符顯斌，張延輝，李建軍，趙長(zhǎng)城
（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114000）
摘 要：為徹底解決爐缸嚴(yán)重侵蝕帶來的安全隱患，鞍鋼 7 號(hào)高爐進(jìn)行了爐缸澆注修復(fù)施工。修復(fù)施工包括放殘鐵、爐缸清理及爐缸澆注及修復(fù)后開爐送風(fēng)恢復(fù)等環(huán)節(jié)?；诔浞值目尚行栽u(píng)估，施工前可靠的侵蝕計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，以及成熟的爐缸澆注技術(shù)，此次爐缸澆注修復(fù)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。完成修復(fù)后，高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)迅速得到強(qiáng)化，達(dá)到了可靠、經(jīng)濟(jì)地延長(zhǎng)高爐爐缸壽命的預(yù)期目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：高爐；爐缸澆注；修復(fù)；放殘鐵
鞍鋼七號(hào)高爐（2580m3 ）第六代爐于 2004 年 9 月 11 日開爐，設(shè)計(jì)使用壽命 15 年。至今投產(chǎn)已滿 16年，按設(shè)計(jì)壽命已屬于爐役末期。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和冶煉強(qiáng)度的提高，爐底溫度、爐缸壁體溫度持續(xù)上升。
尤其是 2019 年?duì)t缸壁體溫度上升幅度較大，9 月份 20 號(hào)風(fēng)口下方第 2 段 30-31# 冷卻壁溫度持續(xù)升高，由179℃上升至近年最高值 303℃，熱流強(qiáng)度達(dá)到 15.01kW/(m2 ·h)。次月 2 段 28-29# 冷卻壁溫度達(dá)到歷史最高值361℃，熱流強(qiáng)度達(dá)到 19.45kW/(m2 ·h)。這 2 處熱流強(qiáng)度均超出經(jīng)驗(yàn)警戒值，說明對(duì)應(yīng)爐缸部位已侵蝕嚴(yán)重，7 號(hào)高爐生產(chǎn)存在著巨大安全隱患。并且長(zhǎng)期頻繁的加鈦礦護(hù)爐，對(duì)高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成嚴(yán)重影響。為此，2020 年 8 月，對(duì) 7 號(hào)高爐爐缸進(jìn)行了整體澆注修復(fù)。
1 爐缸澆注修復(fù)前的準(zhǔn)備工作
1.1 殘鐵口位置確定
七高爐爐底采用五層滿鋪碳磚+兩層陶瓷墊結(jié)構(gòu)，到目前為止高爐服役年限為 16 年，隨著爐役時(shí)間的延長(zhǎng)，高爐爐缸側(cè)壁及象腳區(qū)碳磚溫度出現(xiàn)了不同程度的升高，通過數(shù)據(jù)及交流分析，可以判斷出高爐陶瓷杯、象腳區(qū)、爐底侵蝕較為嚴(yán)重，根據(jù)傅立葉公式計(jì)算及以往國(guó)內(nèi)同類型高爐生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)[1]預(yù)計(jì)現(xiàn)在爐底侵蝕深度大約為 1200mm，所以確定殘鐵口位置標(biāo)高為 7200mm，位置為 1 段冷卻壁高爐北側(cè)偏東位置（即2-35/2-36 號(hào)冷卻壁）。
1.2 殘鐵量計(jì)算
在爐缸狀況不是十分明確的情況下，根據(jù)殘鐵口位置，計(jì)算爐內(nèi)殘鐵量如下：
W=¼πkd2 hγ
式中，W——殘鐵量；
k——殘鐵系數(shù)，取 0.3~0.7；
d——爐缸侵蝕后直徑 11.5m；
h——殘鐵部分高度，即侵蝕深度加死鐵層厚度，取值 3m；
γ——鐵水比重，取值 7t/m3 。
W=0.785×(0.3~0.7)×11.52×3×7=654~1526t
即爐內(nèi)殘鐵量在 598~1396t 之間，取中為 990t，為安全起見，按最大殘鐵量準(zhǔn)備鐵水罐。
1.3 爐基及放殘鐵現(xiàn)場(chǎng)
（1）安裝好爐基部位和放殘鐵所需照明；
（2）拆除放殘鐵位置 2500mm 除塵管道 5m 左右；
（3）高爐直徑 400mm 風(fēng)口回水管進(jìn)行盲斷移位，切除長(zhǎng)度約為 3500mm；
（4）拆除放殘鐵位置的水泥墻，寬度約為 3m，高度約為 2.4m；
（5）殘鐵口及扒渣門對(duì)應(yīng)冷卻壁與 1~3 段相連進(jìn)出水水管全部改用快速接頭軟連接；
（6）提前清理爐基積水，凡殘鐵流經(jīng)的地面必須保持干燥病鋪上 300mm 厚的干河沙；
1.4 殘鐵溝制作
殘鐵溝全長(zhǎng)約 8000mm 左右，高度 1000mm，底寬為 800mm，鋼板厚度 10mm，殘鐵溝溝底平砌一層耐火磚，側(cè)面立砌一層耐火磚，再鋪一層搗打料。前段搗打料層厚度為 400mm，末段搗打料層厚度為 250mm，殘鐵溝坡度在鋼結(jié)構(gòu)落差的基礎(chǔ)上用搗打料層厚度銜接完成[2]，完成后均要用煤氣火烘干，坡度約為 7°。
1.5 放殘鐵操作
2020 年 7 月31 日，降料面停爐后進(jìn)行了放殘鐵操作。放殘鐵前，爐皮實(shí)際切割面積寬 300mm×高 500mm。使用手動(dòng)鑿巖機(jī)和風(fēng)鎬鉆到接近 1.4m 左右鉆不動(dòng)，遂用 3m 長(zhǎng)氧氣管（共計(jì) 21 根）燒殘鐵口至鐵水流出。放殘鐵過程歷時(shí) 240min，共放殘鐵約 650t。從降完料面開始改水管至放完殘鐵共歷時(shí) 32.6h。
1.6 涼爐及爐缸清理
涼爐共制作打水管 10 根，規(guī)格 d45×6×7000mm（打孔區(qū)域長(zhǎng)度 1000mm，孔徑 5mm，孔間距 35mm，共開 3 排孔）。打水管進(jìn)水端焊接 1 個(gè) DN40 單絲頭，與風(fēng)?？谶M(jìn)水金屬軟管.41.連接，利用風(fēng)口電磁流量計(jì)顯示打水量，累計(jì)流量數(shù)據(jù)顯示到煤水操作室。打水過程中，采用間歇式打水方式，在保證涼爐的前提下最大程度的保護(hù)炭磚。涼爐過程共計(jì)打水 1500t。為了最大限度保護(hù)爐內(nèi)殘留炭磚砌體，保證爐殼整體強(qiáng)度，此次爐缸修復(fù)未切割爐殼“開大門”，因而爐缸清理出的殘?jiān)F和殘磚廢料主要由風(fēng)口和爐頂大方人孔運(yùn)出。由風(fēng)口出料共 510t，由爐頂大方人孔出料 2573t。
2 澆筑耐材指標(biāo)
高爐爐缸整體澆注采用 Metpump 10 澆注料。扒渣門部位碳磚修補(bǔ)采用高導(dǎo)熱澆注料 Metpump XSR，扒渣門部位新?lián)Q冷卻壁和爐殼之間灌漿采用 Metpump SF-SS 上述不定形耐材材料理化性能指標(biāo)如下。
3 高爐爐缸澆筑設(shè)計(jì)方案制定
根據(jù)后期破損調(diào)查分析[3]，爐缸側(cè)壁總體看東鐵口剩余厚度較少，最薄處為 300mm，總體鐵口區(qū)域侵蝕嚴(yán)重，四、五層環(huán)碳侵蝕較重；爐底侵蝕總體看邊緣滿鋪碳磚侵蝕較淺，中心侵蝕較重，北北部區(qū)域侵蝕較重，東鐵口下方滿鋪侵蝕較重，南鐵口、西鐵口的第三、第四層滿鋪仍在，中心侵蝕到第三層滿鋪碳磚剩余一半，總體侵蝕偏于東和北區(qū)域。破損調(diào)查結(jié)果與技術(shù)中心預(yù)測(cè)侵蝕分析有差距，主要原因是由于電偶嚴(yán)重不足，無法計(jì)算；其次后增加電偶激勵(lì)冷卻壁熱面較近，影響實(shí)際溫度測(cè)量。故根據(jù)實(shí)際破損情況調(diào)整澆筑方案如下：
4 澆筑施工進(jìn)度
（1）爐底第一次修圓：9 月 1 日 10:30~13:30 支模具，23:30~9 月 2 日 01:30 澆注，澆注高度 500mm，養(yǎng)生 8h。
（2）爐底第二層修圓和爐底第一層中心：9 月 2 日 9:30~12:30 至模具，12:30~13:10 清掃衛(wèi)生，13:10~17:50澆注，養(yǎng)生 8h。
（3）扒渣門修復(fù)和爐底第二層中心：9 月 3 日 2:00~4:30 支模，4:30~5:45 清掃衛(wèi)生，5:45~10:25 澆注，扒渣門澆注高度 1.5m，爐底第二層厚度 600mm，養(yǎng)生 12.5h。
（4）爐缸側(cè)壁第一次：9 月 3 日 23:00~9 月 4 日 11:30 支側(cè)壁斜模，11:30~13:30 爐內(nèi)清掃和爐墻精細(xì)化清理，13:30~16:30 澆注，澆注高度 1.0m，養(yǎng)生 8.5h。
（5）爐缸側(cè)壁第二次：9 月 5 日 1:00~7:00 支模，10:00~23:00 處理鐵口熱電偶，23:30~6 日 02:45 爐內(nèi)清掃和爐墻精細(xì)化清理，2:45~5:45 澆注，高度 1.2m，養(yǎng)生 9.5h。
（6）爐缸側(cè)壁第三次：9 月 6 日 15:30~21:30 支模，21:30~22:30 爐內(nèi)清掃和爐墻精細(xì)化清理，22:30~7日 1:30 澆注，高度 1.6m，養(yǎng)生 11h。
（7）爐缸側(cè)壁第四次：9 月 7 日 12:30~19:00 支模，19:00~19:45 爐內(nèi)清掃和爐墻精細(xì)化清理，19:45~24:00澆注，高爐 1.2m，養(yǎng)生 11h。
（8）爐缸側(cè)壁第五次：9 月 8 日 11:00~16:30 支模，16:30~17:45 爐內(nèi)清掃，17:45~20:40 澆注，澆注高度 1.1m，養(yǎng)生 11h。
（9）爐缸側(cè)壁第六次：9 月 9 日 7:30~12:00 支模，12:00~13:30爐內(nèi)清掃衛(wèi)生，13:30~16:30澆注，澆注高度1.3m，養(yǎng)生 18.5h。
（10）整體拆模和鐵口退臺(tái)噴涂：9 月 10 日 11:00~11 日2:30 整體拆模，其中 17:30~19:00 鐵口退臺(tái)噴涂。
5 結(jié)論
（1）從澆筑后總體效果來看澆筑面裂紋橫向較多，縱向較少，但沒有連成片，裂紋寬度最寬不超過 1mm， 長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超過 2mm，裂紋主要分布在鐵口上方變徑區(qū)域；澆筑時(shí)由于使用模具較大，模具最長(zhǎng)的約 600mm，尺寸較大的模具并不利于最后爐缸歸圓；另外，烘爐后二套澆注料有上漲趨勢(shì)，需要進(jìn)一步觀察[4]。
（2）由于本次爐缸澆筑的總原則是以功能性恢復(fù)為主，在澆筑過程中要盡最大程度保存原有未被侵蝕、保存比較完好的碳磚，所以給安裝爐缸電偶帶來一定難度。例如，由于 2010 年后 7 高爐由于爐缸長(zhǎng)壽原因一直降低強(qiáng)度生產(chǎn)，高爐侵蝕總體好于其它高爐 ，所以爐底滿鋪碳磚電偶鋪線時(shí)只能由北側(cè)扒渣門進(jìn)入，導(dǎo)致最終未能完全按照設(shè)計(jì)鋪滿電偶。
（3）本次 7 高爐大修于 2020 年 9 月 19 日 21:08 送風(fēng)投產(chǎn)，大修重點(diǎn)項(xiàng)目除對(duì)爐缸進(jìn)行整體澆筑外，還包括更換爐身冷卻壁、對(duì)爐身進(jìn)行整體噴涂、對(duì)熱風(fēng)爐外短管和熱風(fēng)總管進(jìn)行砌筑等。大修工期緊、任務(wù)重、檢修項(xiàng)目多，預(yù)計(jì)工期 40 天，實(shí)際 37.5 天完工，比計(jì)劃提前 2.5 天完成。在整個(gè)大修過程中，爐缸澆筑的施工周期短、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)的比較突出，為縮短工期做出了重大貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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