高炉内衬湿法喷注造衬技术开发及应用

1、高炉内衬湿法喷注造衬技术开发及应用刘贯重 于运祥 唐明珠 章荣会 北京联合荣大工程材料有限责任公司摘要：本文对北京联合荣大工程材料技术研究院开发的高炉内衬湿法喷注造衬技术进行了系统介绍，此技术已在国内外几家钢铁公司进行了实践应用，并通过冶金专家评定，认为：该项技术成果填补了国内空白，并达到同类技术的国际先进水平，具有广泛的推广应用价值。关键词：喷注料，喷注造衬，泵送性，速凝性高炉是长期处于连续高温生产的冶炼设备。在长期运行中，高炉内衬受到侵蚀、剥落出现局部或大面积损坏，影响高炉正常运行。为了使高炉达到长寿、高效的目的，延长高炉寿命一直是冶炼工程技术人员关心的课题。高炉长寿是炼铁技术发展水平标志

2、之一，目前国内已开始普遍采用遥控热态喷补造衬技术，技术特点是在不停炉的前提下利用高炉休风对内衬进行喷补。与原来传统的停炉维修相比，其具有施工方便、耗时少、投产快的特点。但半干法喷涂技术不可避免出现以下几个缺憾：反弹率高、喷涂层结构均匀性差（喷枪头加水，水料混合难均匀充分）、喷涂时粉尘严重等缺点。为此北京联合荣大公司全套引进日本青木建设材料技术与设备技术，并花费2年时间进行消化。在此期间，我公司通过大量的模拟试验、现场应用试验，不仅全面掌握其特点更发现和改进其所存在的缺陷；同时完成与之匹配的各种喷注浇注料的开发。从而最终使我公司成为国内耐火企业具备高炉遥控湿法喷注造衬维修技术的第一家。1 湿法喷

3、注与传统喷涂相比的优势图 1 干法喷涂施工工艺示意图传统的干法（工艺示意见图1）和半干法喷涂工艺其实并无多大区别，均是大量水在喷枪口处加入，干或简单润湿的料瞬间高速通过喷枪口，料与水不能均匀混合。由此而带来了一系列其自身无法克服的弊端：1） 加水由喷枪手控制决定，无法按设计准确计量添加；2） 喷涂料无法添加高效减水剂，其用水量会远远超出同等档次的浇注料，因此其各项性能与同等档次浇注料相比也会大大折扣；3） 喷涂层变为了水与料交替层叠的堆积层，很难形成性能均一体而易产生层状剥落；4） 喷涂中大量颗粒料反弹、细粉料飞散，原颗粒级配设计被完全破坏；喷涂上去的材料性能与设计相差甚远，各项性能大幅降低。

4、5） 由于大颗粒易回弹，所以传统喷注料中的大颗粒的临界粒度不超过5mm，大多在3-4mm。小的临界粒度不利于材料结构性能的发挥。图2 干法喷涂施工工艺示意图而对于湿法喷注技术（工艺示意见图2）而言，进入喷涂机的料为按照设计加水量预搅拌均匀的砂浆状浇注料。此浇注料在喷枪口处与雾化的速凝剂混合喷出，在待喷面上浇注料瞬时失去流动性而紧密贴附。其不存在水与料在枪口瞬间混合的问题，因此其完全避免了干法和半干法喷涂技术的弊端，因此湿法喷注具有以下几个特点：1） 事先搅拌，加水量可按设计计量添加；2） 足够的搅拌时间使减水分散剂效果得以充分发挥，加水量可与同等浇注料相当；图3 喷注层切开后截面效果3） 由于

5、为加水搅拌均匀的砂浆浇注料，无水料分离现象喷涂层均一密实；4） 喷注时无粉尘；回弹量极低（仅5%左右），能很好的保证原颗粒级配设计；因此喷注的效果可接近或达到支模振动浇注水平。5） 喷注料的临界粒度达到常规浇注料临界粒度10mm，因此材料具有与浇注料相近结构性能。 综上可见，湿法喷注技术不仅具有传统喷涂施工的便捷，而且避免了其缺陷，可与支模浇注的性能效果相媲美（喷注层切开后截面效果，见右图3）。2 湿法喷注的技术关键2.1 喷注浇注料方面首先要解决的问题是喷注浇注料的流变性能即可泵送性（喷注料合适泵送流动性见图4），其流变性能决定其是否可以顺利输送。解决的主要途径包括：1） 原料选择及颗粒级配

6、：致密近圆形的颗粒骨料和合理的颗粒级配；2） 高效减水剂的应用：根据所用原料材质、微粉种类及用量的不同选择合适的减水剂；图4 喷注料的泵送流动性图5 喷注料加速凝剂后瞬间稠化其次要解决的问题是喷注浇注料的瞬间塑凝，只有其合适塑凝程度，才能保证喷注出材料不流淌、回弹率低且具有类似浇注效果的致密性。解决的途径：针对所选用的不同结合系统和减水分散系统，选择适合的塑凝剂和确定合适加量（喷注料加速凝剂后瞬间稠化效果见图5）。2.2 设备方面图 6 荣大公司喷注工作站对引进设备的消化吸收，在消化吸收的基础上，完成对设备的改进、集约化等（见图6）。重点：解决脉冲喷注，保证自喷枪口喷出的“料注”均匀稳定。解决

7、的方法，改进压缩空气进入处结构的同时调整合适料气比。3 高炉内衬遥控喷注应用的实现3.1 材料的开发表格 1高炉炉身及以上部位用莫来石快烘喷注料RGP-CM性能指标项目单位典型值Al2O3+SiC%62.7临界粒度mm10mm耐压强度3003hMPa55.4耐压强度6003hMPa58.2耐压强度8003hMPa57.7线变化率8003h%-0.08体积密度g/cm32.42根据高炉不同部位的环境条件及喷注维修的特点，我们首先开发了：高炉炉身及以上部位用莫来石快烘喷注料RGP-CM；高炉炉身下部、炉腰及炉腹用刚玉碳化硅快烘喷注料RGP-CA。材料的临界粒度10mm（是传统干法喷涂料临界粒度的2

8、倍），加水量在6%以下即可具有自流泵送喷注的施工性能。材料的性能指标见附表1、2，由于大颗粒及高效减水剂的应用，使其具有与同等档次浇注料相媲美的性能，是传统干法高炉喷涂料所望尘莫及。表2高炉炉身下部、炉腰及炉腹用刚玉碳化硅快烘喷注料RGP-CA性能指标项目单位典型值Al2O3%72.3SiC%10.1临界粒度%10mm耐压强度11024hMPa68.7耐压强度10003hMPa63.3耐压强度14503hMPa76.4线变化率10003h%-0.04线变化率14503h%+0.03体积密度g/cm32.843.2 车间模拟试验图7 模拟高炉的架构进行实际工艺操作试验由于泵送遥控喷注施工工艺是针

9、对高炉内衬热态喷注维修所开发的，所以必须考虑其垂直输送距离等问题。为确认该工艺是否能满足高炉现场泵送遥控喷注造衬的施工条件，设计了模拟高炉的架构进行实际工艺操作试验（见图7）。试验取得圆满成功，达到国外文献上所介绍的湿法喷涂水平：回弹率低（5%左右）粉尘少，施工体均匀致密，通过切割试块检测与同样材料的振动浇注体性能相近。3.3 现场应用在车间模拟高炉进行成功喷住试验后，我公司于2010年10月在阿城阿钢的协助成功完成其350m3高炉的首次喷注施工。而后又先后完成天津荣程钢铁公司、西昌新钢业及越南和发四家钢铁公司的高炉喷注施工。图9为天津荣程钢铁公司现场喷注时效果照片。通过高炉现场的实际喷注来看

10、，目前我公司高炉造衬喷注可达到：1） 喷涂能力峰值12吨/小时，平均8吨/小时；2） 喷涂面光滑，材料致密； 图8 高炉热态遥控喷注造衬现场效果照片3） 反弹小于5%。预期寿命可望达到1.5年以上，这有利于铁厂进一步实现节能降耗与低碳炼铁。4 专家论证2010年12月24日在北京长城饭店，中国金属学会炼铁分会组织召开了，由北京联合荣大工程材料有限责任公司申报的高炉内衬湿法喷注技术研发与应用专家论证会。会议由炼铁分会秘书长顾飞主持，炼铁设计大师吴启常担任论证委员会主任，会议取得圆满成功。专家委员会经过认真讨论，形成如下主要意见：由于实现了湿法喷注工艺，减少了喷注料的消耗，改善了喷补质量，提高了内衬使用寿命。该技术填补了国内空白，并达到同类技术的国际先进水平，具有广泛的推广应用价值。5 应用前景展望湿法喷注技术是一种将浇注料以喷涂方