馬驍一，薛海濤，叢培源

（中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢430081）

南鋼新7號高爐爐容2 000 m3，投產(chǎn)使用超過5年，熱風爐一直運行良好，但混風室部位爐殼溫度一直偏高。本次工程前按照既定計劃，7號高爐休風三天進行年休。高爐復風24 h后，發(fā)現(xiàn)混風腔上方500 mm×500 mm的區(qū)域溫度到達500℃，南鋼鐵廠進行了臨時打抱箍處理，但隨后發(fā)現(xiàn)抱箍側(cè)壁溫度仍然上升，使用高壓空氣強冷后溫度仍然超過400℃，安全隱患重大，有吹開爐殼的危險。

1 混風腔溫度超標原因分析

混風腔結構如圖1所示。此區(qū)域為冷風與熱風進行混合的混風腔體，冷風沿著內(nèi)膽與外膽之間的空隙進入熱風主管后沿預留在內(nèi)膽上的進風口與熱風進行混合，此區(qū)域混風腔內(nèi)部全部采用澆注料進行澆注。

圖1 混風腔結構示意圖

針對此溫度超標情況，經(jīng)過現(xiàn)場分析，內(nèi)襯破損情況有兩種可能：

（1）僅混風腔外膽300 mm厚度的澆注料垮塌

混風腔頂部500 mm×500 mm區(qū)域溫度超過500℃，已經(jīng)確定此區(qū)域澆注料垮塌，但內(nèi)膽完好。

原因：年休前只存在局部點位溫度超標現(xiàn)象，主要區(qū)域溫度一直不高，年休過程中管道溫度下降，送風后由于澆注料的熱脹冷縮等原因，導致外腔頂部300 mm厚的澆注料層垮塌了500 mm×500 mm的區(qū)域。

（2）混風腔內(nèi)膽垮塌，外腔澆注料層垮塌

如此情況發(fā)生，情況較惡劣，內(nèi)膽澆注料垮塌，熱風在此區(qū)域形成旋渦，沖刷只有300 mm厚度的外腔澆注料層，澆注料層逐漸變薄，最后導致外腔整個上部垮塌。

針對此情況，確定了如下修復思路：

高爐休風，按照48 h的休風計劃做準備；

拆除上部抱箍；

切割開溫度超標區(qū)域500 mm×500 mm作為觀察孔，確定內(nèi)部掉磚情況。

如發(fā)生情況（1），僅外腔局部區(qū)域澆注料垮塌，直接吊鋼模，進行熱態(tài)澆注。

如發(fā)生情況（2），混風腔的內(nèi)膽與外腔體全部垮塌，則不再恢復腔體結構，進行整體澆注，熱風與冷風直接混合。

在如上施工思路的指導下，開始做各項施工準備工作，如在施工區(qū)域搭建施工平臺，模板預先卷制，材料生產(chǎn)與發(fā)貨，施工人員的分工安排等，準備工作結束后，按照計劃高爐開始休風。

2 現(xiàn)場施工情況詳述

2.1 切割頂部抱箍

切割掉頂部抱箍（見圖2），清理掉抱箍內(nèi)部灌漿料后發(fā)現(xiàn)，溫度超標區(qū)域Φ500 mm里面澆筑的澆注料已經(jīng)被吹開，熱風直接沖刷外部抱箍，為安全生產(chǎn)留下了極大的隱患，南鋼新鐵廠確定此次休風施工的及時與高效避免了一次嚴重惡性事故的發(fā)生。

圖2 切割混風腔頂部抱箍作業(yè)現(xiàn)場圖

2.2 切割觀察孔

切割出Φ500 mm的觀察孔（見圖3），打開觀察孔后發(fā)現(xiàn)，外腔頂部厚度為300 mm的澆注料層全部垮塌，并且混風腔內(nèi)膽上部澆注料也全部垮塌，垮塌的澆注料已經(jīng)將內(nèi)膽下部進風口封死?；祜L腔已經(jīng)失去原有設計上的冷熱風混合充分的結構。

圖3 混風腔觀察孔實物圖

2.3 切割施工天窗

根據(jù)觀察孔觀察得到垮塌情況，切割出2 m×2.4 m的施工天窗（見圖4），方便殘料的清理、模板的放入以及澆注施工。

圖4 澆注天窗實物圖

2.4 纖維氈做擋墻，封堵管道降溫

垮塌進入管道內(nèi)材料較多，需要人工進入清理垮塌的耐火材料，故管道要降溫（見圖5），降溫方法如下：

（1）使用耐火纖維氈封搭建擋墻，堵住管道兩側(cè)熱量，降低施工區(qū)域管道內(nèi)溫度；

（2）打開倒流閥，使管道內(nèi)形成負壓，防止熱量沿施工口上竄；

（3）開啟混風閥，利用冷風直吹降溫；

（4）上部放置多臺風機，直吹降溫。

2.5 垮塌澆注料清理

清理出垮塌的耐材內(nèi)襯，并且使用風鎬拆除內(nèi)膽下部的澆注料，去除整個混風腔體，并使用高壓空氣吹干凈表面，為整體澆注做準備（見圖6）。

圖5 纖維氈封堵降溫施工現(xiàn)場圖

圖6 混風腔拆除施工現(xiàn)場圖

2.6 支底模板

模板采用6 mm厚的鋼板，鋼板根據(jù)管道內(nèi)徑尺寸預先卷制好，切割成三塊放入管道底部；使用6 mm厚鋼板按照冷風管道內(nèi)徑尺寸做成圓筒塞入冷風管道，并且與主管道底模板對接；混風進口呈現(xiàn)喇叭形，為了防止?jié)沧⒘狭魅牖祜L管道內(nèi)，使用纖維氈將喇叭口塞死；模板安裝完成后，使用角鋼把底模與管道上部爐殼固定住，既懸掛底模，又防止在澆注施工過程中澆注料將底模頂起（見圖7）。

圖7 安裝底部模板施工現(xiàn)場圖

2.7 底模區(qū)域澆注

攪拌機安放在施工平臺，澆注料采用強制攪拌機攪拌好，采用振動棒振動澆注，振動時應做到有序振動，一般以表面無豆大氣泡翻出為宜，攪拌好的物料應在30 min內(nèi)施工完畢；振動時振動棒應緩慢插入料層，連續(xù)移動至各部位緩慢拔出，以防止留下孔洞，直到最后表面返漿，排氣較少和不沉降為止，材料密實填充模板與原磚襯之間的縫隙，澆注出底部的半圓形管道（見圖8）。

2.8 支頂模板

圖8 底部管道澆注施工現(xiàn)場圖

頂模板分三塊安裝，使用纖維氈塞死模板與原有磚襯之間縫隙，防止?jié)沧⒘狭魅牍艿?；最后一塊頂模板安裝前，拆除纖維氈擋墻；兩邊兩塊模板使用角鋼與底模焊接，支撐上部澆注料；在頂模板使用不銹鋼圓鋼焊接在上部爐殼，吊裝頂摸，支撐上部澆注料（見圖 9）。

圖9 安裝頂部模板施工現(xiàn)場圖

2.9 頂模區(qū)域澆注

頂模安裝結束后，開始澆注，澆注過程中邊澆注邊使用振動棒振動；澆注料與施工口側(cè)面平齊后，安裝原蓋板，在原蓋板上的觀察孔繼續(xù)澆注；澆注滿后，養(yǎng)護40 min，澆注料固化后，拆除原蓋板（見圖10）。

圖10 澆注管道上部施工現(xiàn)場圖

2.10 新殼體的鋪設與焊接

澆注料突起部分鏟平，放置新殼體蓋板。澆注料頂部鋪設20 mm厚的耐火纖維氈；對新蓋板焊接，并且在焊縫處焊接筋板；蓋板上預留出3個排氣孔并安裝上不銹鋼球閥，送風過程中球閥打開，排氣結束后關閉球閥，此排氣孔可作為下次休風灌漿用灌漿孔（見圖 11）。

2.11 送風后，溫度檢測

本次修復休風時間合計為30 h，復風后，送風溫度控制在850℃以內(nèi)，先送風12 h，然后送風溫度1 080℃，送風8 h后熱風爐開始正常使用溫度。

圖11 安裝新爐殼施工現(xiàn)場圖

正常使用2 d后，對澆注區(qū)域進行溫度檢測，澆注部分溫度100℃以內(nèi)，澆注料與原有磚襯之間縫隙最高點位溫度為112℃，效果理想。

筋板焊接及表面測溫情況見圖12、圖13。

圖12 焊接筋板施工現(xiàn)場圖

圖13 表面測溫現(xiàn)場圖

3 澆注用材料的選擇

熱風爐系統(tǒng)內(nèi)襯耐材可籠統(tǒng)概述為由保溫層和工作襯組成，本次修復為恢復熱風爐管道的工作襯體。工作襯修復用材料，應根據(jù)熱風爐不同部位采用與其設計相對應的材料，但熱態(tài)修復條件下，考慮到使用量少、采購方便、簡化施工等原因，可選擇溶膠結合剛玉莫來石質(zhì)澆注料[1-2]作為工作襯使用。

以溶膠作為結合劑的剛玉莫來石澆注料，經(jīng)固化后實際含水量為5%左右，屬游離的自由水存在于襯體中，當熱面溫度升到300℃時通過一定時間的烘烤可排除襯體內(nèi)的自由水分。膠粒間經(jīng)縮合反應和與粉體間的吸附作用使基質(zhì)內(nèi)形成了有效的網(wǎng)架結構，使排出水蒸汽的有效通道均勻暢通，同時具有理想的結構強度作為保證，至使水分能快速排出襯體。這一特性是目前常用的同類型不定形耐火材料無法比擬的，比如：當采用低水泥澆注料作為襯體時，基質(zhì)部分在未形成莫來石前狀似散狀堆積顆粒，在低溫段因水泥水化作用晶粒增長導致體積密度增加，排水通道不暢，而無水泥結合澆注料則低溫強度偏小，這些襯體均需要在較小的蒸汽壓力下趨之平衡，唯一的途徑是延長烘烤時間，降低升溫速度，減少因此產(chǎn)生的蒸汽量，達到襯體內(nèi)的蒸汽壓力小于結構強度。工業(yè)窯爐高溫搶修部位材料直接接觸高溫（通常施工部位溫度＞400℃），不具備烘烤條件，溶膠結合剛玉莫來石澆注料可以足夠滿足現(xiàn)場搶修用的條件。

而且其具有耐熱風沖刷、良好的中高溫強度及熱振穩(wěn)定性，并且在高溫燒結后與原有耐火磚襯能夠良好結合等特點。筆者所在公司使用此類型材料對多座熱風爐工作襯進行了澆筑修復，效果較理想。本次修復施工共計使用溶膠結合剛玉莫來石質(zhì)澆注料18 t，其材料性能指標見表1。

表1 修復用澆注料性能指標

4 結語

熱風爐作為高爐附屬設備，要求服役1～2代高爐爐齡，而熱風爐實際使用壽命常由熱風爐系統(tǒng)耐材內(nèi)襯決定。熱風爐耐材內(nèi)襯在使用過程中會發(fā)生不同程度的破損，時常有渣化、變形、破裂、掉磚、甚至垮塌等現(xiàn)象，造成熱風爐本體及其管網(wǎng)產(chǎn)生竄風漏氣、局部過熱、發(fā)紅變形等危險隱患，甚至發(fā)生燒穿、爆裂等惡性事故。利用高爐短休風時間，對爐內(nèi)耐材內(nèi)襯熱態(tài)下進行維護與修復，延長熱風爐內(nèi)耐材內(nèi)襯的使用壽命，一直是各鋼鐵廠家所追求的。本次利用30 h高爐短休風，恢復了熱風爐混風腔，達到了預期效果。

目前，很多熱風爐使用廠家發(fā)現(xiàn)熱風爐系統(tǒng)溫度超標后常采用外抱箍、風冷、水冷等方式直接外部冷卻鋼殼。此方式對爐殼鋼結構有極大的影響，故我們建議盡量修復破損耐材，從源頭上恢復耐材結構，不建議采用外抱箍、風冷、水冷方式作為長期維護溫度超標區(qū)域爐殼的安全手段。各類工業(yè)窯爐耐材破損后，由于工期及實際安裝情況所限制，部分區(qū)域無法采用定型磚制品進行恢復，我單位采用溶膠結合剛玉莫來石質(zhì)澆注料代替爐內(nèi)重質(zhì)磚作為工作襯使用取得了良好的效果，已經(jīng)多次多處用于了熱風爐拱頂、熱風爐本體、熱風爐管道系統(tǒng)、高爐爐襯等高溫部位，足夠滿足現(xiàn)場使用要求。此類型澆注料具有耐熱風沖刷、良好的中高溫強度及熱振穩(wěn)定性，并且在高溫燒結后與原有耐火磚襯能夠良好地結合，澆筑施工后無需烘烤等特點，極其方便工業(yè)窯爐高溫部位的搶修施工，能夠達到甚至超過同類定型制品的使用效果。