热风炉温度控制器(华西科技高炉热风炉智能压浆技术的应用与实践探讨)

Posted 2023-06-02

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热风炉温度控制器(华西科技高炉热风炉智能压浆技术的应用与实践探讨)

高炉热风炉智能压浆技术的应用与实践探讨

孙智慧白雪松

华西科技集团

摘要本文主要对高炉本体及热风炉热风系统带风压浆技术在实际生产中的应用与具体施工应注意的问题进行简要说明，以便生产中有针对性地制定合适的压浆施工方案，并有针对性地对压浆施工提出应当注意的问题。

关键词高炉本体热风系统压浆

0 前言

高炉本体和热风炉系统的压浆施工，已经是一个基本的日常维护技术，得到广泛应用。压浆是指利用泵送机把压浆料送入指定位置，达到造衬目的，阻断煤气通路、窜风的作用，解决炉壳或管壳温度高、煤气泄漏、铁口喷溅等现象的一种施工技术。根据施工时间的不同、气温的不同等，施工参数的控制不同。根据施工部位的不同，压浆材料的材质及结合剂的选择也不同。在实际施工中对具体问题及应注意事项进行探讨是本文的重点。

1、压浆技术

压入料通过均匀搅拌或加热后存放于料斗中，压浆机工作时在吸入侧形成负压把料斗中的料通过吸入管吸入泵送系统，再通过连接软管泵送至压入指定位置。压入指定位置处炉壳开孔并焊接短管(长150mm左右)，在焊接牢固的短管上安装球阀（DN32-DN50），球阀后边安装快速连接头。通过快速连接头实现与压浆泵送出料软管连接，实现压浆机工作时把压入料灌压到指定压浆孔。

图1压浆操作流程图

指定位置一般是在高炉本体炉壳温度高、铁口喷溅、热风炉热风系统管壳温度高的情况下，经技术分析需要压浆的特定部位。例如高炉炉壳与冷却壁的间隙；高炉风口套与炉壳的间隙；高炉冷却壁与内衬的间隙；热风炉炉壳与内衬的间隙；热力管道、烟道的内衬间隙。

泵送机是压浆施工的关键设备。泵送压力一般最低档0.2MPa，最高可达20-30MPa，完全满足不同压力的需要，并可以根据控制器设定随时停止打压、泄压等运行模式。

图2 泵送机

压浆料的预处理也很关键。搅拌机的性能不同，搅拌时间不同，搅拌出来的效果也不同。要求搅拌均匀，无粉料、无块状、无明显稀稠差异等，同时还要遵守结合剂配加比例。

图3 搅拌机

对于预热型的压浆料，预热温度不同，预热时间长度不同，预热后的效果也就不同。预热时要关注预热热源的稳定性，比如蒸汽温度和压力。同时还要对压浆孔及压浆管道进行预热。无论是搅拌还是预热，都要关注使用时的实际效果，必要时采取针对性措施进行调整，不能因为太稀起不到灌浆效果，也不等太稠堵管影响施工。

图4 配料搅拌

2、压浆料的选择

高炉压浆使用的耐火材料主要有两类：水性结合材料和树脂结合材料。水性结合材料主要由水玻璃、水泥、磷酸盐结合而成，其主要化学成分为Al2O3、Fe2O3、K2Na2O4、SiC。水性结合材料粘结强度较高，很容易粘附于冷却壁或未受损炉衬表面，但若修补时炉衬温度过高，材料内水分迅速蒸发会导致膨胀，造成内衬脱落。以树脂为结合剂的材料，大多是由矾土、焦宝石、碳素组成，其主要成分为Al2O3、SiO2、SiC或MgO、固定碳。随着高炉大型化及安全要求的提高，多采用树脂结合剂材料。不同部位的压浆料，有一定的性能上的要求，需要区别选择。高炉压浆使用的无水压浆料，主要分为碳质、碳化硅质、高铝质三种。炉缸侧壁部位要求导热要好，采用碳质无水压入料；炉腹炉腰要求导热和抗侵蚀都要好，采用碳化硅质压入料；炉身采用耐磨耐热震耐冲刷的高铝质无水压入料。高铝质隔热无水压入料也用于热风炉系统。非水系高炉压入料的树脂结合剂目前流行选择硅溶胶（mSiO2·nH2O），热风炉压入料选择硅酸铝结合剂（Al2SiO5）。

除此之外，高炉炉基部位封板开裂跑煤气采用高导热“C+SiC”压入密封料（或采用碳质无水压入料）进行治理。高导热“C+SiC”压入密封料具有很强的韧性、塑性及抗氧化性，导热性能更好，使密封料抗煤气冲刷及抗氧化的能力得到显著提高，比碳质压入料的压入性优良，能有效的阻止煤气流动和外溢，起到比较好的密封性，保护炉缸安全。结合剂采用硅溶胶。

表1 华西耐材非水系高炉压入料系列产品性能指标

压浆施工分为日常压浆和集中压浆两种方式。日常压浆是指在生产时进行的压浆施工，集中压浆是指在生产中断时进行的压浆施工。一般高炉和热风系统在服役开始后的3个月时就应该组织开始灌浆，因为内衬各种耐材在服役3个月后基本已经实现稳定烧结，由于施工质量和各种耐材线变率的不同而产生缝隙。之后原则上应每2个月不定期对高炉灌浆一次，有特殊情况可以增加灌浆次数。特别说明，新砖衬砌筑完成后压浆是常规作业，而检修喷涂造衬的烘炉期间压浆，因喷涂料水分尚未烘干，强度还未满足要求，压浆会产生膨胀，严重时引起喷涂料脱落。

3、压浆时机的选择

图5 某高炉烘炉期间压浆造成局部喷涂层浅度剥落

特殊部位的压浆要慎重对待。高炉炉缸是高炉内存在不可逆侵蚀最明显的部位，也是影响高炉寿命最重要的部位，对高炉炉缸的压浆维护至关重要。高炉炉缸压浆施工需要技术人员全面分析侵蚀状况、水温差状况、热流强度状况、炉壳变形或温度情况等来决定。并不是所有窜风、窜煤气都能进行压浆处理。比如，炉役后期的炉缸，侧壁已经侵蚀较严重，剩余厚度已经很薄，此时压浆有可能使内部残存内衬受到破坏而导致损坏高炉。并且，如果不控制压浆压力，也有破坏炉缸结构的可能性。实践中有后期高炉炉缸开孔压浆砖衬塌陷烧穿、炉腹区域压浆压力超标出现炉皮鼓包冷却壁与炉壳分离脱开的案例。

图6 后期炉缸侵蚀示意图（象脚区压浆需谨慎）

炉役前期的炉缸有全部砌筑的，也有砌筑加浇注的，以热流强度来判断炉缸侵蚀量，分析是否可以安全压浆时，因所用材料的导热系数不同，也应该有不同的热流强度标准。笔者所在团队认为，砌筑砖衬模式下的炉缸相关区域热流强度超过7000K/(m2•s)时，就应该考虑压浆；炉缸浇注模式下，炉缸相关区域热流强度超过10000K/(m2•s)时，就应该考虑压浆。但砌筑炉缸热流强度超过15000K/(m2•s)或浇注炉缸热流强度超过18000K/(m2•s)时，压浆施工的效果欠佳且危险系数大。

在正常生产时,高炉炉壳只能在低于80℃的温度下长期工作，一旦超过此温度，将会影响使用寿命，过早出现炉壳变形、弹性下降、接受应力能力不足。热风炉系统管道及热风炉本体炉壳温度原则上也应有上限温度限制，GB∕T 30163-2013《高炉用高风温顶燃式热风炉节能技术规范》对热风炉本体外壳温度进行了不高于100℃（高温部位不高于120℃）的规范。所以，从使用寿命和充分利用能源角度考虑，都应该根据外壳温度情况对热风系统进行压浆维护。

无论是高炉、热风炉或热风管道，对于大面积脱落、严重多缝隙等结构严重损坏的情况，单纯压浆起到作用的可能性很小，或许更需要局部浇注处理。

4、压浆施工的准备工作

对压浆部位的分析，应包括压入深度分析，休风还是带风压浆分析。热面压浆时其实同步进行了冷面压浆。休风压浆时，压入料在压入处由于重力作用，在内部向下流动，对于贯穿缝，压浆料大部分进入炉缸，引发剧冷、炉凉甚至炉缸冻结而不能堵塞缝隙，效果差。带风压浆的特点是压入料进入炉体后能够在内部压力的作用下，压入料能寻找并进入和填补缝隙，可以做到短时间控制煤气窜出，效果较好，避免了盲目过多开孔。

确定压浆位置需要技术人员根据实际生产数据进行。在确定了压浆位置之后，需要焊接灌浆短管。灌浆短管的焊接，一般在生产中断期间进行。也有在线进行的，要求开孔人员技术高，开孔难度也大，很容易发生开孔不够大、焊接不够牢处理困难等情况。短管焊接好之后安装开关球阀，球阀连接好快速连接头。

图7 开孔作业（左）及清理旧孔（右）

利用旧孔压浆时要提前清理。如果旧孔是只开到冷却壁冷面，而计划对冷却壁热面压浆，还需要根据情况增加孔道深度。开孔一般用手持电锤进行，最好用空心钻，不至于出现灌浆孔在清理时就堵塞。清理之前打开球阀，清理之后关闭球阀。在带风清理时，时刻注意孔内情况，及时测温，必要时停止作业。

除此之外，要对灌浆设备进行接电、试运行和清洗管道，准备必要的工具、材料、安全防护品。

特别指出一点。灌浆之后的灌浆孔，在高炉正常生产时将阀门定期打开一段时间，使炉内的气体冲出，让孔道贯通，下次压浆时，能够将压浆料充分压入孔隙，封闭煤气通道。

图8 灌浆孔

5、带风压浆施工的关键参数

5.1开孔深度。一般在冷却壁间缝隙处进行开孔（一般选用Φ20-30㎜的钻头钻开或使用气割加钻头钻透）。高炉冷却壁热面灌浆和冷面灌浆的开孔深度是不同的，确定开孔深度要认真核对对应位置的具体结构。一般用炉壳厚度加填料厚度作为冷面深度，再加上冷却壁厚度来作为热面深度。由于填料厚度不太准确，可以开进去多一点，一般按照20-30mm控制。如果是旧孔重开，还要考虑焊接之外的总体长度情况选择合适长度的钻头。开孔时要有耐心，及时调整钻头斜度，避免钻到冷却壁上发生卡钻。

5.2压浆压力。采用柱塞式压浆机压浆，休风时正常工作压力（不含高差负压，下同）以1档（0.2－0.4MPa）、2档（0.4－0.6MPa）、3档（0.6－0.8MPa）依次选择最小压入压力。在正常送风时压力控制：春秋季0.60MPa、夏季0.40-0.50MPa、冬季0.8MPa左右。炉缸维护性压浆压力不大于4MPa。炉身压浆压力0.2-0.6MPa，补充压力时可到0.6-1.0MPa。热风围管区域在5 MPa以内。热风炉及其薄弱部位原则上尽可能使用最低压力档、最小流量进行操作。不能只依靠压力变化判断灌浆程度，还应当观察邻近孔，一旦有浆料冒出，应停止灌入或停一段时间后再试，避免压坏内部结构。

图9 泵送机操作

5.3开孔数量。在冷却壁的上下层和左右块的十字交叉点部位开孔时，开孔数量不能过多，影响炉壳强度；也不能过少，影响灌浆时灌浆料不能到达附近部位。且开孔上下穿插，间隔进行，以保证气密性和饱满压浆。一般按照经验开孔：炉壳压浆孔间距不低于1.5米，发红部位不低于1.0米（根据现场空间进行选择）。开孔数量重点区域4-6个，区域总数8-10个为宜（整体维护除外）。局部小面积压浆时，要设立2个孔（1个压浆，1个排气）。

5.4压入数量。压浆时可能会出现进料顺利和不顺。在进料顺利的灌浆孔，不能因为容易进料就多进，否则进入的料可能进入管道流失，起不到作用。这就要对单个压浆孔的单次压浆量进行控制。一般一个孔一次压入量不要超过200-300Kg。如压力上升慢，还要采取间隔压入方式（暂停5-10秒）。

在灌浆过程中，对每次灌入的浆料数量、压力值及其变化、时间、灌浆孔编号等关键参数记录在案，有助于调整下一次灌浆方案和进程。

图10 铁口煤气泄漏治理前（左）后（右）对比

图11 铁口喷溅治理前（左）后（右）对比

6、带风压浆施工的安全控制

带风压浆具有一定的危险性，要进行技术上必要的安全控制，有必要的操作安全防护。

带风清理钻孔打开球阀时，可能会出现煤气吹出、旧浆流出、水流出、火星飞出等情况，可直接使用。在技术分析到位的情况下，一般不会出现内衬很薄情况下的压浆施工，出现开孔开出渣铁的情况可以避免。清理时每次钻入深度不超过100mm，然后进行孔内测温，孔内温度不允许超过300℃，超过时停止清理并迅速关闭球阀停止清理。开新孔按照休风期间进行并同样关注孔内温度，降低不必要的危险性。压浆时严格控制上限压力，超限即停，防止出现损坏内部结构。管壳跑浆待处理完再考虑继续。

炉腹带风压浆要注意下部静压力管堵塞的情况。新建高炉炉壳与冷却壁之间填充欠缺较多时，带风压浆过程中出现下部静压力管串入压浆料，应果断停止压浆，用结合剂处理糊堵，恢复正常后，改为休风时不带风压浆。填充后，再带风压浆。

防护方面。对人行通道进行清理，保证道路畅通。开孔或清理时安排专人监护，佩戴面罩、煤气报警器，戴长筒手套，袖口领口严实。不允许单独作业。压浆时，不能离开压浆孔，时刻注意压入情况，避免突然管道爆裂等事故发生而不能及时处理导致安全事故。灌浆料的准备人员，需要注意佩戴防尘用品或高温防护用品。高空作业时，必须佩戴双挂安全带，并有专人监护。

7、结论

1）、合适的灌浆施工是日常维护和特定情况下处理异常的有效手段；

2）、炉缸区治理铁口喷溅带风压浆的施工效果是休风压浆施工无法比拟的，休风压浆效果较差；

3）、炉缸区及薄弱部位压浆参数的选择十分关键，防止压穿出现事故；

4）、高炉炉缸的砌筑方式不同，警戒值也不同；喷涂造衬后的中部压浆要在开炉后进行；

5)、热风炉属于二类砌筑体，一般休风焊接压浆阀门，带风压浆效果较好。