孫賽陽(yáng) 杜尚斌 胡大偉
（北京聯(lián)合榮大工程材料股份有限公司）
摘 要：采用剛玉質(zhì)泵送料整體澆注高爐風(fēng)口帶內(nèi)襯，根本解決了傳統(tǒng)砌筑磚襯的復(fù)雜施工、竄氣等問(wèn)題，普遍應(yīng)用于高爐風(fēng)口帶檢修、新建高爐風(fēng)口帶設(shè)計(jì)，大大提高施工效率的同時(shí)，降低了修復(fù)成本。目前，國(guó)內(nèi)某些高爐檢修，風(fēng)口帶澆注已延伸至爐腹、爐腰等部位。
關(guān)鍵詞：風(fēng)口帶整體澆注；泵送澆注料；膨脹與竄氣；爐腹&爐腰澆注
1 風(fēng)口帶整體澆注優(yōu)勢(shì)
新建高爐，運(yùn)行5年以上，風(fēng)口帶及爐內(nèi)襯材料會(huì)不同程度的溶蝕，一般采用熱態(tài)修復(fù)方式快速修復(fù)高爐內(nèi)襯；而風(fēng)口帶內(nèi)襯，則采取短期停爐整體澆注的方式修復(fù)。風(fēng)口帶整體澆注是不定形澆注料應(yīng)用的典型，其應(yīng)用環(huán)境，甚至比爐缸更為復(fù)雜，因此對(duì)材料和工藝來(lái)說(shuō)，需考慮運(yùn)行環(huán)境溫度、機(jī)械沖刷、化學(xué)侵蝕能因素，一方面靠掛渣保護(hù)工作襯，另一方面材料需具備最優(yōu)良的性能。
風(fēng)口帶內(nèi)襯檢修，通常有兩種方案：組合磚砌筑和整體澆注。前者通常用于新建高爐風(fēng)口帶設(shè)計(jì)，后者則常用于中修過(guò)程風(fēng)口帶修復(fù)。近幾年，新建高爐也普遍采用整體澆注方式設(shè)計(jì)風(fēng)口帶內(nèi)襯，源于以下幾個(gè)方面：
（1）風(fēng)口組合磚，預(yù)制周期長(zhǎng)，且需要預(yù)砌，加工難度大；
（2）風(fēng)口組合磚，磚型設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，砌筑困難，容易出現(xiàn)砌筑偏差，造成后期開(kāi)爐竄氣；
（3）風(fēng)口組合磚材料，并不能形成有效的渣鐵粘滯層，上沿磚襯使用壽命較低。
風(fēng)口帶整體澆注，采用剛玉碳化硅質(zhì)泵送澆注料，通過(guò)支模澆注方式修復(fù)風(fēng)口內(nèi)襯，全部施工僅需24h，其優(yōu)勢(shì)在于：
（1）剛玉碳化硅質(zhì)材料，具有較強(qiáng)的抗渣鐵侵蝕性能，且具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性，有助于風(fēng)口帶形成穩(wěn)定粘滯層保護(hù)；
（2）整體澆注風(fēng)口帶，沒(méi)有竄氣縫隙，解決了開(kāi)爐竄氣問(wèn)題；
（3）澆注體熱面，在風(fēng)口套周圈設(shè)置膨脹空間，一方面提供檢修“退套”空間，另外也解決了澆注體膨脹問(wèn)題。
2 風(fēng)口帶澆注料
風(fēng)口帶澆注料，溶膠結(jié)合材料，由剛玉與碳化硅按合適的比例組成，是傳統(tǒng)剛玉莫來(lái)石質(zhì)組合磚的改革。圖1為澆注料抗渣鐵侵蝕試驗(yàn)結(jié)果，渣鐵混合物在材料里面浸泡7天后，分析橫縱剖面，觀察試塊被浸潤(rùn)情況。多組試驗(yàn)表明，材料具備優(yōu)異的抗渣鐵侵蝕性能。
另，材料具備較好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱系數(shù)5W/K·m左右，在風(fēng)口回旋區(qū)2000℃條件下，可以形成一定厚度的渣鐵粘滯層，保護(hù)內(nèi)襯運(yùn)行。高爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，通過(guò)熱流通量對(duì)比，可驗(yàn)證該材料使用效果。風(fēng)口帶內(nèi)襯，受高溫、化學(xué)侵蝕、機(jī)械沖撞等因素，在運(yùn)行中后期，全靠掛渣保護(hù)風(fēng)套，因此風(fēng)口帶澆注料抗熱震和磨損性能至關(guān)重要。采用溶膠結(jié)合材料，將微粉和結(jié)合劑的作用在高溫段充分發(fā)揮，更能有效提高材料抗沖刷、抗侵蝕能力。
圖1 澆注料抗侵蝕試驗(yàn)
風(fēng)口帶澆注料，在工業(yè)應(yīng)用初期，曾出現(xiàn)高溫膨脹頂風(fēng)口套情況，導(dǎo)致設(shè)備檢修過(guò)程退套難度大、風(fēng)口套上翹、無(wú)法安裝等現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)整材料內(nèi)部成分組成，形成塑性相吸收熱膨脹，施工過(guò)程設(shè)置膨脹空間，解決了該膨脹問(wèn)題。
3 風(fēng)口帶澆注過(guò)程及效果
風(fēng)口帶澆注過(guò)程，包括風(fēng)口帶清理、冷卻壁表面處理、模具支設(shè)及澆注養(yǎng)護(hù)。此處只簡(jiǎn)單介紹各過(guò)程所解決問(wèn)題。
3.1 風(fēng)口帶清理
風(fēng)口帶清理，主要針對(duì)中修高爐。停爐后，將風(fēng)口表面渣料混合物清楚，露出組合磚襯，將粉化、變形、滲鐵、結(jié)瘤等磚襯清除，若下沿風(fēng)口組合磚完好，可保護(hù)性清理。圖2為國(guó)內(nèi)某5500m³高爐風(fēng)口帶澆注前清理效果，上沿組合磚全部侵蝕及磨損，下沿磚襯完整，清理過(guò)程不完全清除，殘磚利用率60%左右。
對(duì)中小型高爐而言，為保證風(fēng)口帶澆注整體性，一般將殘磚全部清除，避免新舊料之間的施工縫隙，提高澆注體強(qiáng)度，運(yùn)行效果更佳。
風(fēng)口帶舊磚襯全部清理，涉及到與風(fēng)口帶下沿側(cè)壁碳磚結(jié)合，為保障整體澆注效果，一般拓展至側(cè)壁局部修補(bǔ)，擴(kuò)大整體澆注范圍，更能保障澆注整體性。
圖2 風(fēng)口帶保護(hù)性清理
3.2 冷卻壁表面處理
吹掃風(fēng)口帶與碳磚界面，冷卻壁表面、碳磚界面分別噴涂防氧化界面粘結(jié)劑，解決兩方面問(wèn)題：防止碳磚界面在烘烤過(guò)程中接觸水蒸氣氧化，同時(shí)增加碳磚與澆注料的貼合性；緩解冷卻壁與澆注體之間的膨脹應(yīng)力。
3.3 風(fēng)口帶澆注
風(fēng)口帶支模澆注，一般分兩步，直段和斜段。其中直段包裹風(fēng)口澆注，斜段則根據(jù)高爐爐腹角而設(shè)計(jì)。圖3及圖4為某高爐風(fēng)口帶澆注過(guò)程及澆注效果。風(fēng)口帶澆注過(guò)程，需重點(diǎn)考慮及解決的問(wèn)題為：
圖3 風(fēng)口帶澆注效果
圖4 風(fēng)口帶澆注過(guò)渡效果
（1）風(fēng)口套和澆注體之間膨脹縫預(yù)留問(wèn)題：下文會(huì)重點(diǎn)敘述；
（2）風(fēng)口帶澆注至上沿，與爐腹冷卻壁接觸部位的處理，一般預(yù)留10mm左右空間，作為膨脹縫，避免澆注體膨脹頂冷卻壁問(wèn)題，澆注體若能自我吸收膨脹，則可忽略此設(shè)計(jì)；
（3）風(fēng)口帶澆注體與爐缸側(cè)壁之間的平滑過(guò)渡問(wèn)題，一般采用斜模方式平滑過(guò)渡，更適合高爐爐缸運(yùn)行特點(diǎn)。
3.4 澆注體養(yǎng)護(hù)與烘烤
風(fēng)口帶澆注完畢后，養(yǎng)護(hù)8h以上即可脫模，安裝烘爐導(dǎo)管，采用熱風(fēng)烘爐48h，即可排除水分，開(kāi)爐運(yùn)行。因此風(fēng)口帶整體澆注技術(shù)特點(diǎn)即為高效快捷。
4 風(fēng)口帶澆注膨脹問(wèn)題
風(fēng)口帶整體澆注技術(shù)最初應(yīng)用于高爐快速檢修，開(kāi)爐以后出現(xiàn)竄氣或者無(wú)法“退中套”的問(wèn)題，這是澆注過(guò)程未妥善處理材料膨脹的原因。這兩種情況，分別來(lái)源于：
（1）中套與澆注料之間不留膨脹縫，則會(huì)出現(xiàn)澆注體膨脹“頂風(fēng)套”的問(wèn)題，風(fēng)套上翹，造成“退套”過(guò)程困難，再安裝后又會(huì)出現(xiàn)竄氣；
（2）中套與澆注料之間設(shè)置膨脹縫，若膨脹縫設(shè)置方式不合適，則會(huì)出現(xiàn)開(kāi)爐以后風(fēng)口帶竄氣問(wèn)題，這種情況為最常見(jiàn)問(wèn)題。
針對(duì)以上問(wèn)題，常見(jiàn)的解決方案是：采用石棉繩纏繞風(fēng)口中套、或者采用陶瓷纖維毯包裹風(fēng)口中套等方式抵消澆注體膨脹，再采用中套頂端堵料+冷面壓漿的辦法，解決風(fēng)口帶竄氣問(wèn)題。而前文所說(shuō)，材料自身具有金屬相吸收膨脹，因此風(fēng)口帶澆注技術(shù)已較為成熟，目前已經(jīng)徹底解決材料膨脹帶來(lái)的各種問(wèn)題。
5 應(yīng)用拓展
高爐風(fēng)口帶整體澆注技術(shù)的應(yīng)用，推廣至爐缸整體澆注，近幾年普遍應(yīng)用于各大中小高爐檢修。而高爐不放殘鐵檢修過(guò)程，重點(diǎn)則是風(fēng)口帶澆注修復(fù)。檢修周期較短，采用這種短平快的檢修方式，高效且長(zhǎng)壽。以下列舉兩種拓展應(yīng)用：
5.1 新建高爐風(fēng)口帶澆注
近兩年國(guó)內(nèi)小高爐產(chǎn)能的整合，新建很多大中型高爐。高爐風(fēng)口帶內(nèi)襯選材，不再單一采用傳統(tǒng)砌筑模式。鐵口組合磚、風(fēng)口組合磚越來(lái)越多被整體澆注取代。實(shí)踐驗(yàn)證，整體澆注效果更適合新高爐設(shè)計(jì)。
5.2 爐腹&爐腰澆注
對(duì)高爐檢修而言，風(fēng)口帶澆注完畢后，可進(jìn)一步澆注至爐腹，甚至爐腰部位。采用冷卻壁預(yù)掛渣皮材料澆注爐腹?fàn)t腰段冷卻壁，連接風(fēng)口回旋區(qū)，使用效果更好。近些年新建高爐較多，大型高爐一般采用爐缸砌筑碳磚+陶瓷杯整體澆注+風(fēng)口帶整體澆注+爐腹?fàn)t腰預(yù)制澆注+爐身噴注方式，即全工作層采用不定形澆注料整體澆注，延長(zhǎng)工作襯使用壽命，且在搶修過(guò)程易修補(bǔ)，快速?gòu)?fù)產(chǎn)。
6 結(jié)論
高爐風(fēng)口帶整體澆注，已普遍應(yīng)用于高爐檢修及新建高爐風(fēng)口帶造襯。本文簡(jiǎn)單介紹修復(fù)過(guò)程和利弊，簡(jiǎn)述為以下結(jié)論：
（1）風(fēng)口帶整體澆注，根本解決了傳統(tǒng)砌筑磚襯的復(fù)雜施工、竄氣等問(wèn)題；
（2）風(fēng)口帶澆注材料，經(jīng)過(guò)不斷研發(fā)改進(jìn)，更適合風(fēng)口區(qū)運(yùn)行環(huán)境，更長(zhǎng)壽；
（3）新建高爐風(fēng)口帶造襯，經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比，越來(lái)越多選用整體澆注方式造襯；
（4）風(fēng)口帶整體澆注+爐腹?fàn)t腰預(yù)掛渣皮整體澆注的應(yīng)用，更能有效提高高爐內(nèi)襯運(yùn)行壽命，助于高爐長(zhǎng)壽。