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创新耐材技术助力炼铁高质量发展

[发布时间:2019-09-10 13:22:30 ][阅读次数:515次]

创新高炉喷涂技术促进升级换代

美固美特作为高炉必备的战略合作伙伴,紧跟着市场调整的步伐,为钢铁企业的快速发展做出了积极的贡献。

早在1989年,美固美特就开发出硅凝胶结合的无水泥浇注料,2000年10月首次成功引入高炉本体内衬喷涂,标志着以硅凝胶结合的湿法喷注(3.0)技术诞生,此后在世界范围得到了广泛应用。15年前,该技术首次由美固美特技术专家贾美高及笔者引入中国市场。当时国内的高炉喷涂还处在低水泥半干法喷涂的第一代技术(1.0)时代,由于美固美特的出现,高炉喷涂技术很快就超越还处于推广时期的低水泥湿法喷涂的第二代技术(2.0)时代,直接进入了美固美特硅凝胶结合的湿法喷注的第三代技术(3.0)时代。到目前为止,该技术已成功应用于354座高炉。

炉身喷注技术作为高炉炉体耐材维护的主要措施之一,主要用于风口带以上部位的高炉内衬修复、恢复炉型。美固美特结合高炉内冶炼过程对耐材的不同需求,设计研发了不同特性的耐材用于炉本体各部位。炉腹、炉腰所使用的耐材需要具备与衬里基体超强结合、半导热、抗渣铁侵蚀性强、易形成稳定渣皮等特性。炉身中上部则要选用热振稳定性优异、抗碱金属侵蚀、耐机械磨损性强的耐材作为炉身中上部内衬,在高炉冶炼过程中对冷却元件起到了强有力的保护作用,在实际生产过程中效果明显。如宝钢股份4号4750m3高炉在2014年实施湿法喷注后5年内,炉身整体热负荷长期稳定而且较低,高炉运行经济指标居国内前列。

创新炉缸浇注技术成功应用于国内外大中型高炉

2004年,美固美特硅凝胶结合材料首次应用在南非ArcelorMittal - Vanderbijlpark钢铁厂及加拿大Algoma钢铁厂高炉炉缸侧壁及风口带。当时,国内外的钢铁企业还没有“炉缸浇注”的概念。今天,以美固美特独创的炉缸浇注技术已然得到国内外钢铁企业的广泛认可和应用,目前累计高炉炉缸浇注已达682座次。

美固美特炉缸浇注对炼铁技术发展主要有以下三方面的促进作用:

一是促进了炉缸侧壁浇注技术的应用。该技术首先于2008年作为厚碳砖炉缸侧壁配“人造渣皮/保护衬”引入到首钢京唐5500m3高炉;2009年5月,在宝钢不锈钢750m3高炉作为“工作衬”对破损严重的炉缸侧壁进行了快速修复,两年以后停炉时发现侧壁的浇注料基本完好;河北九江线材公司2号1080m3高炉于2012年7月采用薄壁大块新碳砖+美固美特浇注料工作衬,在高炉运行4年零7个月后政策性停炉,在炉缸耐材侵蚀调查研究中发现,炉内侧壁和炉底碳砖均完整,未接触铁水,没有出现常说的“象脚侵蚀”,真正起到了“安全衬”的作用。随后,该公司的其他高炉都陆续采用了这项技术。宝钢不锈钢2500m3高炉于2012年采用炉缸整体浇注代替陶瓷杯做为炉缸工作衬,在新碳砖侧壁进行了浇注,至2016年6月停炉时炉缸侧壁温度稳定在250℃以下,无任何异常。

良好的效果,使得炉缸浇注技术在国内外得到积极推广,在各种高炉上取得了一个接一个优异的业绩。同时,炉缸浇注技术也逐渐从中小高炉应用到大高炉、巨型高炉上,从1080m3到2500m3,然后再到4000m3~5000 m3级高炉。

二是促进了大型高炉旧碳砖炉缸修复整体无缝工作衬技术发展。近年来,美固美特炉缸浇注工作衬技术,越来越多地成功应用于国内外大中型高炉的工业生产。截至2019年8月底,美固美特2000m3级以上高炉旧碳砖炉缸整体浇注修复已达17座。如墨西哥AHMSA 5号2210m3高炉,该高炉在生产18年后,于2012年6月由美固美特进行旧碳砖炉缸浇注投产至今,已安全稳定高产运行7年以上,目前高炉运行一直状况良好,预计该高炉使用寿命可达28年以上。2013年7月德国Salzgitter BF-A 2410m3高炉对已经运行8年的炉缸进行整体浇注修复后,稳定运行至今已达6年以上,预计还可再延长5年以上。包钢3号2200m3高炉采用旧碳砖炉缸浇注技术,从2017年4月开炉至今已运行2年4个月,而且在旧碳砖与浇注料之间的热电偶读数稳定在545℃左右,推测浇注料厚度仍为400mm以上;首钢迁钢2号2650m3高炉于2018年9月炉缸浇注开炉,后燃料比下降30kg/t,产量稳定在6300 t/d以上;在本钢板材5号2650m3高炉及迁钢2号高炉良好的浇注效果影响下,本钢板材7号2800m3、北营2号3200m3高炉,首钢迁钢1号2650m3高炉、通钢3号2680m3高炉进行了旧碳砖浇注,炉缸浇注后高炉重获新生,目前侧壁“象脚侵蚀”部位温度稳定在150℃~250℃,指标均优于停炉前指标。

三是促进了无碳砖均质化炉缸整体浇注技术的发展。炉缸清理过程中发现旧碳砖破坏程度严重影响到炉缸的导热体系,不能或基本不能保留碳砖的情况下怎么办?答案是对炉缸侧壁碳砖进行完全清理,露出冷却壁表面,利用美固美特两种浇注料在炉缸内整体浇注炉缸内衬。美固美特在国内外无碳砖炉缸浇注技术属于首创和独创,成功应用案例已达22例,运行时间最长的俄罗斯NLMK的5号3200m3高炉,已安全稳定运行4年之久。随后,乌克兰ArcelorMittal -Kriyvyi Rih 1386m3 高炉、2000m3高炉,国内河北鑫达1080m3高炉芜湖富鑫660m3高炉、西宁矿冶特钢850m3等高炉均采用了无碳砖炉缸浇注技术,目前温度稳定,所有炉缸运行状态良好。

对有关技术发展和应用的思考与建议

重新定义高炉大修及长寿的概念。

在传统观念里,炉缸运行几年后因“象脚区”的侵蚀会造成侧壁温度的升高,进而影响高炉的生产安全,传统炼铁的概念是一旦有停炉的机会都会采取重新更换碳砖和陶瓷砖,进行炉缸的彻底维护,称之为“大修”。但是,高炉炉缸侧壁耐火材料侵蚀、炉体冷却元件损坏就必然要走传统大修的道路吗?

十多年来,美固美特参与的大量的高炉炉缸破损调查发现,炉缸耐材的侵蚀最严重的总是在铁口中心线以下、陶瓷垫以上两三层碳砖即“象脚区”。在炉缸清理过程中采取保护性拆除方式,保留已运行多年的传热稳定的优质碳砖,可保留比例高达80%以上。

传统高炉大修的代价,首先也是最直接的是对没有侵蚀碳砖的浪费。以迁钢2号2650m3高炉为例,按照目前国际市场上碳砖价格7000欧元/吨计算,修旧利废工程可为业主节约购买碳砖资金4300万元人民币以上。其次,传统大修需要60天~90天,而美固美特的快速修复方案实际只需34天或以内。传统大修第三个代价,是生产碳砖所需要的原燃料资源浪费及其生产过程对环境的污染。

美固美特独特的三种高炉炉缸修复方式是在如今环保限产频繁、市场变幻莫测的环境下,高炉快速进行炉缸维护的最直接、灵活、有效、经济的炉缸修复方式,是高炉应对目前市场的“一把利器”。结合其在近15年的成功应用,笔者认为业内有必要重新定义高炉大修及长寿的概念,建议将此修复技术定义为“快速大修”。高炉的“快速大修”是基于美固美特独创成熟耐材特性及施工工艺基础上的,其基本步骤包含停炉、放残铁、凉炉、炉缸清理、冷却元件更换、炉缸浇注、炉身喷注、烘炉、开炉,整个过程组织顺畅,一气呵成,更好地适用目前高炉适应市场环境及环保限产政策调整,使高炉更快速高效适应市场的变化,实现企业的利润最大化。

同时,笔者也建议将高炉的考核指标增加一个安全经济寿命,即每立方米高炉累计为企业创造的利润(元/m3)。

智能化炼铁需要均质化的耐材配置:

美固美特独特的材料技术不仅仅解决了传统高炉炉缸安全和长寿问题,而且还有效助力方兴未艾的高炉智能化的进一步发展。

其炉缸无碳砖整体浇注为炉缸提供了长效均质化的耐材衬里,消除了炉缸内三道竖缝(炉壳-冷却壁、冷却壁-碳砖、碳砖-陶瓷砖之间)及成百上千条砖缝的问题,并且会在炉缸内配置整套热电偶监测及压力监测点,对炉缸形成整体监控,达到精确判断炉缸侵蚀状态的目的,进而助力高炉智能炼铁的发展。有了长效均质化耐材,配加相应温度、压力、监测传感器体系,才能更真实反应炉内的各种变化。没有理想的耐材配置就不能保护有效的传感器,也就没有连续、准确、即时的大数据,也就无从谈起高炉炼铁真正智能化。美固美特已经在材料和结构上解决了炉缸长寿和安全的问题,做好了为高炉提供长效、整体无缝、均质化耐材的技术准备及工业化生产实践,并将不遗余力地推进高炉炼铁智能化进程,为炼铁的高质量发展做出耐材供应商应有的贡献。

高炉建设不要重复多年前的老路。

2016年以来,为落实国家环保政策要求,异地大修高炉已蔚然成风。在新建高炉耐材配置上,很多钢铁企业受制于资金投入和项目低价中标的大包模式,忽略了传统设计炉缸存在的技术问题,在选择炉缸耐材配置上多数保守地选择了碳砖+陶瓷砖的方式,而且在冷却壁和碳砖之间、冷却壁和炉壳之间、炉底封板以上及找平层的设计上,还是选择传统的砌筑捣打施工方式。笔者观察到,此波高炉建设还在重复15年前的老路,等开炉后几年同样的问题还会重复出现。

未来,智能化炼铁高炉本体的耐材配置应该有高质量发展的解决方案。对此,美固美特准备好了有针对性的“锦囊妙计”:一是风口带整体进行浇注,浇注料完全包裹中套及大套,有效避免风口跑煤气、碱金属及锌蒸汽渗透,造成风口上翘等一系列的问题;二是炉缸采用不太厚的碳砖或高导热浇注料“安全衬”,配适当厚度美固美特浇注料“工作衬”,靠不断的冷却水带走部分热量,在工作衬热面形成稳定凝滞层保护浇注料及碳砖不受铁水的侵蚀,无缝的炉缸整体浇注技术同时也在一定程度上确保碳砖免受碱蒸汽侵蚀,最大程度上保护碳砖或高导热安全衬,也能保证高炉长寿。三是碳砖和冷却壁之间填充美固美特体积稳定的高导热自流浇注料,完全避免因传统模式下碳捣料带来的氧化、收缩、气隙等一系列影响碳砖导热的因素,也消除碳砖热面灌浆的必要性。四是炉壳和冷却壁之间采用美固美特高铝质自流浇注料进行填充,体积稳定保证了炉壳和冷却壁之间的填充,使用该浇注料一次填充,“终身受益”,开炉后冷面压浆概念也将不复存在。五是炉底封板下与水冷管之间采用高导热浇注料进行自流填充,封板上用高导热浇注料做找平层,这些技术的进步不仅能确保高炉炉缸传热设计的合理性,在结构和材料上保证了使用的耐久性及煤气封闭的效果。

美固美特(天津)耐材有限公司依托自主知识产权技术优势,在国内外耐材行业取得了良好的业绩及口碑。展望未来,我们将继续与中国钢铁工业携手同行,共创高质量发展的美好明天。

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