孟文濤 薛忠林
2020年是全面建成小康社會的一年，沒有全面小康的實現(xiàn)，民族復興就無從談起。我國是鋼鐵大國，高爐的安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟運行是高爐煉鐵人追求的目標，高爐的經(jīng)濟運行標志著煉鐵技術(shù)進步和創(chuàng)造效益最大化，同時也為民族復興、小康社會的建成貢獻一份力量。
隨著《新環(huán)保法》及大氣污染綜合治理攻堅行動方案的具體實施，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，高爐的安全及壽命也承受著巨大的考驗。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導致的渣皮不穩(wěn)定，進而影響到冷卻壁的壽命。爐體耐材的侵蝕加劇更進一步推動了高爐的大中修進程。
很多高爐在頻繁的開停爐后，面臨著一個問題——是否需要進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。有些高爐大修項目甚至啟動于停爐前2到3年，停爐至開爐周期基本都在3個月左右。傳統(tǒng)大修不僅大量消耗人力、物力、資金及時間，而且在物料的準備及生產(chǎn)等環(huán)節(jié)也產(chǎn)生了一定的重復性的資源浪費及環(huán)境污染。美固美特經(jīng)過三十多年的技術(shù)積累，結(jié)合獨特的材料性能，在高爐大中修方面獨辟蹊徑，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用，使得高爐在目前市場環(huán)境下既能適應生產(chǎn)節(jié)奏的快速變換，也保證了高爐在另一個爐役周期的運行安全。美固美特快速大修方案已成為高爐應對目前市場環(huán)境的一把利器，已經(jīng)廣泛地應用于國內(nèi)外的大中小型高爐。
“快速大修”概念的提出
獨特的材料及長壽的理念是高爐“快速大修”的基礎：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，有效保護碳磚；并且利用其中高導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層保護碳磚，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”是基于美固美特獨創(chuàng)、成熟耐材特性及施工工藝基礎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。整個過程快速高效，更好地適用于目前高爐適應市場環(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)大修的對比
快速大修對高爐時間效益的影響：傳統(tǒng)高爐大修時間為3個月至6個月，而選用美固美特高爐技術(shù)方案，高爐快速大修時間可控制在30天左右。按照傳統(tǒng)大修最短3個月的檢修周期考慮，至少為業(yè)主節(jié)省60天的高爐作業(yè)時間，若以每噸鐵300元~900元的利潤計算，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行清理并重新進行砌筑。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性清理方式，保留已運行多年的結(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80%以上。
傳統(tǒng)高爐大修的代價，首先是對沒有侵蝕碳磚的浪費。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，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級以上高爐舊碳磚爐缸整體澆注修復已達17座，幾個代表性的案例如下：
——墨西哥AHMSA 5號2210m3高爐，該高爐第一代爐齡為18年，爐缸采用美國UCAR熱壓小碳塊頂砌，2012年停爐前爐缸側(cè)壁溫度高達800℃，經(jīng)常堵風口。2012年6月，由美固美特進行舊碳磚爐缸澆注投產(chǎn)至今已穩(wěn)定高產(chǎn)運行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，預期壽命延長10年，這使得AHMSA取消了1億美元大修計劃，預計該高爐使用壽命可達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合爐缸，2013年停爐前爐殼局部溫度高、冷卻壁熱流強度超標，局部侵蝕嚴重，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技術(shù)穩(wěn)定運行至今已達6年以上。2019年3月份回訪時，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)運行10年以上。
——包鋼3號2200m3高爐舊碳磚爐缸澆注，2017年6月開爐至今已運行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2650 m3和遷鋼2號高爐良好的澆注效果的影響下，本鋼板材7號2800m3高爐、北營2號3200m3高爐、首鋼遷鋼1號2650m3高爐、通鋼3號2680m3高爐進行了舊碳磚澆注，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），指標均優(yōu)于停爐前指標。
以美固美特獨特爐缸澆注技術(shù)為核心的“快速大修”實際案例證明，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)能并達到很好的經(jīng)濟指標，同時消除了傳統(tǒng)爐缸結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患，真正達到高爐長壽的目的。
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性好、常溫固化，體積穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的材料進行填充，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)后反復在線灌漿帶來的煩惱和資金花費。
——爐缸局部修復技術(shù)，根據(jù)具體情況可以選擇鐵口整體澆注及風口帶整體澆注，在一定程度上保證煤氣的密封可靠性，同時由于材料良好的抗渣鐵侵蝕性，保證鐵口及風口的耐材長壽。
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)壁磚襯破損嚴重已無法保留，而且來不及采購碳磚，將會采取爐缸側(cè)壁所有磚襯進行清理至冷卻壁熱面，利用美固美特材料整體進行澆注的方式進行爐缸重建，如此所謂的高爐無碳磚爐缸整體澆注。開爐運行后由冷卻壁與澆注料之間進行熱量傳遞，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，對爐缸無異常的影響。
美固美特無碳磚高爐爐缸澆注技術(shù)已成功應用于國內(nèi)外23座高爐，標志著爐缸耐材配置進入到另一個技術(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。
當前市場環(huán)境下高爐的大中修策略，應基于美固美特成熟的材料技術(shù)及工藝，來適應市場的快速反應，進行錯峰停爐、錯峰檢修、錯峰生產(chǎn)來實現(xiàn)高爐經(jīng)濟效益的最大化。高爐大中修沒必要全拆全換，這樣可以節(jié)省大量時間及資金投入，用中小修的時間和資金辦大修的事，使高爐達到安全、環(huán)保、穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)并長壽的目標。
進入二十一世紀第二個十年，美固美特“快速大修”技術(shù)將持續(xù)不斷地優(yōu)化和進取，繼續(xù)積極為中國煉鐵助力。
