創(chuàng)新耐材技術(shù) 助力煉鐵高質(zhì)量發(fā)展

值此中華人民共和國成立70周年之際，筆者從一個專業(yè)耐材廠家的視角，回顧美固美特攜手中國鋼鐵工業(yè)走過的歷程，給業(yè)內(nèi)老領(lǐng)導(dǎo)、老專家、老同事及廣大的新老用戶匯報分享美固美特高質(zhì)量獨(dú)創(chuàng)耐材技術(shù)助力鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展成果，希望為大家提供借鑒。

創(chuàng)新高爐噴涂技術(shù)促進(jìn)升級換代

美固美特作為高爐必備的戰(zhàn)略合作伙伴，緊跟著市場調(diào)整的步伐，為鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。

早在1989年，美固美特就開發(fā)出硅凝膠結(jié)合的無水泥澆注料，2000年10月首次成功引入高爐本體內(nèi)襯噴涂，標(biāo)志著以硅凝膠結(jié)合的濕法噴注(3.0)技術(shù)誕生，此后在世界范圍得到了廣泛應(yīng)用。15年前，該技術(shù)首次由美固美特技術(shù)專家賈美高及筆者引入中國市場。當(dāng)時國內(nèi)的高爐噴涂還處在低水泥半干法噴涂的第一代技術(shù)（1.0）時代，由于美固美特的出現(xiàn)，高爐噴涂技術(shù)很快就超越還處于推廣時期的低水泥濕法噴涂的第二代技術(shù)（2.0）時代，直接進(jìn)入了美固美特硅凝膠結(jié)合的濕法噴注的第三代技術(shù)（3.0）時代。到目前為止，該技術(shù)已成功應(yīng)用于354座高爐。

爐身噴注技術(shù)作為高爐爐體耐材維護(hù)的主要措施之一，主要用于風(fēng)口帶以上部位的高爐內(nèi)襯修復(fù)、恢復(fù)爐型。美固美特結(jié)合高爐內(nèi)冶煉過程對耐材的不同需求，設(shè)計研發(fā)了不同特性的耐材用于爐本體各部位。爐腹、爐腰所使用的耐材需要具備與襯里基體超強(qiáng)結(jié)合、半導(dǎo)熱、抗渣鐵侵蝕性強(qiáng)、易形成穩(wěn)定渣皮等特性。爐身中上部則要選用熱振穩(wěn)定性優(yōu)異、抗堿金屬侵蝕、耐機(jī)械磨損性強(qiáng)的耐材作為爐身中上部內(nèi)襯，在高爐冶煉過程中對冷卻元件起到了強(qiáng)有力的保護(hù)作用，在實際生產(chǎn)過程中效果明顯。如寶鋼股份4號4750m3高爐在2014年實施濕法噴注后5年內(nèi)，爐身整體熱負(fù)荷長期穩(wěn)定而且較低，高爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居國內(nèi)前列。

創(chuàng)新爐缸澆注技術(shù)

成功應(yīng)用于國內(nèi)外大中型高爐

2004年，美固美特硅凝膠結(jié)合材料首次應(yīng)用在南非ArcelorMittal - Vanderbijlpark鋼鐵廠及加拿大Algoma鋼鐵廠高爐爐缸側(cè)壁及風(fēng)口帶。當(dāng)時，國內(nèi)外的鋼鐵企業(yè)還沒有“爐缸澆注”的概念。今天，以美固美特獨(dú)創(chuàng)的爐缸澆注技術(shù)已然得到國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，目前累計高爐爐缸澆注已達(dá)682座次。

美固美特爐缸澆注對煉鐵技術(shù)發(fā)展主要有以下三方面的促進(jìn)作用：

一是促進(jìn)了爐缸側(cè)壁澆注技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)首先于2008年作為厚碳磚爐缸側(cè)壁配“人造渣皮/保護(hù)襯”引入到首鋼京唐5500m3高爐；2009年5月，在寶鋼不銹鋼750m3高爐作為“工作襯”對破損嚴(yán)重的爐缸側(cè)壁進(jìn)行了快速修復(fù)，兩年以后停爐時發(fā)現(xiàn)側(cè)壁的澆注料基本完好；河北九江線材公司2號1080m3高爐于2012年7月采用薄壁大塊新碳磚+美固美特澆注料工作襯，在高爐運(yùn)行4年零7個月后政策性停爐，在爐缸耐材侵蝕調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)側(cè)壁和爐底碳磚均完整，未接觸鐵水，沒有出現(xiàn)常說的“象腳侵蝕”，真正起到了“安全襯”的作用。隨后，該公司的其他高爐都陸續(xù)采用了這項技術(shù)。寶鋼不銹鋼2500m3高爐于2012年采用爐缸整體澆注代替陶瓷杯做為爐缸工作襯，在新碳磚側(cè)壁進(jìn)行了澆注，至2016年6月停爐時爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定在250℃以下，無任何異常。

良好的效果，使得爐缸澆注技術(shù)在國內(nèi)外得到積極推廣，在各種高爐上取得了一個接一個優(yōu)異的業(yè)績。同時，爐缸澆注技術(shù)也逐漸從中小高爐應(yīng)用到大高爐、巨型高爐上，從1080m3到2500m3，然后再到4000m3~5000 m3級高爐。

二是促進(jìn)了大型高爐舊碳磚爐缸修復(fù)整體無縫工作襯技術(shù)發(fā)展。近年來，美固美特爐缸澆注工作襯技術(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8月底，美固美特2000m3級以上高爐舊碳磚爐缸整體澆注修復(fù)已達(dá)17座。如墨西哥AHMSA 5號2210m3高爐，該高爐在生產(chǎn)18年后，于2012年6月由美固美特進(jìn)行舊碳磚爐缸澆注投產(chǎn)至今，已安全穩(wěn)定高產(chǎn)運(yùn)行7年以上，目前高爐運(yùn)行一直狀況良好，預(yù)計該高爐使用壽命可達(dá)28年以上。2013年7月德國Salzgitter BF-A 2410m3高爐對已經(jīng)運(yùn)行8年的爐缸進(jìn)行整體澆注修復(fù)后，穩(wěn)定運(yùn)行至今已達(dá)6年以上，預(yù)計還可再延長5年以上。包鋼3號2200m3高爐采用舊碳磚爐缸澆注技術(shù)，從2017年4月開爐至今已運(yùn)行2年4個月，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2650m3高爐于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2650m3高爐及遷鋼2號高爐良好的澆注效果影響下，本鋼板材7號2800m3、北營2號3200m3高爐，首鋼遷鋼1號2650m3高爐、通鋼3號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150℃~250℃，指標(biāo)均優(yōu)于停爐前指標(biāo)。

三是促進(jìn)了無碳磚均質(zhì)化爐缸整體澆注技術(shù)的發(fā)展。爐缸清理過程中發(fā)現(xiàn)舊碳磚破壞程度嚴(yán)重影響到爐缸的導(dǎo)熱體系，不能或基本不能保留碳磚的情況下怎么辦？答案是對爐缸側(cè)壁碳磚進(jìn)行完全清理，露出冷卻壁表面，利用美固美特兩種澆注料在爐缸內(nèi)整體澆注爐缸內(nèi)襯。美固美特在國內(nèi)外無碳磚爐缸澆注技術(shù)屬于首創(chuàng)和獨(dú)創(chuàng)，成功應(yīng)用案例已達(dá)22例，運(yùn)行時間最長的俄羅斯NLMK的5號3200m3高爐，已安全穩(wěn)定運(yùn)行4年之久。隨后，烏克蘭ArcelorMittal -Kriyvyi Rih 1386m3 高爐、2000m3高爐，國內(nèi)河北鑫達(dá)1080m3高爐蕪湖富鑫660m3高爐、西寧礦冶特鋼850m3等高爐均采用了無碳磚爐缸澆注技術(shù)，目前溫度穩(wěn)定，所有爐缸運(yùn)行狀態(tài)良好。

對有關(guān)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的思考與建議

重新定義高爐大修及長壽的概念。

在傳統(tǒng)觀念里，爐缸運(yùn)行幾年后因“象腳區(qū)”的侵蝕會造成側(cè)壁溫度的升高，進(jìn)而影響高爐的生產(chǎn)安全，傳統(tǒng)煉鐵的概念是一旦有停爐的機(jī)會都會采取重新更換碳磚和陶瓷磚，進(jìn)行爐缸的徹底維護(hù)，稱之為“大修”。但是，高爐爐缸側(cè)壁耐火材料侵蝕、爐體冷卻元件損壞就必然要走傳統(tǒng)大修的道路嗎？

十多年來，美固美特參與的大量的高爐爐缸破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)，爐缸耐材的侵蝕最嚴(yán)重的總是在鐵口中心線以下、陶瓷墊以上兩三層碳磚即“象腳區(qū)”。在爐缸清理過程中采取保護(hù)性拆除方式，保留已運(yùn)行多年的傳熱穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)碳磚，可保留比例高達(dá)80%以上。

傳統(tǒng)高爐大修的代價，首先也是最直接的是對沒有侵蝕碳磚的浪費(fèi)。以遷鋼2號2650m3高爐為例，按照目前國際市場上碳磚價格7000歐元/噸計算，修舊利廢工程可為業(yè)主節(jié)約購買碳磚資金4300萬元人民幣以上。其次，傳統(tǒng)大修需要60天~90天，而美固美特的快速修復(fù)方案實際只需34天或以內(nèi)。傳統(tǒng)大修第三個代價，是生產(chǎn)碳磚所需要的原燃料資源浪費(fèi)及其生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染。

美固美特獨(dú)特的三種高爐爐缸修復(fù)方式是在如今環(huán)保限產(chǎn)頻繁、市場變幻莫測的環(huán)境下，高爐快速進(jìn)行爐缸維護(hù)的最直接、靈活、有效、經(jīng)濟(jì)的爐缸修復(fù)方式，是高爐應(yīng)對目前市場的“一把利器”。結(jié)合其在近15年的成功應(yīng)用，筆者認(rèn)為業(yè)內(nèi)有必要重新定義高爐大修及長壽的概念，建議將此修復(fù)技術(shù)定義為“快速大修”。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，其基本步驟包含停爐、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，整個過程組織順暢，一氣呵成，更好地適用目前高爐適應(yīng)市場環(huán)境及環(huán)保限產(chǎn)政策調(diào)整，使高爐更快速高效適應(yīng)市場的變化，實現(xiàn)企業(yè)的利潤最大化。

同時，筆者也建議將高爐的考核指標(biāo)增加一個安全經(jīng)濟(jì)壽命，即每立方米高爐累計為企業(yè)創(chuàng)造的利潤（元/m3）。

智能化煉鐵需要均質(zhì)化的耐材配置：

美固美特獨(dú)特的材料技術(shù)不僅僅解決了傳統(tǒng)高爐爐缸安全和長壽問題，而且還有效助力方興未艾的高爐智能化的進(jìn)一步發(fā)展。

其爐缸無碳磚整體澆注為爐缸提供了長效均質(zhì)化的耐材襯里，消除了爐缸內(nèi)三道豎縫（爐殼-冷卻壁、冷卻壁-碳磚、碳磚-陶瓷磚之間）及成百上千條磚縫的問題，并且會在爐缸內(nèi)配置整套熱電偶監(jiān)測及壓力監(jiān)測點，對爐缸形成整體監(jiān)控，達(dá)到精確判斷爐缸侵蝕狀態(tài)的目的，進(jìn)而助力高爐智能煉鐵的發(fā)展。有了長效均質(zhì)化耐材，配加相應(yīng)溫度、壓力、監(jiān)測傳感器體系，才能更真實反應(yīng)爐內(nèi)的各種變化。沒有理想的耐材配置就不能保護(hù)有效的傳感器，也就沒有連續(xù)、準(zhǔn)確、即時的大數(shù)據(jù)，也就無從談起高爐煉鐵真正智能化。美固美特已經(jīng)在材料和結(jié)構(gòu)上解決了爐缸長壽和安全的問題，做好了為高爐提供長效、整體無縫、均質(zhì)化耐材的技術(shù)準(zhǔn)備及工業(yè)化生產(chǎn)實踐，并將不遺余力地推進(jìn)高爐煉鐵智能化進(jìn)程，為煉鐵的高質(zhì)量發(fā)展做出耐材供應(yīng)商應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

高爐建設(shè)不要重復(fù)多年前的老路。

2016年以來，為落實國家環(huán)保政策要求，異地大修高爐已蔚然成風(fēng)。在新建高爐耐材配置上，很多鋼鐵企業(yè)受制于資金投入和項目低價中標(biāo)的大包模式，忽略了傳統(tǒng)設(shè)計爐缸存在的技術(shù)問題，在選擇爐缸耐材配置上多數(shù)保守地選擇了碳磚+陶瓷磚的方式，而且在冷卻壁和碳磚之間、冷卻壁和爐殼之間、爐底封板以上及找平層的設(shè)計上，還是選擇傳統(tǒng)的砌筑搗打施工方式。筆者觀察到，此波高爐建設(shè)還在重復(fù)15年前的老路，等開爐后幾年同樣的問題還會重復(fù)出現(xiàn)。

未來，智能化煉鐵高爐本體的耐材配置應(yīng)該有高質(zhì)量發(fā)展的解決方案。對此，美固美特準(zhǔn)備好了有針對性的“錦囊妙計”：一是風(fēng)口帶整體進(jìn)行澆注，澆注料完全包裹中套及大套，有效避免風(fēng)口跑煤氣、堿金屬及鋅蒸汽滲透，造成風(fēng)口上翹等一系列的問題；二是爐缸采用不太厚的碳磚或高導(dǎo)熱澆注料“安全襯”，配適當(dāng)厚度美固美特澆注料“工作襯”，靠不斷的冷卻水帶走部分熱量，在工作襯熱面形成穩(wěn)定凝滯層保護(hù)澆注料及碳磚不受鐵水的侵蝕，無縫的爐缸整體澆注技術(shù)同時也在一定程度上確保碳磚免受堿蒸汽侵蝕，最大程度上保護(hù)碳磚或高導(dǎo)熱安全襯，也能保證高爐長壽。三是碳磚和冷卻壁之間填充美固美特體積穩(wěn)定的高導(dǎo)熱自流澆注料，完全避免因傳統(tǒng)模式下碳搗料帶來的氧化、收縮、氣隙等一系列影響碳磚導(dǎo)熱的因素，也消除碳磚熱面灌漿的必要性。四是爐殼和冷卻壁之間采用美固美特高鋁質(zhì)自流澆注料進(jìn)行填充，體積穩(wěn)定保證了爐殼和冷卻壁之間的填充，使用該澆注料一次填充，“終身受益”，開爐后冷面壓漿概念也將不復(fù)存在。五是爐底封板下與水冷管之間采用高導(dǎo)熱澆注料進(jìn)行自流填充，封板上用高導(dǎo)熱澆注料做找平層，這些技術(shù)的進(jìn)步不僅能確保高爐爐缸傳熱設(shè)計的合理性，在結(jié)構(gòu)和材料上保證了使用的耐久性及煤氣封閉的效果。

美固美特（天津）耐材有限公司依托自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)外耐材行業(yè)取得了良好的業(yè)績及口碑。展望未來，我們將繼續(xù)與中國鋼鐵工業(yè)攜手同行，共創(chuàng)高質(zhì)量發(fā)展的美好明天。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。