孟文濤 薛忠林
2020年是全面建成小康社會(huì)的一年，沒有全面小康的實(shí)現(xiàn)，民族復(fù)興就無從談起。我國是鋼鐵大國，高爐的安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是高爐煉鐵人追求的目標(biāo)，高爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行標(biāo)志著煉鐵技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)造效益最大化，同時(shí)也為民族復(fù)興、小康社會(huì)的建成貢獻(xiàn)一份力量。
隨著《新環(huán)保法》及大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案的具體實(shí)施，部分省份的鋼鐵企業(yè)受到采暖季及非采暖季10%~50%的產(chǎn)能限制，造成國內(nèi)高爐開停爐極為頻繁。同時(shí)，高爐的安全及壽命也承受著巨大的考驗(yàn)。大多數(shù)高爐面臨著爐缸耐材熱震加劇碳磚的沖刷及剝離侵蝕，爐缸安全受到嚴(yán)重的威脅，爐身耐材在開停爐過程中不斷受到邊緣氣流的沖刷及熱制度波動(dòng)導(dǎo)致的渣皮不穩(wěn)定，進(jìn)而影響到冷卻壁的壽命。爐體耐材的侵蝕加劇更進(jìn)一步推動(dòng)了高爐的大中修進(jìn)程。
很多高爐在頻繁的開停爐后，面臨著一個(gè)問題——是否需要進(jìn)行徹底大修來保證高爐的生產(chǎn)安全？
傳統(tǒng)的高爐大修是將高爐爐缸耐材全部拆除后重新砌筑，冷卻壁或爐殼局部或整體更換。有些高爐大修項(xiàng)目甚至啟動(dòng)于停爐前2到3年，停爐至開爐周期基本都在3個(gè)月左右。傳統(tǒng)大修不僅大量消耗人力、物力、資金及時(shí)間，而且在物料的準(zhǔn)備及生產(chǎn)等環(huán)節(jié)也產(chǎn)生了一定的重復(fù)性的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。美固美特經(jīng)過三十多年的技術(shù)積累，結(jié)合獨(dú)特的材料性能，在高爐大中修方面獨(dú)辟蹊徑，已形成一整套高效、快速、安全的高爐大修方案。美固美特高爐快速大修案例的成功應(yīng)用，使得高爐在目前市場環(huán)境下既能適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)奏的快速變換，也保證了高爐在另一個(gè)爐役周期的運(yùn)行安全。美固美特快速大修方案已成為高爐應(yīng)對(duì)目前市場環(huán)境的一把利器，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外的大中小型高爐。
“快速大修”概念的提出
獨(dú)特的材料及長壽的理念是高爐“快速大修”的基礎(chǔ)：美固美特材料均為無水泥質(zhì)材料，采用特種硅凝膠作為結(jié)合劑，遠(yuǎn)程泵送至爐內(nèi)。材料本身具有優(yōu)良的抵抗渣鐵侵蝕性能、極好的熱震穩(wěn)定性、優(yōu)良的高溫蠕變性能、低的鐵水熔蝕指數(shù)、低的線變化率。爐缸整體澆注無縫成型，具有超低的系統(tǒng)顯氣孔率，防止堿金屬、鉛鋅蒸汽及一氧化碳侵蝕，有效保護(hù)碳磚；并且利用其中高導(dǎo)熱性能在碳磚熱面澆注成型后，與碳磚形成完美的溫度場梯度分布，將1150℃等溫線推移至澆注料熱面，在材料熱面形成渣鐵凝滯保護(hù)層保護(hù)碳磚，避免產(chǎn)生碳磚環(huán)裂、脆化等現(xiàn)象，最大程度地保護(hù)爐缸原有磚襯，大大延長爐缸的使用壽命。
高爐的“快速大修”是基于美固美特獨(dú)創(chuàng)、成熟耐材特性及施工工藝基礎(chǔ)上的一種高爐耐材重建理念：其基本步驟和內(nèi)容包含停爐、放殘鐵、涼爐、爐缸清理、冷卻元件更換、爐缸澆注、爐身噴注、烘爐、開爐。整個(gè)過程快速高效，更好地適用于目前高爐適應(yīng)市場環(huán)境及環(huán)保限產(chǎn)政策的下煉鐵產(chǎn)能調(diào)整，以最低的資金投入達(dá)到企業(yè)的利潤最大化。國內(nèi)大中型高爐快速大修周期可控制在28天至34天之間，施工組織無交叉作業(yè)，各工序銜接緊湊，施工過程精細(xì)控制，有效地保證了大修的質(zhì)量及安全。
“快速大修”與傳統(tǒng)大修的對(duì)比
快速大修對(duì)高爐時(shí)間效益的影響：傳統(tǒng)高爐大修時(shí)間為3個(gè)月至6個(gè)月，而選用美固美特高爐技術(shù)方案，高爐快速大修時(shí)間可控制在30天左右。按照傳統(tǒng)大修最短3個(gè)月的檢修周期考慮，至少為業(yè)主節(jié)省60天的高爐作業(yè)時(shí)間，若以每噸鐵300元~900元的利潤計(jì)算，2500m3高爐（平均日產(chǎn)6300噸）創(chuàng)造效益1.134億元~3.402億元，而美固美特爐缸澆注的投資僅為效益值的4%~8%。
快速大修與傳統(tǒng)大修投資利益對(duì)比分析：傳統(tǒng)高爐大修過程需要將爐缸內(nèi)襯碳磚及陶瓷杯整體進(jìn)行清理并重新進(jìn)行砌筑。而在快速大修中，美固美特基于優(yōu)質(zhì)耐材的特性，在清理過程中最大限度地保留爐缸內(nèi)襯，減少大修的固定投資。十多年來，美固美特參與大量的高爐爐缸破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)，爐缸耐材侵蝕最嚴(yán)重的總是在鐵口中心線以下、陶瓷墊以上二至三層碳磚的位置，即高爐“象腳”侵蝕區(qū)域。在爐缸清理過程中采取爐缸碳磚保護(hù)性清理方式，保留已運(yùn)行多年的結(jié)構(gòu)及傳熱穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)碳磚，發(fā)現(xiàn)爐缸可保留碳磚的比例高達(dá)80%以上。
傳統(tǒng)高爐大修的代價(jià)，首先是對(duì)沒有侵蝕碳磚的浪費(fèi)。以遷鋼2號(hào)2650m3高爐為例，按照目前國際市場上碳磚價(jià)格7000歐元/噸計(jì)算，利舊此部分碳磚可為業(yè)主節(jié)約碳磚資金4300萬元人民幣以上。美固美特利舊碳磚修復(fù)方案的投資僅占傳統(tǒng)大修方案固定資產(chǎn)投入的28.7%。
“快速大修”應(yīng)用于國內(nèi)外大型高爐的案例
近年來，美固美特爐缸整體澆注技術(shù)越來越多地成功應(yīng)用于國內(nèi)外大中型高爐的工業(yè)生產(chǎn)。截至2019年12月底，美固美特2000m3級(jí)以上高爐舊碳磚爐缸整體澆注修復(fù)已達(dá)17座，幾個(gè)代表性的案例如下：
——墨西哥AHMSA 5號(hào)2210m3高爐，該高爐第一代爐齡為18年，爐缸采用美國UCAR熱壓小碳?jí)K頂砌，2012年停爐前爐缸側(cè)壁溫度高達(dá)800℃，經(jīng)常堵風(fēng)口。2012年6月，由美固美特進(jìn)行舊碳磚爐缸澆注投產(chǎn)至今已穩(wěn)定高產(chǎn)運(yùn)行7年以上，目前爐缸側(cè)壁插入深度600mm處的數(shù)支熱電偶溫度全部低于400℃，日產(chǎn)量由5500噸~6200噸提高到了7300噸~7500噸，預(yù)期壽命延長10年，這使得AHMSA取消了1億美元大修計(jì)劃，預(yù)計(jì)該高爐使用壽命可達(dá)28年以上。
——德國Salzgitter BF-A 2410m3高爐，該高爐第一代爐齡為8年，爐缸采用超微孔大炭塊復(fù)合爐缸，2013年停爐前爐殼局部溫度高、冷卻壁熱流強(qiáng)度超標(biāo)，局部侵蝕嚴(yán)重，最薄處碳磚厚度400mm~500mm左右。該公司2013年7月份采用美固美特爐缸快速修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定運(yùn)行至今已達(dá)6年以上。2019年3月份回訪時(shí)，澆注料冷面溫度小于500℃，按目前情況推算該爐缸澆注后可持續(xù)運(yùn)行10年以上。
——包鋼3號(hào)2200m3高爐舊碳磚爐缸澆注，2017年6月開爐至今已運(yùn)行2年4個(gè)月，而且在舊碳磚與澆注料之間的熱電偶讀數(shù)穩(wěn)定在545℃左右，推測澆注料厚度仍為400mm以上；首鋼遷鋼2號(hào)2650m3高爐2018年9月爐缸澆注開爐后燃料比下降30kg/t，產(chǎn)量穩(wěn)定在6300 t/d以上；在本鋼板材5號(hào)2650 m3和遷鋼2號(hào)高爐良好的澆注效果的影響下，本鋼板材7號(hào)2800m3高爐、北營2號(hào)3200m3高爐、首鋼遷鋼1號(hào)2650m3高爐、通鋼3號(hào)2680m3高爐進(jìn)行了舊碳磚澆注，爐缸澆注后高爐重獲新生，目前側(cè)壁象腳侵蝕部位溫度穩(wěn)定在100℃~200℃（熱偶插入深度為距冷卻壁熱面250mm），指標(biāo)均優(yōu)于停爐前指標(biāo)。
以美固美特獨(dú)特爐缸澆注技術(shù)為核心的“快速大修”實(shí)際案例證明，爐缸整體澆注不僅在大修工期上有明顯優(yōu)勢，而且在開爐后高爐能快速釋放產(chǎn)能并達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同時(shí)消除了傳統(tǒng)爐缸結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患，真正達(dá)到高爐長壽的目的。
基于優(yōu)質(zhì)耐材特性的美固美特爐體耐材配置
美固美特爐缸耐材配置分為：利舊碳磚爐缸整體澆注，新碳磚爐缸整體澆注，無碳磚爐缸整體澆注。
——新碳磚爐缸整體澆注技術(shù)，包括爐底封板以下灌注及爐底封板以上找平層，碳磚與爐殼之間，分別進(jìn)行不同澆注材料的填充，避開傳統(tǒng)砌筑搗打方式的弊端，保證填充材料的密實(shí)性及冷卻系統(tǒng)傳熱的連續(xù)性。爐殼與冷卻壁之間選擇特殊流動(dòng)性好、常溫固化，體積穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的材料進(jìn)行填充，從根本上徹底封堵煤氣，避免生產(chǎn)過程中爐體竄煤氣的問題，省去投產(chǎn)后反復(fù)在線灌漿帶來的煩惱和資金花費(fèi)。
——爐缸局部修復(fù)技術(shù)，根據(jù)具體情況可以選擇鐵口整體澆注及風(fēng)口帶整體澆注，在一定程度上保證煤氣的密封可靠性，同時(shí)由于材料良好的抗渣鐵侵蝕性，保證鐵口及風(fēng)口的耐材長壽。
爐腹、爐腰、爐身下部、爐身中上部及爐頂封罩分別選用不同特性材料的噴注方式，最大程度保護(hù)爐身冷卻器來保證高爐爐身及爐缸的長壽。
——近年來在高爐快速大修過程中，由于高爐原有磚襯異常侵蝕，拆除過程中發(fā)現(xiàn)爐缸側(cè)壁磚襯破損嚴(yán)重已無法保留，而且來不及采購碳磚，將會(huì)采取爐缸側(cè)壁所有磚襯進(jìn)行清理至冷卻壁熱面，利用美固美特材料整體進(jìn)行澆注的方式進(jìn)行爐缸重建，如此所謂的高爐無碳磚爐缸整體澆注。開爐運(yùn)行后由冷卻壁與澆注料之間進(jìn)行熱量傳遞，在澆注料內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度梯度，爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定在50℃~150℃之間，對(duì)爐缸無異常的影響。
美固美特?zé)o碳磚高爐爐缸澆注技術(shù)已成功應(yīng)用于國內(nèi)外23座高爐，標(biāo)志著爐缸耐材配置進(jìn)入到另一個(gè)技術(shù)層面。爐缸耐材均質(zhì)化、連續(xù)化、整體化積極地推進(jìn)了爐缸智能檢測和工業(yè)生產(chǎn)，為高爐爐缸的長壽管理奠定了良好的基礎(chǔ)。
當(dāng)前市場環(huán)境下高爐的大中修策略，應(yīng)基于美固美特成熟的材料技術(shù)及工藝，來適應(yīng)市場的快速反應(yīng)，進(jìn)行錯(cuò)峰停爐、錯(cuò)峰檢修、錯(cuò)峰生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)高爐經(jīng)濟(jì)效益的最大化。高爐大中修沒必要全拆全換，這樣可以節(jié)省大量時(shí)間及資金投入，用中小修的時(shí)間和資金辦大修的事，使高爐達(dá)到安全、環(huán)保、穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)并長壽的目標(biāo)。
進(jìn)入二十一世紀(jì)第二個(gè)十年，美固美特“快速大修”技術(shù)將持續(xù)不斷地優(yōu)化和進(jìn)取，繼續(xù)積極為中國煉鐵助力。
