CN108794020A - 修复高炉炉衬的修复材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种修复高炉炉衬的修复材料及其应用，其包括如下组分：碳粉、刚玉、石墨粉、碳化硅、酚醛树脂、乙二醇、固化剂。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：使用本发明的硬质压入修复高炉炉衬的材料及其使用方法，在高温作用下快速能达到高强度，起到了恢复炉型的作用。

Description

修复高炉炉衬的修复材料及其应用

技术领域

本发明涉及高炉生产领域，具体而言，涉及一种高炉炉身冷却壁破损后的维护措施，硬质压入材料研究及其使用方法，使用本发明涉及的材料及方法后可以安全、快速地修复受损的高炉炉身内衬，维持稳定的炉衬厚度，消除炉皮红点，降低煤气泄漏。

背景技术

高炉投产后，炉内耐火材料受到各种侵蚀和冲刷，包括：下降炉料和上升煤气流的冲刷、磨损与腐蚀，烟碳沉积的渗入膨胀，锌、钾、钠等易挥发金属的渗入和氧化膨胀，易熔化合物的侵蚀等作用；炉身中下部砖衬除了受炉料和煤气的摩擦和冲刷作用外，还要受到初渣侵、碳素沉积以及气体的破坏作用，因此要比炉身上部侵蚀更加严重。由于上述侵蚀的长期作用，导致炉身耐火材料内衬磨损，径向厚度变薄，导致水冷设施损坏，导致炉皮温度升高甚至发红，开裂，造成炉衬的体积异常膨胀，使炉衬耐活材料变质剥落。

目前采用硬质压入材料技术对受损的高炉冷却壁内衬进行修复。具体是：首先在需要处理的炉壳部位开孔至炉衬与炉料接触面，然后把有高强度、高导热性、良好附着性和耐磨性的耐火材料，以高压压入，在炉衬工作面(或炉壳)与炉料间形成新的炉衬，在高温作用下能达到高强度，起到了恢复炉型的作用。通过定期压入修补，可维持稳定的炉衬厚度，消除炉皮红点，降低煤气泄漏，延长高炉寿命。

目前国内高炉使用的硬质压入料是日本引进的专门针对冷却板高炉炉衬侵蚀后的维护，某钢铁企业高炉采用全冷却壁型式的高炉，由于高炉炉身冷却壁的损坏270度方向冷却壁脱落，炉身耐材侵蚀严重，炉皮无法承受1400度的高温，造成炉体炉皮开裂、发红，该区域内煤气泄漏严重达1000PPm，高炉生产受到严重影响。高炉多次定修采用冷却板的硬质压入料，维护效果不明显，后调查研究发现该材料不能与炉皮、冷却器形成结合体，高炉生产后大部分脱落，无法保护炉皮。

但目前硬质压入使用的材料只有经过多次压入，硬质料层才能起到恢复炉型，完成“造壁”过程。(目前使用料的缺点压入材料后材料在高温区域流动性瞬时时间流入，高炉送风后一周炉体热负荷居高不下，造成炉况波动)。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种复合压入料修复高炉炉衬的材料及其使用方法，在高温作用下快速能达到高强度，起到了恢复炉型的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种修复高炉炉衬的修复材料，其包括按体积百分数计的如下组分：

该修复材料的马夏值控制为17～19。

该修复材料具备下述特点：

1、良好的施工流动性；

2、良好的黏结性、扩展性；

3、低温早强，从低温到高温强度高；

4、施工体组织密实；具有一定的保存期。

作为优选方案，各所述组分的体积百分数分别为：

作为优选方案，所述固化剂为苯磺酸。

一种利用前述的修复高炉炉衬的修复材料修复高炉炉衬的方法，其包括如下步骤：

S1、在需要修复炉衬的部位安装压入设备及管道；

S2、对所述设备进行试运转后，加入润滑剂，以润滑设备缸体及管道；

S3、加入修复材料并将所述修复材料加压至出口端；

S4、在S1～S3进行的同时在高炉炉身需要修补炉衬的部位开孔，开孔深度为到达炉衬与炉料接触面；

S5、在所述开孔的部位安装快速接头并与使所述快速接头与压入设备相连接；

S6、根据事先计算好的压入量、按照规定的压力进行压料，控制反应温度为100℃，固化时间为40～50min；

所述压入量为45～250kg，所述压力为液压泵系统阻损加入口压力200kg。

S7、对周围需要压料的部位按照施工条件和位置的顺序进行压料；

S8、封堵压料孔，以备下次压料。

作为优选方案，步骤S4中所述的开孔包括两类：

一类是对只剩炉壳的部位只需将炉壳钻通，钻孔直径需与压入配管配套；

另一类对炉内残存部分耐火材料内衬的部位，首先需钻通炉壳，然后再将耐火材料内衬钻通，孔径比炉壳孔相应缩小。

本发明的基本原理在于：

首先，对炉身下部炉衬损坏的原因分析；

高炉炉身主要承受的侵害有：①下降炉料和上升煤气流的机械磨损；②烟碳沉积的渗入膨胀；③锌、钾、钠等易挥发金属的渗入和氧化膨胀；④易熔化合物的侵蚀等作用。这部分的砌砖要求高机械强度、低孔隙度、含氧化铁等氧化物少。根据国外一些权威部门对炉身下部炉衬破裂的研究，其损坏主要是由碱金属、锌和CO₂的侵引起的。

炉身下部砖衬除了受炉料和煤气的摩擦和冲刷作用外，还要受到初渣侵、碳素沉积以及气体的破坏作用，因此要比炉身上部侵更加严重。

碳素沉积时炉身下部破损的重要因素。所谓碳素沉积就是在一定条件下经砌砖的气孔或缝隙而渗透到耐火砖中的煤气，发生如下反应：

2CO→CO₂+C+39600卡

碳素沉积的温度是400～800度，而450～650度时反应速度最快。虽然整个炉身部份都高于这个温度，但砌砖内部却有着碳素沉积的适宜温度。因此，煤气沿着砖衬的砌缝或砖的裂缝以及砖的气孔钻入内衬后，碳素就有可能在其中间部分沉积起来。

碳素沉积的另一个条件是有铁催化剂，而且与铁的分布和状态有关。如果耐火材料中的铁是以Fe₂O₃存在时，则在低温下它就可以被CO还原成Fe，成为CO分解的良好催化剂生成的碳成丝状，再反应条件下无限扩展。碳黑再长期高温作用下会改变结晶状态，并增加本身的体积，因而使砖的组成松弛，强度降低，以致产生龟裂而破坏。

碱金属氧化物对炉衬也有很大的破坏作用。原料中带入的碱金属盐类再高温下可以分解为碱金属氧化物(Na₂O、K₂O等)，它能和砖衬形成低熔点化合物(熔点小于1000℃)，使炉衬再炉料和煤气摩擦和冲刷下破坏。碱金属氧化物还可以同热焦碳作用生成氰化物(KCN、NaCN)，它们同蒸汽和CO₂作用生成氰化物(HCN)。

2NaCN+H₂O+CO₂＝NaCO₃+2HCN

HCN渗入砖内，分成解H₂、N₂、C。其分布的固体碳就同CO分解生成的碳黑作用一样。都能导致砖的强度下降，引起下部砖衬的强烈侵蚀。

矿石中含有微量的锌对炉衬的破坏力可能不大，但是当其含量达到0.1时，则影响较严重。因为含锌的矿物再炉身下部很容易还原成金属锌，锌的破坏作用随高炉容积的不同而不同；对大型高炉主要是引起砖衬膨胀和砌体上涨，由于砌体上涨严重可能会导致炉壳涨裂。

炉衬内温度突然变化的原因之一是煤气流分布的波动，另为是粘附再炉衬内壁上的炉料从炉衬耐火材料上脱落。从而使炉衬易于遭受高温的作用。当粘附物料一脱落，便引起炉衬温度突然升高。

国外(日本富山)对某大高炉炉身下部炉衬破坏的原因分析认为，高炉炉身下部炉衬的破坏，主要是由于平行其工作面的裂缝所引起的在几厘米范围内的反复脱落。据其分析下来，碱金属和炉腹煤气中的其它成分与这种损坏无关。有一个极大的可能性是，这些与工作面相平行的裂缝是由热应力引起的。

第二、对炉皮开裂的机理分析：

据国内外的试验研究证明，在内衬减薄后，炉壳内外温差加大，温差应力随之增大。与此同时，内衬平均温度和炉壳平均温度的差距缩小，同时又由于内衬相对于炉壳的刚度变小，致使内衬对炉壳的侧向推力降低，失去对炉壳的保护能力。当残存炉衬减薄到200毫米以下时，炉壳承受的负荷急剧地增加，由于机械作用以炉皮频繁发红造成的炉皮变形哈退火疲劳，造成炉壳开裂。从炉壳内表面埋设的电偶测得的温度和发生炉壳开裂之间的关系中可以看出，炉壳受热温度高于300℃时，炉壳容易开裂。应力分析表明，当冷却板根部炉壳残余应力超过屈服点时，则产生裂缝。该分析也可应用到预防冷却板的损坏上。利用控制煤气流分布来防止作用在炉衬热面的热负荷波动，对于预防炉壳产生裂缝来说是最重要的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

使用本发明的硬质压入修复高炉炉衬的材料及其使用方法，在高温作用下快速能达到高强度，起到了恢复炉型的作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为高炉炉体温度实绩。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，

还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种修复高炉炉衬的修复材料的制备方法，包括如下步骤：

按照碳粉：8.5％、刚玉：4％、石墨粉：25％、碳化硅：40％、酚醛树脂：7％、乙二醇：15％、苯磺酸：0.5％的体积分数进行配料，简答混匀即可。

实施例2

本实施例涉及一种利用实施例1制备的修复材料修复高炉炉衬的方法，具体包括如下步骤：

S1、在需要修复炉衬的部位安装压入设备及管道；

S2、对所述设备进行试运转后，加入润滑剂，以润滑设备缸体及管道；

S3、加入修复材料并将所述修复材料加压至出口端；

S4、在S1～S3进行的同时在高炉炉身需要修补炉衬的部位开孔，开孔深度为到达炉衬与炉料接触面；

S5、在所述开孔的部位安装快速接头并与使所述快速接头与压入设备相连接；

S6、根据事先计算好的压入量、按照规定的压力进行压料，控制反应温度为100℃，固化时间为40～50min；

所述压入量为45～250kg，所述压力为液压泵系统阻损加入口压力200kg。

S7、对周围需要压料的部位按照施工条件和位置的顺序进行压料；

S8、封堵压料孔，以备下次压料。

作为优选方案，步骤S4中所述的开孔包括两类：

一类是对只剩炉壳的部位只需将炉壳钻通，钻孔直径需与压入配管配套；

另一类对炉内残存部分耐火材料内衬的部位，首先需钻通炉壳，然后再将耐火材料内衬钻通，孔径比炉壳孔相应缩小。

对比例1

如表1所示，某材料1、2、3在使用过程中的优缺点；该材料在操作施工时施工性能良好，在设备故障时与不会造成管道堵塞。材料片面追求体积密度。硬化指标在150℃时需要400～300min，但是实绩高炉休风后炉内外侧温度在100℃以内，高炉在休风时冷却设备是通水冷却的，因此某1、2、3材料压入后形成b形状，无法与冷却设备结合。

表1、高炉炉衬材料理化性能比较/110℃×24h

本发明材料的施工时施工性能略低于某1、2、3材料，但是目前高炉压浆设备已经完全具备各材料的施工要求及施工人员的技能。该材料在压入炉内后迅速与炉皮及冷却设备形成B形状，复合在冷却设备上。

因此，鉴于某1、2、3材料在高炉使用过程中存在的问题，片面追求施工性能，未真实了解压入区域的温度及要求。本发明专利通过现场调查和验证，解决压浆材料压入后能尽快与炉皮冷却设备形成B形状，能在产生过程中得当冷却设备的热传导，从而起到保护冷却设备和炉皮，通过炉体钻孔可以发现上次的残留材料的存在，以及高炉在生产过程中炉墙脱落时炉身热电偶在可控范围。

如图1所示，使用本发明的方法后，炉体温度趋于平稳。2014年8月前耐火材料脱入温度波动大，2014年9月使用后温度趋于平稳。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种修复高炉炉衬的修复材料，其特征在于，包括按体积百分数计的如下组分：

2.如权利要求1所述的修复高炉炉衬的修复材料，其特征在于，各所述组分的体积百分数分别为：

3.如权利要求1或2所述的修复高炉炉衬的修复材料，其特征在于，所述固化剂为苯磺酸。

4.一种利用权利要求1或2所述的修复高炉炉衬的修复材料修复高炉炉衬的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在需要修复炉衬的部位安装压入设备及管道；

S2、对所述设备进行试运转后，加入润滑剂，以润滑设备缸体及管道；

S3、加入修复材料并将所述修复材料加压至出口端；

S4、在S1～S3进行的同时在高炉炉身需要修补炉衬的部位开孔，开孔深度为到达炉衬与炉料接触面；

S5、在所述开孔的部位安装快速接头并与使所述快速接头与压入设备相连接；

S6、根据事压入量和压力进行压料；

S7、对周围需要压料的部位按照施工条件和位置的顺序进行压料；

S8、封堵压料孔，以备下次压料。

5.如权利要求4所述的修复高炉炉衬的方法，其特征在于，步骤S4中所述的开孔分为两类：

一类是对只剩炉壳的部位只需将炉壳钻通，钻孔直径需与压入配管配套；

另一类对炉内残存部分耐火材料内衬的部位，首先需钻通炉壳，然后再将耐火材料内衬钻通，孔径比炉壳孔相应缩小。