高炉喷补技术及用耐火材料

(1)喷补方式。对于髙炉内衬，常用的喷补方式主要有普通喷补、长枪喷补和遥控喷补3种：
1)普通喷补(Conventional   Internal  Scaffold  Gunning  Technique)。这种方式是在尚炉完全冷却后，操作人员利用脚手架或吊篮进入炉内，对炉衬需要修复的部位进行修补。这种方式多用于2000m3以下的髙炉的内衬修补。其作业特点是喷补设备简单，清除渣皮和松动的残存砖比较灵活和有效，对裸露的钢板、冷却器等金属件可以进行维修、更换或改造，喷补部位及厚度容易控制。缺点是对生产的影响大，工人的操作环境差等。
2)长枪喷补(Lance-Gunning  Technique)。这种方式与普通喷补方式基本相同，所不同的是操作人员操作时是站在炉外，采用足够长度的喷枪，对炉衬需要修补的部位进行喷补作业。其优点是改善了操作人员的作业环境，并且可以不受高炉炉膛温度的限制，节省停炉时间，有利于生产。缺点是修补的范围受到限制，而且需要在炉壳上开孔。
3)遥控喷补(Remote  Gunning  Technique)。这种方式是把机器人(喷枪组合设备)从入孔或专门开设的孔位放入炉内，通过桥架或导链做上下移动;而操作人员通过设置在炉外的电视屏幕观察和调节喷补作业。这种喷补方式的特点是不需要人员进入炉内，操作人员的作业条件较好。缺点是设备比较复杂，投资和维护费比较大。
20世纪70年代以来，髙炉喷补技术在欧美、日本等工业发达国家的高炉上得到广泛应用，如日本的鹿岛3号高炉(有效容积5050m3)，寿命达13年5个月，单位炉容产铁近万吨。该炉13年间共喷补了30多次;英国的ScunthorpeWorks、德国的Thyssen、加拿大的Dofasco等钢铁厂都在髙炉上进行喷补，并取得了良好的效果。
我国髙炉喷补技术的研究和应用起步相对较晚。近20年来，我国在设备和耐火材料领域的研究取得长足进步，高炉喷补技术得以快速推广应用，已经从初期的半干法喷补发展到湿法喷补。根据喷补方式和喷补耐火材料质量和用量的不同，一次喷补后对高炉炉衬的维持效果，可以使用6个月到一年以上。喷补对髙炉维护的效果更加明显。
(2)高炉喷补用耐火材料。
随着高炉喷补技术的发展，高炉喷补从简单的完全冷态的人工喷补，发展到完全遥控的热态喷补;喷补用耐火材料从普通的水系喷补料，发展到预混式湿法喷补料和凝胶结合喷补料;材质方面，普通的硅酸铝系列喷补料，发展到高强、超髙强的碳化硅质喷补料。
灌浆喷补法
灌浆修补法，也称为压入修补法，是在炉体上钻出直通炉膛的孔洞，利用特殊压入设备，在一定的压力条件下，通过管道把特定的耐火材料从炉子外输送到指定的维修部位，达到充填间隙和修补炉衬等目的。这种维修方式的主要特点是，可以借助测温等辅助手段，确定炉衬的薄弱位置，实施有效的修补，对生产和炉体内部结构的影响小，对于炉体耐火材料内衬局部的维修效果好而被广泛应用于工业炉内衬的维修，尤其是对高炉等密闭高温炉炉衬局部的维修，是一种可以在高炉不停炉的情况下实现维修的一种经济而又可靠的修补技术。但是，由于灌浆压入的位置是以点为基础的局部式维修，不可能进行大面积的修补，而且由于修补仅限于局部位置，如果操作不当，容易在炉内工作层表面形成一个个“鼓包”，不利于高炉操作过程中炉料和气流的顺行。
从压入维修的对象看，在高炉炉体上的压入部位主要包括：炉底、炉缸、出铁(渣)口、风口、炉身等。
(1)冷却板压入。这种方式，仅适用于冷却板式炉身结构，是以充填内衬中的间隙为主要目的的。对于冷却板式髙炉结构，冷却板发生背部漏风或更换后，冷却板周围存在间隙，这时需要利用压入方式把特定的耐火材料填入间隙，提高冷却板的冷却效果。
(2)冷却壁压入。安装后在冷却壁与炉壳之间的间隙，一般情况下需要利用炉壳上的设计预留孔压入耐火材料进行充填。如果高炉正常生产后这些间隙依然存在，将在冷却壁背面形成窜风通道，导致炉壳发红。这时，需要利用原预留孔或新钻孔，用压入方式把特定耐火材料充填到冷却壁背部间隙，减少和消除冷却壁的背部窜风。
(3)微型冷却器压入。当安装在高炉炉体上的冷却设备由于设计不足、生产负荷加大或冷却设备破损等原因，导致炉体综合冷却强度不能适_应炉体热负荷时，炉衬蚀损加剧，甚至炉壳发红，直接影响炉体的使用寿命。这时，比较有效的方法就是在炉体上安装微型冷却器，以补充炉体的冷却强度。一般情况下，安装微型冷却器时需要在炉壳上钻孔，这时，可以利用安装微型冷却器在炉壳上所开的孔，采用压入技术把具有炉衬修补性能的耐火材料压入炉内，达到修补炉衬的目的。压入的基本形式同冷却板压入技术。
(4)风口压入。风口压入包括风口大套压入和风口中套压入。由于考虑到炉衬的膨胀，在风口安装过程中，一般都设置有膨胀间隙，并充填缓冲填料。在高炉烘炉和投产后，如果这些预留的膨胀间隙没有充分吸收，则可能成为高温煤气的通道。为了封堵这些通道，需要采用压入方式，把特定耐火材料压入风口大套或中套内，达到封堵通道的目的。
(5)炉身侧壁压入。当高炉长期使用后，受炉料的磨损、化学的侵蚀以及热应力的作用，高炉内衬不断减薄，严重时局部炉壳发红甚至直接暴露在炉料中。对于这种局部性的维修，压入维修是一种比较好的方式，即所谓的压入造衬。压入方式有普通压入和硬质压入。
需要注意的是，这种压入作业需要有一个前提条件，即压入部位有炉料存在，而且炉料尚未熔融。
以普通压入作业为例：
案例：冷却板式高炉炉身侧壁出现局部高温，判定耐火材料内衬局部蚀损严重，需要压入耐火材料造衬维修。
1)压入部位的确定。对于冷却板式髙炉炉身，只要冷却板存在，内衬的蚀损应该主要集中在四块冷却板的中间。所以压入孔的定位应该就在四块冷却板的中间。注意，在确定孔位时，必须避开炉壳焊缝及其热影响区。
2)开孔及短管安装。在选定压入孔位后，即可以开孔。开孔作业一般是在高炉休风时进行的。
开孔的直径，是根据压入耐火材料的特性选取的。一般选Φ28mm或Φ35mm的。开孔必须采用钻孔式，杜绝烧孔。钻孔机有底板焊接式和磁铁式等类型。
从程序上，应该先焊接压入孔短管，后钻孔。
由于高炉内衬还有残留耐火材料，用于钻炉壳的钻头与钻耐火材料的钻头材质不同，在钻孔过程中需要更换钻头。这里需要注意的是，更换钻头和钻杆时应保证孔中心的一致。
3)压入设备及辅助材料。泥浆压入机有电动式和油压式两种。一般压入机的规格主要包括：
①输出压力：最低压力，一般3.5MPa;
②输出能力：最低能力，一般75L/min;
③动力：最低保证能力，一般10kW。
在泥浆压入机上，需要注意的是安全阀的设置和状态。每次压入作业前后必须确保安全阀的状态良好。
辅助设备主要包括：泥浆搅拌设备、软配管、硬配管、短管配管、球阀或截止阀。
对于辅助设备，需要特别注意的是：
①泥浆搅拌设备能力与压入泵能力的配套。在泥浆搅拌设备投运前，首先注意调节底盘与搅拌器中的杂质或大块颗粒，在搅拌器上需要安装金属过滤网，一般网格的间隙为10〜13mm。残留在过滤之间的间隙，以保证搅拌的充分。一般间隙调整为5mm左右为佳。此外，为了消除混合物中的金属网上的块状料或其他杂物都应清掉。当原料开始搅拌时，搅拌设备应处于重载状态。通过皮带或传动齿轮等部件检查整个搅拌设备的运行状态;
②各种管道耐压力等级必须配套，防止管道系列中个别管道耐压等级低下造成整个管道系统的耐压等级下降，或酿成事故。根据高炉炉身压入维修的特点，一般选购管道及其配件的最低工作压力为3.5MPa;
③各种管道的直径相配套，以防止压入过程中因管径不配套而发生泄漏事故。尤其需要注意的是管道与截止阀的连接配套;
④压入回浆循环管道系统必须保证畅通。一般在压入设备上带有材料循环管路系统和
超压泄压防爆部件，设备调试过程中必须一一确认状态完好。
4)压入料。通常，作为炉衬造壁用耐火压入料有水系和非水系两类：
①水系压入料：所谓水系压入料，是指压入的耐火材料是以水作为结合材料，与耐火材料干粉进行混练后压入炉内进行修补。采用的水系压入料一般具有热硬性质，炉外有利于输送，进入炉内有利于快速凝固，与修补面实现良好结合;
②非水系压入料：是相对于水系压入料而言，结合剂采用非水材料(如树脂等)。
对于不同结合剂的压入料，在开始压入作业前所进行的管道清洗循环用材料也不相
同。对于水系压入料，循环材料是普通工业用水;而对于树脂结合的压入料，循环材料需采用乙二醇等有机材料。
5)压入操作。首先需要根据高炉区域具体的场地情况，合理布置设备。一般讲，设备的布置主要考虑两点：一是附近有水、电等公共设施;二是尽量靠近计划压入点的位置，尽量把压入设备安放在压入点的相对髙位处。
合理组织作业人员。一般对于高炉炉身的压入作业所配备的作业人员有：钻孔工人根据孔量多少而定，原料混料工人2人，混合水(或结合剂)操作工1人，压入机操作工1人，配管工2人，喷嘴操作工2人，指挥1人。
压入前，通过压入设备系统中的循环系统使整个管道系统内充满压入料，保证压入料进入喷嘴口。
压入作业的控制有定量控制和压力控制两种方式：所谓定量控制，是指根据对高炉炉衬的状态调查结果，事先确定每个灌浆孔压入的材料量，由压入机操作者确定压入量，停止压入作业;所谓压力控制，是指根据经验、标准或设备状态等具体情况，事先确定机侧的最高压力，当压入机操作者发现泵侧压力达到设定压力时，即停止压入作业。
一个孔的压入作业停止后，如果还需要继续压其他的孔时，喷嘴操作人员应同时关闭炉侧截止阀和喷嘴侧截止阀，并确定机侧压力回零后才能卸下喷嘴。
6)紧急情况的处理。在许多偶然情况下，如压入料在机内或管中发生堵塞，或者发生管子破裂。在这些情况下，一般采取以下步骤：紧急停机或切换至循环管路系统一关闭炉侧和喷嘴截止阀一拆卸管路或压入机并清理一更换管路或清理设备确认后，按初始压入作业程序重新开始。
为了提高压入维修的效果，延长一次压入维修维持的时间，在普通压入技术的基础上，已经研究出硬质压入技术。我国在20世纪90年代初，由宝钢首次在1号高炉上成功应用了这种技术。目前这种技术正在国内逐步推广应用。
从材料的性能上看，这种硬质压入料比普通压入料提高了耐磨性能和粘接性能，但同时其流动性变差，在管道内流动的阻力增加，普通压入机的压力无法满足压入作业的压力要求，因此需要有专用的高压压入机来进行压入作业。
(6)炉缸侧壁压入。当高炉炉缸侧壁出现高温时，需要通过炉缸侧壁压入方式来解决。
对于高炉炉缸侧壁出现髙温情况，首先需要判断是内衬减薄原因，还是发生砖衬背部窜风。只有当确定属于背部窜风情况时，才需要进行压入。压入的部位，一般需要通过检测各部位的温度变化来确定。
一般压入的材料是与炉缸砖衬材质相近的碳质泥浆，或其他非水压入料。
对于炉缸侧壁的压入，根据炉缸内衬结构的不同主要有3种形式：
第一种，对使用大块炭砖的炉衬结构。由于这种结构一般在大块炭砖与炉壳或冷却壁之间有一层碳质捣打料层。炉缸出现髙温，往往是由于炭质捣打料层内出现缝隙，使髙温煤气得以穿过而造成的。所以压入灌浆的重点就是要把这些缝隙用压入料给予填实封堵住。这时，灌浆的位置应该是利用炉壳上的预留孔，或在冷却壁可以穿透的部位钻孔，把压入料送到炭质捣打料层;
第二种，对于使用小块炭砖的炉衬结构。尽管在设计和施工时是按照炭砖紧贴炉壳或冷却壁砌筑的。但事实上由于制作安装精度等多种原因，炭砖与炉壳或冷却壁之间难免存在间隙。这时，灌浆的方式同第一种;
第三种，特指炉缸侧壁是冷却壁结构形式的。当出现炉缸内衬与炉壳表面温度同步上升情况时，表明冷却壁与炉壳之间的间隙已经成为热煤气流通道了。这时，需要在对炉缸内衬灌浆的同时，对冷却壁与炉壳之间也进行灌浆。这种灌浆的关键是寻找煤气通道，以确定钻孔的部位，钻孔的深度必须保证穿透炉壳而不伤及冷却壁。对于这种情况，压入的材料可以根据温度、历史记录等实际情况，选择碳质泥浆或其他非水系的压入料。
对于炉缸侧壁的压入，一般情况下压入点多采用排布封堵方式确定。
(7)炉底压入。炉底压入，通常是在确认炉底砖衬出现缝隙后采用的一种处理方式。压入的材料主要是碳质泥浆。作业方式同炉缸侧壁。
(8)出铁(渣)口压入。所谓出铁(渣)口压入，是指为了解决出铁(渣)口煤气泄漏严重问题而采用的一种方法。对这一区域，通常有三种压入方式：一种是围绕出铁(渣)口，在炉缸侧壁上钻孔灌浆;一种是在出铁(渣)口突出炉缸部分的侧壁上钻孔灌浆。这两种方式与炉缸侧壁压入方式类同;另一种方式是利用堵铁口泥炮，加装特殊装置进行碳质泥浆压入的方法。
案例：利用泥炮从出铁口进行压入碳质泥浆的方法：
1)制作特殊的装置，安装在泥炮头部;
2)用出铁口开孔机从出铁口钻进1500mm左右。钻孔角度及要领同正常出铁口开孔;
3)把泥炮转到出铁口前，将碳质泥浆压入用胶皮管接上泥炮头部的特殊装置;
4)泥炮压住出铁口;
5)按照正常碳质泥浆压入顺序进行压入作业，要注意以下几点：
①在压入过程中，风口更换等作业必须停止;
②操作压力尽可能低，最大2.5MPa;
③单孔最大压入量为200kg;
④发现有碳质泥浆从出铁口保护砖等部位流淌出时，压入停止;
⑤停止压入后，必须等到压入机侧的压力为“零”后，才可以卸下胶皮管;
⑥压入过程中，严禁人员进入出铁口周围。
6)泥炮的退出时间，必须在压入结束20min以后。
(9)代表性压入料的主要技术性能。