北京聯合榮大工程材料股份有限公司（下文簡稱聯合榮大）將高爐內襯材料用于爐缸陶瓷杯、風口帶、爐腹爐腰、爐身等部位，取得良好效果。因為應用這些不定形耐材使得高爐內襯修復變得更簡易和靈活。任何不規則的侵蝕界面、縫隙、高爐部件都能澆注填充，實現整體澆注襯。爐缸澆注料系硅溶膠結合材料，由剛玉與炭化硅組成，可與鐵水長期共存，不發生物理化學反應，具有極好的抗鐵侵蝕效果。經過實踐驗證，證明聯合榮大的高爐爐缸整體澆注技術已經很成熟。
高爐爐缸整體澆注技術能最大程度保留殘余合格炭磚，運行8年左右的高爐，大塊砌筑炭磚利用率可達70%左右、小塊砌筑炭磚利用率達50%左右，局部區域嚴重侵蝕炭磚可采用高導熱澆注料針對性修復。因此，爐缸整體澆注技術維修工期短，綜合造價低。澆注襯整體性好，與炭磚界面緊密貼合，使爐缸整體傳熱效率得以提高，1150℃凝鐵等溫線推移至澆注陶瓷杯內部，有效隔離和保護了炭磚。爐缸澆注維修從根本上保障了爐缸安全、長壽運行，減少了爐缸熱損。
高爐爐缸整體澆注技術主要包括下列三大技術：
一是預掛渣皮技術。
爐腹爐腰預掛渣皮技術是將金屬陶瓷材料澆注于冷卻壁表面，在冷卻壁表面形成一層永久性的人造渣皮保護層。該材料將金屬纖維引入到非金屬澆注料中，將兩者的優點相結合，提高材料的抗折抗壓等物理指標，提高材料的導熱能力，延長爐腹、爐腰區域耐材的使用壽命。在350℃條件下，導熱系數20W/（K·m）左右；鋼纖維含量達到40%左右，不是普通的高鋼纖維澆注料（10%以下），其200℃以下抗折強度可達到35MPa～40MPa，在實驗室常規抗折檢測設備都無法將其壓彎，而折后的材料也不“折而不斷”。下圖為預掛渣皮材料的物理檢測圖。
圖為預掛渣皮抗壓結果
圖為預掛渣皮抗折結果
預掛渣皮澆注料，施工方式不能采用簡單的泵送，而是在冷卻壁安裝前預制澆注，養護24h后安裝至爐內，一般為分塊澆注、分層安裝、澆注勾縫的施工方式。可針對高爐不同區域的爐型要求，在支設模具過程特殊設計，形成合適的爐腹角和爐身角，這種科學的設計和布置方式，便于高爐開爐氣流和爐料的合理分布。預掛渣皮材料澆注厚度一般為150mm～200mm，使用三年以后的澆注料，剩余厚度一般為50mm～80mm，平均年損耗30mm；澆注料剩余越薄，熱傳導效率越高，因此使用到后期，澆注料年損耗量可降低至10mm以下。材料性能穩定，超高的鋼纖維含量，保障材料抗熱震能力，不會因為高爐頻繁開停爐而脫落，避免了傳統脆性磚受制于高爐操作而壽命長短不一的現象。隨著現階段高爐噴煤技術的發展，，爐腹爐腰區域溫度逐步提高，預掛渣皮澆注材料可更好適應爐腹爐腰區域的耐材結構。
二是內襯濕法噴注技術。
內襯濕法噴注技術的目的是為了解決爐腹、爐腰、爐身等部位耐材脫落引起的氣流不順、能耗升高等問題，其特點是快速高效，可以在較短時間內復產，降低對鐵廠的影響。濕法噴注技術可分熱態和常溫兩種，熱態濕法噴注技術是將料面降到風口區域后，爐內覆蓋壓火料，采用機械手進行噴注造襯，使高爐恢復至操作爐型。這種噴注方式快速安全，人員不用進爐，沒有有限空間作業，對于2000m3左右的高爐，在24小時內即可修復完成。常溫濕法噴注技術是在停爐降料面后，爐內溫度和煤氣含量降到一定標準后，人員進爐內排險清理，也可對爐內植筋掛網，延長耐材使用壽命。
噴注控制工藝經歷了人工作業、簡易機械、可伸縮機械手、大型可伸縮自動平衡機械手等多種作業方式，還將采用自動側距裝置，隨時調整噴注效果。
針對不同工況的高爐內襯，需采用不同噴注材料。對處于高溫工況下的爐腹、爐腰和爐身下部區域，材料除有較高強度抵抗物料和氣流沖刷，還需要有良好的導熱能力，有利于渣皮形成，保護冷卻壁和耐材。納米硅溶膠結合噴注料以溶膠作為結合劑，不存在結合劑界面遷移，在受熱時水分可有序排除，因而具有極佳的快烘防爆性能。在600℃以下，低溫溶膠結合料強度相對較低，但隨溫度升高納米SiO2與Al2O3反應可形成莫來石相，強度迅速提高。特別是在高溫下，由于納米硅溶膠結合噴注料不含水泥，高溫熱態性能優異。對于爐身中上部區域，該部位工作溫度相對較低，為了保證材料強度和抗沖刷性能，可采取了水泥結合，配合材料組成和結構調整，提高材料抗熱震性能，延長噴注內襯的使用壽命。
圖為熱態機械噴注
圖為人工噴注
三是薄壁內襯技術。
在靜態鐵水中，爐缸澆注料基本上不受到侵蝕，爐缸料與凝固鐵塊界面完整。渣鐵中的堿金屬等有害元素沿著澆注料的空洞滲透到澆注料內部，與材料中的Al2O3、SiC、SiO2等反應，生成侵蝕帶導致材料剝落。
為了減少爐缸料侵蝕，延長高爐內襯使用壽命，薄壁內襯是高爐耐材的發展方向。其理論基礎是通過提高耐材導熱系數，降低耐材內部溫度梯度，控制耐材厚度，使1150℃等溫線在耐材外部，從而在耐材表面形成渣鐵黏滯層，隔絕鐵水沖刷，延長爐缸耐材使用壽命。薄壁內襯理論對高爐維護和操作穩定提出了更高要求，尤其對爐缸冷卻制度要求更加嚴格，需要保持冷卻強度穩定和冷卻壁冷熱面密實，才能使1150℃等溫線始終處于耐材外部，保持爐缸穩定。
爐缸澆注料受鐵水和熔渣侵蝕是一個長期過程，化學侵蝕極小。因此在新爐缸設計時，可直接設計成薄壁爐缸結構，形成更高效的傳熱爐缸，結合耐侵蝕澆注料，高爐爐缸將不再出現“象腳侵蝕”情況。
圖為大塊炭磚清理效果
圖為小塊炭磚清理效果
孫賽陽（作者系聯合榮大冶建事業部副總經理
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