial Furnace Branch，Ansteel Construction Consortium Co.，Ltd，Anshan 114021，China）

A series of advanced mature new technologies in industrial furnace overhaul construction fields are introduced，such as the mechanical construction new technology and new equipment of industrial furnace lining repair demolition in iron and steel industry，the technology of hard pressed into the lining of blast furnace，the technology of wet spraying remote control and spraying，the technology of casting bottom leveling layer of blast furnace，the integral casting technology of hearth，the technology of heat storage layer in hot blast stove，the rotary kiln lining brick masonry technology，the polycrystalline mullite sticking technology used in the heating furnace，the heating furnace lining coating technology and nano porous thermal insulation material and so on.

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