高爐熱風爐智慧壓漿技術的應用與實踐探討

孫智慧 白雪松

華西科技集團

摘要 本文主要對高爐本體及熱風爐熱風系統帶風壓漿技術在實際生產中的應用與具體施工應注意的問題進行簡要說明，以便生產中有針對性地制定合適的壓漿施工方案，並有針對性地對壓漿施工提出應當注意的問題。

關鍵詞 高爐本體 熱風系統 壓漿

0 前言

高爐本體和熱風爐系統的壓漿施工，已經是一個基本的日常維護技術，得到廣泛應用。壓漿是指利用泵送機把壓漿料送入指定位置，達到造襯目的，阻斷煤氣通路、竄風的作用，解決爐殼或管殼溫度高、煤氣洩漏、鐵口噴濺等現象的一種施工技術。根據施工時間的不同、氣溫的不同等，施工引數的控制不同。根據施工部位的不同，壓漿材料的材質及結合劑的選擇也不同。在實際施工中對具體問題及應注意事項進行探討是本文的重點。

1、壓漿技術

壓入料透過均勻攪拌或加熱後存放於料斗中，壓漿機工作時在吸入側形成負壓把料斗中的料透過吸入管吸入泵送系統，再透過連線軟管泵送至壓入指定位置。壓入指定位置處爐殼開孔並焊接短管（長150mm左右），在焊接牢固的短管上安裝球閥（DN32-DN50），球閥後邊安裝快速連線頭。透過快速連線頭實現與壓漿泵送出料軟管連線，實現壓漿機工作時把壓入料灌壓到指定壓漿孔。

圖1壓漿操作流程圖

指定位置一般是在高爐本體爐殼溫度高、鐵口噴濺、熱風爐熱風系統管殼溫度高的情況下，經技術分析需要壓漿的特定部位。例如高爐爐殼與冷卻壁的間隙；高爐風口套與爐殼的間隙；高爐冷卻壁與內襯的間隙；熱風爐爐殼與內襯的間隙；熱力管道、煙道的內襯間隙。

泵送機是壓漿施工的關鍵裝置。泵送壓力一般最低檔0。2MPa，最高可達20-30MPa，完全滿足不同壓力的需要，並可以根據控制器設定隨時停止打壓、洩壓等執行模式。

圖2 泵送機

壓漿料的預處理也很關鍵。攪拌機的效能不同，攪拌時間不同，攪拌出來的效果也不同。要求攪拌均勻，無粉料、無塊狀、無明顯稀稠差異等，同時還要遵守結合劑配加比例。

圖3 攪拌機

對於預熱型的壓漿料，預熱溫度不同，預熱時間長度不同，預熱後的效果也就不同。預熱時要關注預熱熱源的穩定性，比如蒸汽溫度和壓力。同時還要對壓漿孔及壓漿管道進行預熱。無論是攪拌還是預熱，都要關注使用時的實際效果，必要時採取針對性措施進行調整，不能因為太稀起不到灌漿效果，也不等太稠堵管影響施工。

圖4 配料攪拌

2、壓漿料的選擇

高爐壓漿使用的耐火材料主要有兩類：水性結合材料和樹脂結合材料。水性結合材料主要由水玻璃、水泥、磷酸鹽結合而成，其主要化學成分為Al2O3、Fe2O3、K2Na2O4、SiC。水性結合材料粘結強度較高，很容易粘附於冷卻壁或未受損爐襯表面，但若修補時爐襯溫度過高，材料內水分迅速蒸發會導致膨脹，造成內襯脫落。以樹脂為結合劑的材料，大多是由礬土、焦寶石、碳素組成，其主要成分為Al2O3、SiO2、SiC或MgO、固定碳。隨著高爐大型化及安全要求的提高，多采用樹脂結合劑材料。不同部位的壓漿料，有一定的效能上的要求，需要區別選擇。高爐壓漿使用的無水壓漿料，主要分為碳質、碳化矽質、高鋁質三種。爐缸側壁部位要求導熱要好，採用碳質無水壓入料；爐腹爐腰要求導熱和抗侵蝕都要好，採用碳化矽質壓入料；爐身採用耐磨耐熱震耐沖刷的高鋁質無水壓入料。高鋁質隔熱無水壓入料也用於熱風爐系統。非水系高爐壓入料的樹脂結合劑目前流行選擇矽溶膠（mSiO2·nH2O），熱風爐壓入料選擇矽酸鋁結合劑（Al2SiO5）。

除此之外，高爐爐基部位封板開裂跑煤氣採用高導熱“C+SiC”壓入密封料（ 或採用碳質無水壓入料）進行治理。高導熱“C+SiC”壓入密封料具有很強的韌性、塑性及抗氧化性，導熱效能更好，使密封料抗煤氣沖刷及抗氧化的能力得到顯著提高，比碳質壓入料的壓入性優良，能有效的阻止煤氣流動和外溢，起到比較好的密封性，保護爐缸安全。結合劑採用矽溶膠。

表1 華西耐材非水系高爐壓入料系列產品效能指標

壓漿施工分為日常壓漿和集中壓漿兩種方式。日常壓漿是指在生產時進行的壓漿施工，集中壓漿是指在生產中斷時進行的壓漿施工。一般高爐和熱風系統在服役開始後的3個月時就應該組織開始灌漿，因為內襯各種耐材在服役3個月後基本已經實現穩定燒結，由於施工質量和各種耐材線變率的不同而產生縫隙。之後原則上應每2個月不定期對高爐灌漿一次，有特殊情況可以增加灌漿次數。特別說明，新磚襯砌築完成後壓漿是常規作業，而檢修噴塗造襯的烘爐期間壓漿，因噴塗料水分尚未烘乾，強度還未滿足要求，壓漿會產生膨脹，嚴重時引起噴塗料脫落。

3、壓漿時機的選擇

圖5 某高爐烘爐期間壓漿造成區域性噴塗層淺度剝落

特殊部位的壓漿要慎重對待。高爐爐缸是高爐記憶體在不可逆侵蝕最明顯的部位，也是影響高爐壽命最重要的部位，對高爐爐缸的壓漿維護至關重要。高爐爐缸壓漿施工需要技術人員全面分析侵蝕狀況、水溫差狀況、熱流強度狀況、爐殼變形或溫度情況等來決定。並不是所有竄風、竄煤氣都能進行壓漿處理。比如，爐役後期的爐缸，側壁已經侵蝕較嚴重，剩餘厚度已經很薄，此時壓漿有可能使內部殘存內襯受到破壞而導致損壞高爐。並且，如果不控制壓漿壓力，也有破壞爐缸結構的可能性。實踐中有後期高爐爐缸開孔壓漿磚襯塌陷燒穿、爐腹區域壓漿壓力超標出現爐皮鼓包冷卻壁與爐殼分離脫開的案例。

圖6 後期爐缸侵蝕示意圖（象腳區壓漿需謹慎）

爐役前期的爐缸有全部砌築的，也有砌築加澆注的，以熱流強度來判斷爐缸侵蝕量，分析是否可以安全壓漿時，因所用材料的導熱係數不同，也應該有不同的熱流強度標準。筆者所在團隊認為，砌築磚襯模式下的爐缸相關區域熱流強度超過7000K/（m2•s）時，就應該考慮壓漿；爐缸澆注模式下，爐缸相關區域熱流強度超過10000K/（m2•s）時，就應該考慮壓漿。但砌築爐缸熱流強度超過15000K/（m2•s）或澆注爐缸熱流強度超過18000K/（m2•s）時，壓漿施工的效果欠佳且危險係數大。

在正常生產時，高爐爐殼只能在低於80℃的溫度下長期工作，一旦超過此溫度，將會影響使用壽命，過早出現爐殼變形、彈性下降、接受應力能力不足。熱風爐系統管道及熱風爐本體爐殼溫度原則上也應有上限溫度限制，GB∕T 30163-2013《高爐用高風溫頂燃式熱風爐節能技術規範》對熱風爐本體外殼溫度進行了不高於100℃（高溫部位不高於120℃）的規範。所以，從使用壽命和充分利用能源角度考慮，都應該根據外殼溫度情況對熱風系統進行壓漿維護。

無論是高爐、熱風爐或熱風管道，對於大面積脫落、嚴重多縫隙等結構嚴重損壞的情況，單純壓漿起到作用的可能性很小，或許更需要區域性澆注處理。

4、壓漿施工的準備工作

對壓漿部位的分析，應包括壓入深度分析，休風還是帶風壓漿分析。熱面壓漿時其實同步進行了冷麵壓漿。休風壓漿時，壓入料在壓入處由於重力作用，在內部向下流動，對於貫穿縫，壓漿料大部分進入爐缸，引發劇冷、爐涼甚至爐缸凍結而不能堵塞縫隙，效果差。帶風壓漿的特點是壓入料進入爐體後能夠在內部壓力的作用下，壓入料能尋找並進入和填補縫隙，可以做到短時間控制煤氣竄出，效果較好，避免了盲目過多開孔。

確定壓漿位置需要技術人員根據實際生產資料進行。在確定了壓漿位置之後，需要焊接灌漿短管。灌漿短管的焊接，一般在生產中斷期間進行。也有線上進行的，要求開孔人員技術高，開孔難度也大，很容易發生開孔不夠大、焊接不夠牢處理困難等情況。短管焊接好之後安裝開關球閥，球閥連線好快速連線頭。

圖7 開孔作業（左）及清理舊孔（右）

利用舊孔壓漿時要提前清理。如果舊孔是隻開到冷卻壁冷麵，而計劃對冷卻壁熱面壓漿，還需要根據情況增加孔道深度。開孔一般用手持電錘進行，最好用空心鑽，不至於出現灌漿孔在清理時就堵塞。清理之前開啟球閥，清理之後關閉球閥。在帶風清理時，時刻注意孔內情況，及時測溫，必要時停止作業。

除此之外，要對灌漿裝置進行接電、試執行和清洗管道，準備必要的工具、材料、安全防護品。

特別指出一點。灌漿之後的灌漿孔，在高爐正常生產時將閥門定期開啟一段時間，使爐內的氣體衝出，讓孔道貫通，下次壓漿時，能夠將壓漿料充分壓入孔隙，封閉煤氣通道。

圖8 灌漿孔

5、帶風壓漿施工的關鍵引數

5。1開孔深度。一般在冷卻壁間縫隙處進行開孔（一般選用Φ20-30㎜的鑽頭鑽開或使用氣割加鑽頭鑽透）。高爐冷卻壁熱面灌漿和冷麵灌漿的開孔深度是不同的，確定開孔深度要認真核對對應位置的具體結構。一般用爐殼厚度加填料厚度作為冷麵深度，再加上冷卻壁厚度來作為熱面深度。由於填料厚度不太準確，可以開進去多一點，一般按照20-30mm控制。如果是舊孔重開，還要考慮焊接之外的總體長度情況選擇合適長度的鑽頭。開孔時要有耐心，及時調整鑽頭斜度，避免鑽到冷卻壁上發生卡鑽。

5。2壓漿壓力。採用柱塞式壓漿機壓漿，休風時正常工作壓力（不含高差負壓，下同）以1檔（0。2－0。4MPa）、2檔（0。4－0。6MPa）、3檔（0。6－0。8MPa）依次選擇最小壓入壓力。在正常送風時壓力控制：春秋季0。60MPa、夏季0。40-0。50MPa、冬季0。8MPa左右。爐缸維護性壓漿壓力不大於4MPa。爐身壓漿壓力0。2-0。6MPa，補充壓力時可到0。6-1。0MPa。熱風圍管區域在5 MPa以內。熱風爐及其薄弱部位原則上儘可能使用最低壓力檔、最小流量進行操作。不能只依靠壓力變化判斷灌漿程度，還應當觀察鄰近孔，一旦有漿料冒出，應停止灌入或停一段時間後再試，避免壓壞內部結構。

圖9 泵送機操作

5。3開孔數量。在冷卻壁的上下層和左右塊的十字交叉點部位開孔時，開孔數量不能過多，影響爐殼強度；也不能過少，影響灌漿時灌漿料不能到達附近部位。且開孔上下穿插，間隔進行，以保證氣密性和飽滿壓漿。一般按照經驗開孔：爐殼壓漿孔間距不低於1。5米，發紅部位不低於1。0米（根據現場空間進行選擇）。開孔數量重點區域4-6個，區域總數8-10個為宜（整體維護除外）。區域性小面積壓漿時，要設立2個孔（1個壓漿，1個排氣）。

5。4壓入數量。壓漿時可能會出現進料順利和不順。在進料順利的灌漿孔，不能因為容易進料就多進，否則進入的料可能進入管道流失，起不到作用。這就要對單個壓漿孔的單次壓漿量進行控制。一般一個孔一次壓入量不要超過200-300Kg。如壓力上升慢，還要採取間隔壓入方式（暫停5-10秒）。

在灌漿過程中，對每次灌入的漿料數量、壓力值及其變化、時間、灌漿孔編號等關鍵引數記錄在案，有助於調整下一次灌漿方案和程序。

圖10 鐵口煤氣洩漏治理前（左）後（右）對比

圖11 鐵口噴濺治理前（左）後（右）對比

6、帶風壓漿施工的安全控制

帶風壓漿具有一定的危險性，要進行技術上必要的安全控制，有必要的操作安全防護。

帶風清理鑽孔開啟球閥時，可能會出現煤氣吹出、舊漿流出、水流出、火星飛出等情況，可直接使用。在技術分析到位的情況下，一般不會出現內襯很薄情況下的壓漿施工，出現開孔開出渣鐵的情況可以避免。清理時每次鑽入深度不超過100mm，然後進行孔內測溫，孔內溫度不允許超過300℃，超過時停止清理並迅速關閉球閥停止清理。開新孔按照休風期間進行並同樣關注孔內溫度，降低不必要的危險性。壓漿時嚴格控制上限壓力，超限即停，防止出現損壞內部結構。管殼跑漿待處理完再考慮繼續。

爐腹帶風壓漿要注意下部靜壓力管堵塞的情況。新建高爐爐殼與冷卻壁之間填充欠缺較多時，帶風壓漿過程中出現下部靜壓力管串入壓漿料，應果斷停止壓漿，用結合劑處理糊堵，恢復正常後，改為休風時不帶風壓漿。填充後，再帶風壓漿。

防護方面。對人行通道進行清理，保證道路暢通。開孔或清理時安排專人監護，佩戴面罩、煤氣報警器，戴長筒手套，袖口領口嚴實。不允許單獨作業。壓漿時，不能離開壓漿孔，時刻注意壓入情況，避免突然管道爆裂等事故發生而不能及時處理導致安全事故。灌漿料的準備人員，需要注意佩戴防塵用品或高溫防護用品。高空作業時，必須佩戴雙掛安全帶，並有專人監護。

7、結論

1）、合適的灌漿施工是日常維護和特定情況下處理異常的有效手段；

2）、爐缸區治理鐵口噴濺帶風壓漿的施工效果是休風壓漿施工無法比擬的，休風壓漿效果較差；

3）、爐缸區及薄弱部位壓漿引數的選擇十分關鍵，防止壓穿出現事故；

4）、高爐爐缸的砌築方式不同，警戒值也不同；噴塗造襯後的中部壓漿要在開爐後進行；

5）、熱風爐屬於二類砌築體，一般休風焊接壓漿閥門，帶風壓漿效果較好。