高炉硬质压入和灌浆技术的完善【一】

摘  要 太钢炼铁厂四高炉于 2000 年 9 月 13 日停炉进行改造性扩容大修，同年 11 月 17 日点火投产。炉容由 1350m3 增加到 1650m3。2003 年 4 月高炉炉底中心标高 6.5 米温度曾经升高到 932℃，2002 年 2 月 27 日冷却壁钩头冷却管出现破损，2003 年 10 月在炉底增设水冷管，强化冷却，降低炉缸温度。开炉至今已运行近 9 年。炉本体冷却壁立管和 钩头冷却管损坏较严重，炉缸侧壁温度经常超过安全生产范围，现采取炉本体硬质压入和灌浆，在立管、钩头冷却 管损坏处安装带压入孔偏心铜柱冷却器，延长高炉的寿命，降低高炉侧壁温度，确保高炉一代炉役的安全生产。

关键词  高炉炉役后期  硬质压入  灌浆  带压入孔偏心铜柱冷却器  延长高炉寿命  安全生产

1 前言

    太钢炼铁厂四高炉 2000 年 9 月 13 日-11 月 17 日进行改造性扩容大修，炉容由原 1350m3 扩容到

1650m3，炉本体冷却壁共有 15 段。冷却壁特征见下表：

表 1 四高炉冷却壁结构情况

为了延长一代炉龄的寿命，在高炉本体冷却器方面采取了一系列的先进工艺技术，炉体重要部

位冷却壁的材质均采用延伸等性能较好的球墨铸铁，冷却壁内外水冷管的布置完全采用步步高的原 则，并避免水冷管折返，防止汽塞，同时加大了水冷管直径，提高了水速，在炉腰和炉身下部的冷 却壁凸台还采用了双层水冷管冷却，大大延长了凸台的使用寿命，在很大程度上弥补了冷却壁支撑 砖衬能力差的不足，镶砖冷却壁砖的材质为烧成微孔铝碳砖。冷却系统采用软水闭路循环冷却。

四高炉 2000 年 11 月 17 日开炉，开炉工作很顺利，10 天高炉利用系数达到 2.00，并在以后的 生产中高炉生铁产量一直保持很好的水平。

随着高炉冶强和产量的提高，生产近 1 年另 4 个月的时间高炉冷却壁的钩头冷却管出现烧坏， 直接影响到炉况的顺行。冷却壁钩头损坏情况见下表 ：

表 2  冷却壁钩头损坏情况

2、硬质压入工艺及压入料的选用：

2.1 硬质压入工艺： 硬质压入是区别于普通软质压入工艺的一项高炉炉身内衬修补技术，其原理是利用高炉计划休风时，在炉本体炉衬需修补处或冷却壁损坏处以及预防冷却壁烧损处炉壳上开孔后，焊一短管并安 装控制球阀，用高压压入机具把硬质耐火材料通过短管压入炉内，当硬质耐火材料压入炉内时，炉 内的炉料起到了挡板作用，硬质压入料进入炉内后在炉壳（衬）与炉料间扩展开（而不是混入炉料 间隙，这是区别于软质压入的关键）并粘附于炉壳(衬)上，从而起到了在炉内造衬作用，同时配合 铜柱冷却器的安装，效果更佳。

2.2 压入料的选用：

硬质压入维修主要取决于三个方面：压入工艺、设备和材料，其中耐火材料的选用是实现炉衬 维修的基础，所以要求硬质压入耐火材料除一般的耐火材料具备的性能外还必须具有以下特点：

（1）、良好的抗氧化性；

（2）、良好的抗剥落性和抗碱性；

（3）、良好的施工流动性和炉内扩展性；

（4）、良好的粘接性及一定的保存期；

（5）、耐高温冲刷和化学侵蚀。 除具备以上的几点特性外对压入料的体积密度、气孔率、耐热强度、热态粘接强度、硬化时间

和环境温度等都有严格的要求。

2.4 硬质压入机具的选用：

硬质压入机具必须保证顺利的把耐火料压入炉内，满足硬质压入修补炉衬工艺施工需求，硬质 压入机具工作压力很高，机具和机具的附件在施工中必须安全可靠，同时根据施工特点必须具有压 入施工的独特性。

2.5 灌浆机具的选用：

4#高炉炉缸灌浆时用过多种灌浆机具，因现场情况和灌入浆料的不同总觉的灌浆机具不是很理 想，尤其是在灌碳焦油时浆料温度必须达到 80℃以上，同时，由于灌浆管路长，在每灌完一个孔倒 另一孔时管道里的浆料随着温度降低而冷凝，灌浆机具浆斗里的料也出现了冷凝现象，根据工艺、 设备工况和安全保障对灌浆施工压力有严格的要求，当浆料温度降低时增加了阻力给施工带来了不 便，故要求灌浆工作压力超过灌浆施工规定的压力值时机具必须具备自动泄压等。为了解决上述问 题，在我厂有关技术人员配合下，北京东兴喷射机械有限公司研究、开发自制了一台专灌碳焦油的 便携式螺杆泵，根据施工现场的条件可便于拆装。满足了施工的要求，能较顺利的进行灌浆工作。

3、硬质压入施工的实施：

3.1、硬质压入部位的确定和前期工作：

针对 4#高炉冷却壁立管和钩头管损坏现状以及炉壳温度高、裂缝情况，我们在第 8 段和第 9 段 冷却壁圆周向利用多次休风时分重点布点，先后钻φ70 硬质压入孔 40 余个和安装带压入孔偏心铜 柱冷却器，在高炉定检休风时请北京东兴喷射机械有限公司施工人员带料和机具进行硬质压入施工。 同时在压入施工前要做好以下工作：

（1）、冷却壁直冷管破损切除部位和钩头冷却管破损切除部位的详细情况

（2）、炉壳温度高、炉壳裂缝部位的记录。

（3）、计划安装带压入孔偏心铜柱冷却器的位置确定。

（4）、制定详细的硬质压入施工方案。

（5）、根据冷却壁破损及炉壳温度高的情况确定每孔的压入量。 休风前要制定好硬质压入的施工方案，根据施工方案休风后进行硬质压入施工的实施。

3.2、偏心带硬质压入孔铜柱冷却器的开发与应用： 冷却壁冷却管破损切除后，为了强化冷却，延长损坏冷却壁周边好冷却壁的寿命，我们采取了安

装铜柱冷却器强化冷却的措施，在炉况工作不稳定时，形成的渣皮脱落后，铜柱冷却器受炉料和煤 气流的冲刷以及机械磨损和化学侵蚀等出现损坏，造成给炉内漏水，再则；安装铜柱冷却器时在炉 壳上钻一个安装铜柱冷却器孔，硬质压入时还需钻另一个硬质压入孔，两孔接近在一个施工作业面 上，不能同时设两台钻孔机施工，必须分别进行钻孔。这样施工导致高炉休风时间长，炉壳上多钻 孔且降低了炉壳的强度又增加了煤气的泄露点，为了解决这一难题，我厂技术人员发明了一种偏心 带硬质压入孔铜柱冷却器。铜柱冷却器和硬质压入孔融为一体，偏心铜柱冷却器设计了一个进水口， 一个出水口，一个硬质压入口，在炉壳上钻一个孔，安装上偏心铜柱冷却器后将铜柱冷却器上硬质 压入口球阀打开就可以设施硬质压入，而且，硬质压入孔和其它压入孔一样，能循环疏通使用。解 决了因多钻孔延长高炉休风时间和降低炉壳强度给高炉长寿等方面带来不利因素的技术问题，安装 偏心带硬质压入孔铜柱冷却器后再进行硬质压入，压入后硬质料将铜柱冷却器周围炉衬进行了修补，

在生产中取得了很好的使用效果。

3.3、实施硬质压入后的效果； 硬质压入实施后，高炉炉衬有效的进行了修补，修补后达到了良好的使用效果。 加之安装上偏

心带压入孔的铜柱冷却器进行硬质压入后，即强化了冷却强度又进行了炉衬的修补，尤其是均匀合 理的布点硬质压入，能使炉内形成较稳定的操作炉型，在生产中能形成合理较稳定的渣皮，减少了 炉内炉料等对冷却壁和冷却壁破损处炉壳的机械磨损和化学侵蚀，有效的控制了高温煤气流对冷却 壁和炉壳的冲刷，炉壳烧红、裂缝现象得到了有效控制，减少了炉壳大量的泄露煤气，杜绝了高炉 炉壳烧穿事故的发生，延缓了冷却壁直冷管和钩头冷却管破损的速度，延长了炉役后期冷却壁的使 用寿命，一定程度上避免了因冷却壁经常破损漏水给高炉生产带来的隐患。有效的保证了 4#高炉炉 役后期炉况的稳定顺行和安全生产，使高炉生铁产量稳定在较高的水平。

4、4#高炉风口以下炉缸部位的灌浆：

针对 4#高炉炉缸侧壁温度高的状况，除采取其它措施外每次高炉检修时都要进行灌浆，炉缸侧 壁碳质炉衬与炉壳之间填充的捣打材料在高炉经过长期冶炼后，往往会产生缝隙，从而使炉衬与炉 壳之间产生了很大的隔热作用，导致炉缸侧壁温度上升。因此，利用高炉每次定检的机会在炉缸钻 新灌浆孔和利用炉缸旧灌浆孔进行定期灌浆，达到充填炉衬与炉壳之间间隙强化传热的目的。

4.1 风口大套下沿新增钻孔灌浆：

2009 年元月 9 日 4#高炉进行 16 小时的定检，炉本体主要检修项目：安装铜柱冷却器、硬质 压入和炉缸灌浆，同时在风口大套下沿增开灌浆孔后进行灌浆。早上 7：00 休风后，施工单位钻孔 人员 7：08 分到现场开始作钻孔准备，8：20 分时开始在大套密封罩上焊接钻孔机具固定钢板（δ

＝16mm），8：55 时先焊接好钢板 6 块，9：05 时开始钻孔，到 15：00 时 21 个新增孔全部钻完。钻 孔的同时开始对新孔疏通、清理和焊接短管并临时封孔。孔的位置在大套法兰外侧下沿 200mm 处 4 层冷却壁的缝隙中，孔径φ32mm。孔的深度为 395mm，其中：炉壳厚度：60mm，冷板与炉壳间的填 充料：40mm，冷却壁厚度：165mm，其余 130mm 为捣料。为了想弄明白捣料的厚度，钻孔时 16#风口 大套下沿的孔是直接钻到 395mm 深位置的，孔是从冷板缝隙钻进去的，捣料取不出来，故所剩的 20 个孔均是用钻孔机钻通炉壳后再用电锤用φ18mm 的钻头从冷却壁的缝隙处疏通到 395mm 深处的。21 个孔的深度均为 395mm。当孔疏通到 345—395mm 时从孔中钻出的捣料有颗粒、有面。

孔钻完后，先用钢筋棍制作的扁勾将孔内的余料掏出，再用压缩空气将孔内吹扫干净，用压缩 空气吹孔时发现在某个孔插入压缩空气管在孔内吹扫时相邻的孔也吹出了风，由此判断；炉壳与捣 料之间、冷却壁和炉衬填料间是有缝隙的，导热效果差，风口下沿的灌浆孔清理干净后，在每个孔 的炉壳处焊好短管并安装球阀将球阀关闭实施灌浆。

4.2 风口下沿灌浆的实施：

灌浆前先将浆料和重油用专用工具进行加热，灌浆孔准备好后，进行灌浆的实施，灌浆泵选用 北京东兴喷射机械有限公司新开发研制的便携式螺杆泵并由该公司技术人员负责施工，为了能让浆 料顺利的灌入炉内，有效的填充炉壳和捣打料之间、冷却壁与填料之间的缝隙，施工前制订了详细 的施工方案，浆料选用碳焦油，（cc—3b），灌浆时如新开孔能顺利的进浆时每孔计划灌 CC—3B50Kg。

在灌浆前先将热好的浆料倒入灌浆机具浆料斗，然后开启压浆机上的加热装置后紧接着启动灌 浆机，浆料打在机具的浆斗内，利用机具自循环将机具和浆料管进行预热，灌浆机预热好后将机具 浆斗内的浆料打在原放浆料的空桶内，将打出的浆料继续加热，然后灌浆机内倒入热好的重油，灌 浆孔内先灌重油进行疏导，将热好的重油（油温 80℃）用螺杆泵每孔灌 5kg 先将灌浆孔进行预热， 增加灌浆时浆料的流动性，重油灌入后紧接着进行灌浆，浆料为 cc—3b（浆料温度 80℃），因为 4# 高炉第一次在风口下沿新增孔进行灌浆，为了确保灌浆的安全和摸索在风口下沿灌浆的经验，灌浆 工作压力设定为≤2.0Mpa，每个孔灌浆施工时机具工作压力超过设定值时机具能自动回流泄压，防 止压力高顶坏风口下沿炉缸内的砖衬。有的孔在灌浆时灌浆机具的工作压力随着进浆的数量增加而 压力升高，有的孔不进浆时机具的工作压力瞬间就超过了规定范围，浆料自动回流泄压。在灌浆过

程中对每孔灌浆的机具压力、浆料温度、每孔进浆的数量等情况作了跟踪记录，灌浆结束后将每孔 上的球阀关闭并确认无遗漏，防止高炉复风后泄露煤气。

将风口下沿所有的新增孔全部进行灌浆后有 4 个孔重油和浆料全没进，风口下沿每孔进浆情况 见下表：

四高炉开炉后不久就出现炉缸、炉底砖衬温度异常升高的现象，2003 年炉缸侧壁最高温度达到过974℃，炉底最高温度达到过 932℃，针对炉缸侧壁温度高的情况，当时我们采取了多种措施，如：

（1）、降低产量，减轻炉缸侧壁温度高区域的热负荷。

（2）、加钒钛护炉料；较长的一段时间内配加钒钛矿，用钛铁矿补炉，钛的碳化物和钛的氮化物 熔点很高，在铁水里不溶化，增加了铁水粘度，这种物质在冷却强度较大的地方，很容易析出凝结 并沉积于炉缸浸蚀部位的工作面或砖缝中，碳化钛和氮化钛在此凝结成保护层以保护炉缸内衬，

（3）、堵侧壁温度升高区域上方的个别风口。