劉國友 溫太陽
高爐冶煉過程中保持合理的操作爐型是實現(xiàn)其長壽高效生產(chǎn)的關(guān)鍵，但是，隨著高爐冶煉強度的提高，爐內(nèi)襯體被不斷沖刷、侵蝕，破壞了高爐合理的操作爐型，影響了高爐爐內(nèi)煤氣分布。而爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)的應(yīng)用，可以噴涂形成合理的近似操作爐型內(nèi)型，改善煤氣分布，提升高爐技術(shù)經(jīng)濟指標。實踐證明，高爐爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)在首鋼的成功應(yīng)用和推廣，為首鋼高爐煉鐵技術(shù)進步提供了良好的外圍條件。而噴涂技術(shù)的成功應(yīng)用，必須考慮好噴涂襯體厚度，施工組織控制好爐型規(guī)整，降低噴涂反彈率。
檢修周期末高爐生產(chǎn)狀況
檢修周期爐墻侵蝕現(xiàn)狀。高爐在一個檢修周期內(nèi)，往往每隔2個~3個月要進行一次例修，強化生產(chǎn)設(shè)備。通過爐內(nèi)料面深料線可以觀察到爐墻耐火襯體，尤其是鋼瓦下沿和爐身中上部。結(jié)合爐體冷卻壁運行或破損狀況對比分析，可大致評估高爐爐墻侵蝕狀況。
近些年來，隨著冶煉技術(shù)進步和爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)應(yīng)用日趨成熟，檢修周期噴涂后3個～4個月，基本不出現(xiàn)明顯侵蝕；8個～10個月后，耐火襯體開始出現(xiàn)局部剝落；12個月以上，爐墻出現(xiàn)明顯的坑凹、不均現(xiàn)象。不同冶煉特點的高爐，個別甚至能監(jiān)測到冷卻壁水溫差上升和冷卻壁破損現(xiàn)象發(fā)生。
檢修周期末高爐爐況。高爐爐內(nèi)耐火襯體在上升高溫煤氣流、下降原燃料的磨損、渣鐵侵蝕和局部不均勻邊緣煤氣流的熱沖擊作用下，是一個逐漸減薄、剝落的過程。失去（或局部失去）耐火襯體的高爐內(nèi)型不規(guī)整，破壞了高爐形成的合理的操作爐型，影響高爐煤氣流的分布。
檢修周期末，耐火襯體的侵蝕不均勻甚至缺失等狀況，一定程度影響了高爐順行。高爐爐內(nèi)煤氣流分布不均勻，爐況表現(xiàn)為壓量關(guān)系偏緊，料尺工作均勻性下降，慢風率提高，順行狀況一般，生產(chǎn)只能退負荷適應(yīng)。
爐內(nèi)干法噴涂造襯為高爐延壽
高爐爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)主要是針對風口帶到鋼瓦下沿本體區(qū)域的爐墻進行修補、維護的長壽技術(shù)，需要高爐降料面至風口帶。應(yīng)用爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)，應(yīng)先了解高爐工況特點，針對各部位選擇適宜的耐火材料品種。噴涂施工與其他澆注、搗打施工不同，需要經(jīng)歷人、設(shè)備、噴涂料、協(xié)調(diào)四環(huán)節(jié)的相互作用、牽制，施工組織的好壞關(guān)系到噴涂襯體的強度、致密度等理化性能關(guān)鍵指標，直接影響到噴涂襯體的使用效果。
高爐爐體各部位工況。高爐本體的工作是一個爐料下降，不斷受熱膨脹，逐步還原熔化、造渣的過程，以及上升煤氣生成、軟熔帶二次分布逐步氧化冷卻的過程，各區(qū)域的耐火材料應(yīng)用工況特點受整個冶煉過程的影響。
爐身，主要起爐料的預(yù)熱、加熱、還原和造渣的作用，承受爐料的沖擊、爐塵上升的沖刷和局部不均勻煤氣流形成的熱沖擊作用（原燃料不同，也可能受到堿、鋅等的侵入破損）。爐身中上部溫度較低（400℃~800℃），無爐渣形成。
爐腹、爐腰和爐身下部，特別是其下部爐料溫度在1600℃~1650℃，煤氣流溫度高，形成大量的中間渣，主要承受熱輻射、熔渣侵蝕、高溫煤氣流沖刷和堿金屬蒸汽引起的化學侵蝕。
噴涂用料品種和性能。根據(jù)首鋼高爐冶煉特點，爐內(nèi)噴涂造襯施工主要選用耐火噴涂材料牌號4種，Guncrete BC10、Guncrete BFS、Higun 160、Hi-gun SN10。
Guncrete BC10是一種低熔點噴涂料，主要在高爐降料面停風后，用作高爐料面覆蓋壓火用料。在高爐開爐前進行扒料工作，清除該部分壓火覆蓋料，有利于爐況恢復(fù)順利。針對爐身中上部特點，選用Guncrete BFS系低鐵噴涂料，此種噴涂料耐磨性和抗急冷急熱性良好。為適應(yīng)爐身中下部熱沖擊、高溫煤氣流沖刷以及CO、初渣侵蝕，選用Hi-gun-160低水泥噴涂料，此種噴涂料具有強度高、氣孔率低、耐磨性好和耐熱沖擊等優(yōu)點。針對爐腹爐腰特性，為進一步提高材料抗渣鐵侵蝕能力，在高強噴涂料Hi-gun SN10中添加Si3N4。
噴涂設(shè)備。噴涂施工需要由壓縮風作為介質(zhì)，輸送噴涂料到達噴涂機器人，通過旋轉(zhuǎn)加水器加水混合后，噴射到爐墻上，修補爐墻。合理、高效的噴補設(shè)備應(yīng)保證噴涂料在輸料管內(nèi)從給料機喂料位置到出料槍口位置（30米~40米的運輸距離）的運輸過程中骨料粒度保持均勻不分離（不偏析），且噴補料干料在噴涂機器人內(nèi)與水攪拌均勻，并保證噴涂出料均勻。
噴涂施工組織。噴涂造襯施工需要人、設(shè)備、噴涂料、協(xié)調(diào)四環(huán)節(jié)相互作用，才能高效、合理地達到既修補爐墻又形成近似操作爐型的規(guī)整內(nèi)型的目的。
不同的噴涂料的原料級配不同、自重不同、添加物和外加劑的不同以及遠距離輸送、料管摩擦的因素，要求壓縮風干燥、流量大（≥35m3/min）、壓力高（≥8.0kg/cm2），并且配備大容量的風包儲備風源。施工組織過程中，要確保壓縮風源的穩(wěn)定，才能保證噴涂料流穩(wěn)定，減少料管磨損。如此，將大大提高噴涂料襯的強度和降低反彈率，尤其是在雙罐送料，切換料罐送料時，瞬間需要更高的壓縮風量。
對于水量的控制，噴涂時，只要料襯不出現(xiàn)干料、夾層或反彈率異常高的情形，應(yīng)盡量減少加水量，提高噴涂襯體綜合強度，降低襯體氣孔率，提高襯體抗侵蝕能力。
對于反彈率的控制，除保證料流穩(wěn)定、加水量合理，還要平衡壓縮風壓力與槍管、爐墻間距離的關(guān)系。相對壓力不足或過高，都會加大噴涂反彈率，一般噴涂風源壓力在8.0kg/cm2時,槍管與爐墻距離控制在3.0m左右。
檢修噴涂后高爐生產(chǎn)狀況。高爐檢修噴涂后，由于爐型規(guī)整，高爐煤氣流分布更加合理，近些年高爐開爐恢復(fù)速度不斷加快，迅速提高了各項技術(shù)經(jīng)濟指標。例如，首鋼1號高爐2010年5月檢修噴涂后，送風開爐48小時全風，負荷4.77，爐況順行狀況良好，風眼工作均勻，壓量關(guān)系平穩(wěn)。
高爐進行噴涂檢修前后指標對比明顯。噴涂前，高爐操作爐型不規(guī)整導致邊緣煤氣流分布不均，爐墻渣皮生長脫落頻繁，造成高爐熱制度難于掌握，生產(chǎn)指標明顯下降。噴涂檢修后，高爐操作爐型較為合理，煤氣流穩(wěn)定，各項主要生產(chǎn)指標大幅提升。爐內(nèi)噴涂造襯技術(shù)的合理應(yīng)用，是高爐長壽高效的有效維護方法。
噴涂技術(shù)應(yīng)用中的問題
噴涂技術(shù)應(yīng)用對于高爐長壽維護的作用，以及各項技術(shù)經(jīng)濟指標的提升是顯而易見的，但噴涂料的合理用量和噴涂襯層地適宜厚度也必須引起重視，噴涂后近似操作爐型內(nèi)襯的壽命是高爐檢修能否取得更大經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。
噴涂料襯的厚度設(shè)計。對于爐內(nèi)噴涂造襯，很多煉鐵業(yè)者簡單地認為，就是噴造一個耐火襯體代替舊有磚襯，抵抗渣鐵和煤氣流沖刷侵蝕，保護冷卻壁不被燒壞。因此，在設(shè)計噴涂襯體厚度時，一味地追求“厚”，就是長壽的保障。
實際上，噴涂襯體的厚度設(shè)計應(yīng)該結(jié)合各高爐特定冶煉特點和經(jīng)驗摸索來制定，不僅可以縮短檢修時間，減少噴涂成本投入，還能為高爐開爐送風恢復(fù)創(chuàng)造良好的外圍條件。由于外圍冷卻壁冷卻能力一定，較厚的料襯，其熱阻加大（導熱系數(shù)在2W/（cm·K）左右），將導致爐墻熱面溫度上升，襯體內(nèi)部應(yīng)力加大。當邊緣煤氣流出現(xiàn)波動時，較厚的耐火襯體將在熱應(yīng)力的作用下出現(xiàn)剝落，甚至帶動整塊襯體崩落。
通過不斷研究、摸索，首鋼1號、3號高爐（爐容為2560m3）矮胖型內(nèi)型設(shè)計高爐，噴涂襯體厚度設(shè)計在220mm左右，比較符合首鋼高爐的冶煉規(guī)律和冷卻壁結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，噴涂施工形成的是一個合理的近似操作爐型。
噴涂反彈率與料襯強度控制。在大造襯施工過程中，噴涂反彈率與噴涂襯體的強度相輔相成，不可分割。噴涂壓縮風壓波動、噴涂加水量、噴涂槍管長度設(shè)計、噴涂機器人不穩(wěn)定等都可加大噴涂反彈率。反彈料以耐火骨料為主，部分耐火細粉（泥狀）為輔，這些都是耐火材料配料中精細原料。施工中，反彈率大，不僅影響襯體強度，還將降低噴涂襯體的抗渣鐵侵蝕性能。
噴涂施工需要調(diào)節(jié)好下部送料制度，穩(wěn)定給料機速度，減少噴涂壓縮風壓力波動，保證料管滿料流輸送。針對噴涂風源壓力，調(diào)整好槍管長度，可進一步降低噴涂反彈率，從而提升噴涂襯體強度。
噴涂施工爐型控制。高爐降料面后，噴涂施工工作將面臨不同高爐的不同爐墻狀況，噴涂施工方案必須考慮這些，才能做好爐型的控制工作。一是檢查冷卻壁運行狀況，將破損漏水的冷卻壁及時處理，杜絕向爐內(nèi)漏水；二是爐墻（尤其爐腹、爐腰位置）出現(xiàn)較厚、較多的渣皮時，在確認不對渣皮處理的噴涂過程中，要盡量繞開渣皮區(qū)域噴涂，否則爐型不規(guī)整，同時送風后，渣皮熔化脫落，噴涂襯體也隨之脫落，可能威脅到送風后高爐恢復(fù)爐況順行；三是用空氣和水汽混合沖洗干凈爐墻，提高噴涂料與爐墻的附著力。
噴涂施工必須保證爐型規(guī)整（不改變高爐設(shè)計角度），上下平滑過渡。采取上下走車的方式，控制機器人噴涂好設(shè)計有勾頭冷卻壁區(qū)域，防止爐型出現(xiàn)波浪起伏，不平整。
噴涂料襯穩(wěn)定存在的條件。噴涂襯體是人為噴造的一個近似操作爐型，有利于高爐煤氣流合理分布；同時抵抗爐內(nèi)煤氣和爐料沖刷、渣鐵侵蝕等，也在一定程度上保護冷卻壁的安全運行，延長高爐壽命。但耐火襯體的損壞還有一個主要原因，就是來自爐內(nèi)煤氣流熱沖擊形成的熱應(yīng)力破壞。如何降低爐墻熱面溫度，減少由于熱面溫度波動導致料襯熱應(yīng)力損壞，需要適宜的外圍冷卻帶走部分熱量，保護耐火襯體。二者是相輔相成、相互保護而存在的。