高炉炉缸浇注修复技术的应用

赵满祥 贾国利 张海滨 赵瑞丰 张 勇

1.前言

首钢股份公司2号高炉于2007年1月4日开炉投产，设计炉龄15年，随着炉役期的增长炉缸侵蚀日益严重。累计导致5次停风凉炉，16次堵风口降低冶炼强度。长期频繁的加钛护炉对高炉各项技术经济指标造成严重影响，制约了铁水产能的发挥和铁水质量的稳定。

为了降低护炉成本，改善铁水质量，延长高炉寿命，首钢股份公司在长期摸索，充分调研和可行性评估的基础上，于2018年8月对2号高炉炉缸进行了整体浇注修复，从根本上解决了炉缸存在的安全隐患，保障了高炉高产稳产。

2.炉缸修复前的准备及放残铁操作

2.1 炉缸修复的迫切性及必要性

保障生产安全，改善铁水质量，提高铁水产能。炉缸侧壁水温差长期居高不下是首钢股份2号高炉生产存在的巨大安全隐患，主动提前进行炉缸整体浇注修复，不仅可消除恶性烧出事故隐患，而且可以避免加钛护炉，保障铁水质量，降低高附加值品种钢冶炼难度。此外，因炉缸安全隐患，首钢股份2号高炉被迫下调高炉有效容积利用系数，每天产量损失500吨以上。进行炉缸浇注修复是快速提升高炉产能的有力手段。

参考包钢2200m3高炉、营口中板2350m3高炉、本钢2600m3高炉分别于2017年5月、2017年12月、2018年2月进行炉缸炭砖利旧整体浇注修复技术，以及墨西哥AHMSA 5号2200m3高炉（UCAR小块炭砖炉缸）的成功经验认为，炉缸整体浇注技术目前已趋于成熟，修复效果可靠，国内外均有大量的成功案例，进行炉缸整体浇注修复，预计可延长高炉寿命3年以上，此外，近年来高频度的环保限产也使得高炉检修有相对充裕的时间。因而决定，对高炉炉缸进行碳砖利旧整体浇注修复。

2.2 炉缸侵蚀测算及放残铁准备

炉缸侵蚀计算采用了傅立叶导热公式和拉姆热工公式两种方法，计算结果较为接近，利用傅立叶导热公式计算的最大侵蚀面标高为7.045m，陶瓷垫残余厚度为0.345m，而用拉姆热工公式计算的相应数据分别为7.186m和0.486m。在侵蚀测算的基础上，根据现场管道、线路设置情况，将残铁口方位最终选择在二段冷却壁9号水箱，并进一步结合炉皮温度方式将残铁口确定在标高6.9m位置。

根据现场施工环境和条件，为了增大残铁沟角度，以利于渣铁流动，最终确定设置残铁坑的方式处理残铁。其中主残铁沟长度26m，坡度为7°，残铁坑上方的残铁沟长度为30m，标高有3.7m-0.1m，坡度亦为7°，并设置支沟嘴9个，间距3m。因时值雨季，残铁坑采取了设置挡水墙，铺垫捣打料等防水措施。

2.3 放残铁操作

2018年7月31日，首钢股份2号高炉降料面停炉后，进行了放残铁操作。放残铁前炉皮实际切割面积宽700mm×高800mm。炉皮切割、摘水箱后测露出的碳砖表面温度为245℃。遂使用φ45mm钻头，2m钎杆开口，钻1m深后改φ50mm钻头扩径，钻到接近1.4m左右钻不动，遂用12m长氧气管烧残铁口至铁水流出，放残铁过程历时100min，共放残铁约400t。从降完料面开始改水管至放完残铁共历时21.6小时（见表1）。

之后的炉缸清理表明，炉底最大侵蚀面标高与计算值偏差较大，主要原因是陶瓷垫第二层间隙渗铁严重，导致第二层陶瓷垫的热导率升高。但残铁口标高的选择考虑到了炉皮温度拐点，总体比较准确。此外，因残铁口附近空间狭窄，操作环境恶劣，残铁口被焦炭卡塞后人员难以靠近疏通，导致部分残铁滞留炉内，增加了炉缸清理难度。

2.4 凉炉及炉缸清理

制作凉炉打水管10根，规格Ø45×6×7000mm（打孔区域长度1000mm，孔径Ø5，孔间距35mm，共开3排孔，约85个孔）。打水管进水端焊接1个DN40单丝头，与风口进水金属软管连接，利用风口电磁流量计显示打水量，累计流量数据显示到煤水操作室。打水过程中，采用间歇式打水方式，在保证凉炉的前提下最大程度的保护碳砖。凉炉过程共计打水1500t。

为了最大限度保护炉内残留碳砖砌体，保证炉壳整体强度，此次炉缸修复未切割炉壳“开大门”，因而炉缸清理出的残渣铁和残砖废料主要由风口和炉顶大方人孔运出。由风口出料共510吨，由炉顶大方入孔出料2573吨。炉缸清理采用了人工，钩机及重锤破碎等多种方式。

炉缸清理标准及浇注前准备工作：清理脆化失效以及可能的环裂表层碳砖，并将碳砖表面清理干净，以坚固的碳砖作为浇注基准面；吹扫炉缸及风口区域残衬界面，碳砖界面喷涂防氧化粘接剂，防止碳砖界面在烘烤过程中接触水蒸气氧化，同时增加碳砖与浇注料的结合性。

3.炉缸浇注

炉缸浇注整体采用耐侵蚀性能较好的MP10浇注料，该浇注料以刚玉及碳化硅为主要原料，以硅溶胶为结合剂采取泵送浇注工艺，具有高温耐压强度高，抗渣铁侵蚀性能好、抗冲刷等优点。

具体炉缸浇注修复施工内容：通过浇注恢复两层炉底共计1m，死铁层厚度增加至2.5m；铁口中心线以下非铁口区域加厚150mm-1293mm，高度2200mm； 铁口区域较原碳砖厚度增加500mm，浇注厚度为2214mm，高度3700mm；铁口以上非铁口区域，整体加厚80mm-1223mm；风口区域浇注厚度较原砌砖厚度减薄80mm，浇注料直段上沿距离大套上沿180mm；铁口通道用φ220mm的圆盘磨铣，预埋φ89mm圆铁管，再用炉缸浇注料整体浇注；残铁口通道清理残余渣铁后用炉缸浇注料整体浇注（见图1）。

本次炉缸浇注修复后炉缸内型总体变化为炉缸直径累计支模7次 ，浇注8次，累计耗用浇注料759吨，耗时225小时 （9.4天）。完成浇注后，风口带上沿因浇注产生的错台采用喷涂方式形成倒角，使整个浇注面形成平滑过渡。浇注完成后炉缸内型总体变化趋势为直径缩小，死铁层加深，以及铁口区域加厚。

4.炉缸浇注后高炉恢复情况

在完成炉缸浇注修复后，首钢股份2号高炉进行了炉体喷涂造衬，烘炉过程为兼顾炉缸浇注料及炉体喷涂料性能特点，将原烘炉曲线中升温段的升温速率由60℃/h调整为37.5℃/h，以防止升温速率过快导致上部喷涂料爆裂脱落。本次烘炉共计耗时80h。

表1 首钢股份2号高炉放残铁操作流程及耗时情况比较

为了有利于烘炉期间炉缸浇筑料水分的排出，在炉缸1段水箱炉壳北侧、西南侧，各设置了一个排水孔（利旧灌浆孔），烘炉期间有少量滴水，处于安全考虑烘炉结束后将该排水孔封闭。

由于工期紧，烘炉时间相对较短，以及排水孔设置少，关闭早，导致开炉初期炉门出现较严重的喷溅现象，部分风口与中缸之间也出现渗水。开炉两周后上述现象才逐渐消失。

首钢股份2号高炉开炉至今，炉门深度较浇注前更易维护，打泥量较浇注前下降15%-20%。据推测应与炉门区域浇注厚度较原碳砖砌筑厚度增加有关（增加500mm）。

浇注修复后的炉内冶炼强化过程比较顺利，首钢股份公司铁前技术人员在较短时间内摸索出适应新炉型的高炉基本操作制度以及炉前出铁制度。目前首钢股份2号高炉的焦炭负荷、铁水产量逐月稳步提升，接近该高炉的历史最好水平（见图2、图3）。

图1 炉缸浇注修复剖面图与俯视图

图2 炉缸浇注前后高炉利用系数变化 t/(m3·d)

图3 炉缸浇注前后高炉焦比变化 kg/t

5.结语

首钢股份公司2号高炉炉缸浇注修复施工是首钢股份公司成立以来首次高炉放残铁操作，也是首钢集团首次以浇注的方式进行炉缸修复，本次检修施工共历时46天，根据目前该高炉生产情况和炉缸温度情况评判此次炉缸修复达到了预期目标。炉缸侧壁温度总体低于修复前水平，且平稳可控。高炉技术经济指标不断提升，接近该高炉历史最好水平。本次炉缸浇注修复的主要经验有：

（1）高效、安全、彻底的放残铁操作以及炉缸清理工作是炉缸浇注修复的关键环节和重要前提，也是总工期计划兑现率的有力保障，必须结合高炉实际情况制定周密细致的专项方案和相关预案，并反复测算评估，确保检修顺利进行。

（2）实践证明浇注过程对炉型适当的合理修正是可行的，尤其是对炉门区域进行适当修正可起到抑制炉缸侵蚀，强化炉门维护的作用。

（3）浇注后的烘炉及炉底排水工作至关重要，决定着浇注质量并影响开炉恢复进程，须兼顾各部位不同耐材的烘烤需求、统筹平衡好安全、工期与质量等多方面关系。

（4）炉缸浇注修复改变了原有炉缸内型及耐材材质，需根据实际情况重新建立炉缸侵蚀预测模型，并制定完善相应的炉缸维护策略。