針對(duì)采用水泥及低水泥澆注料固化較慢，烘烤時(shí)間長(zhǎng)的問題，我公司研制了溶膠結(jié)合剛玉一莫來石澆注料，2011年12月，某鋼鐵廠5000m3高爐的熱風(fēng)主管出現(xiàn)了嚴(yán)重的掉磚事故，沿主管道方向塌磚長(zhǎng)度有近40m，而環(huán)形砌筑的工作襯磚及輕質(zhì)隔熱磚每一圈也都基本到了水平角度(即熱風(fēng)主管內(nèi)的上半弧內(nèi)的磚基本全掉)，出現(xiàn)如此大的塌磚面積實(shí)屬罕見。后來通過采用剛玉莫來石快干澆注料對(duì)該主管實(shí)施一次性整體澆注修補(bǔ)，通過應(yīng)用跟蹤了解，經(jīng)澆注修補(bǔ)后該高爐運(yùn)行良好。
1 澆注料的特性及理化指標(biāo)
1.1 溶膠結(jié)合澆注料的特性
該澆注料采用以5~8mm、3~5mm、1~3mm、及<1mm的剛玉和莫來石為骨料，剛玉粉、礬土粉及α-Al2O3(≤0.043mm)微粉為細(xì)粉，采用溶膠及復(fù)合外加劑作結(jié)合劑的材料，硅溶膠是粒徑從幾納米到數(shù)十納米的多聚硅酸分散體系，溶膠粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)為硅氧烷(-Si-O-Si-)網(wǎng)絡(luò)，表面層由許多硅烷醇基(-SiOH)和羚基(-OH)所覆蓋，同時(shí)硅溶膠覆蓋在固體表面能形成牢固的硅膠薄膜，從而增強(qiáng)材料的黏結(jié)、固化和成型。
經(jīng)實(shí)踐總結(jié)分析該材料具有如下特性：①無需養(yǎng)護(hù)便可快速烘烤。有效提高一次性施工厚度達(dá)到了650mm。同時(shí)有效縮短養(yǎng)護(hù)和烘烤時(shí)間。溶膠結(jié)合快干澆注料已在武鋼燒結(jié)廠項(xiàng)目工業(yè)應(yīng)用中成功實(shí)現(xiàn)了澆注成型12h后立即拆模烘爐、烘烤24h便投入正常生產(chǎn)。②良好的忒及穩(wěn)定性及抗熱震穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明：以水泥結(jié)合的試樣經(jīng)40多次熱震循環(huán)就完全開裂，把熱震100次后的試樣經(jīng)110℃烘干后，測(cè)試其耐壓強(qiáng)度，多次結(jié)果表明，溶膠結(jié)合的材料耐壓強(qiáng)度保持率在80%(熱震100次后的耐壓強(qiáng)度與熱震前耐壓強(qiáng)度的比值×100%)以上。③良好抗CO侵蝕性能。為了直接體現(xiàn)溶膠結(jié)合耐火澆注料的抗CO侵蝕性能的優(yōu)越性，把水泥結(jié)合耐火澆注料與溶膠結(jié)合澆注料同時(shí)放入到純CO氣氛中進(jìn)行500℃的連續(xù)熱處理，其結(jié)果是：水泥結(jié)合的澆注料在經(jīng)熱處理50h后試樣就破裂為兩半，100h后試樣出現(xiàn)一處大塊剝落，有大顆粒碳沉積，150h后出現(xiàn)數(shù)處裂紋，200h后有大塊剝落，多出出現(xiàn)裂紋，表明其已受CO嚴(yán)重侵蝕。而溶膠結(jié)合的澆注料50h厚度試樣表面出現(xiàn)一處碳沉積，100h后試樣表面出現(xiàn)一片剝落，而150h后僅出現(xiàn)幾處開裂，而200h后試樣整體變黑，碳黑沉積在試樣的各個(gè)氣孔中，試樣從表面到內(nèi)部?jī)H受到嚴(yán)重的侵損。
1.2 試樣的常溫成型的理化指標(biāo)
試樣常溫成型固化后經(jīng)不同溫度熱處理后的強(qiáng)度、體積密度和線變化率見表1。
表1 不同溫度處理后試樣常溫性能的理化指標(biāo)
2 5000m3以上高爐熱風(fēng)爐修補(bǔ)方案的確定及其完善
2011年12月初，據(jù)某煉鐵廠5000m3高爐的相關(guān)人員反映，該高爐在使用過程中發(fā)現(xiàn)有輕質(zhì)磚從熱風(fēng)圍管掉落到送風(fēng)管道內(nèi)，阻塞風(fēng)口，此情況從2011年年中開始出現(xiàn)，截止到12月初，情況越發(fā)嚴(yán)重，已從風(fēng)口拿出240多塊輕質(zhì)磚。為了確保安全生產(chǎn)，公司在線維修所的技術(shù)專家采用紅外感應(yīng)成像儀對(duì)其進(jìn)行掃描分析，并提出相應(yīng)的解決方案，經(jīng)對(duì)該熱風(fēng)主管進(jìn)行紅外測(cè)溫及成像后，通過對(duì)圖像的分析，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，初步斷定，該管道內(nèi)出現(xiàn)了一定部位的掉磚。當(dāng)休風(fēng)時(shí)把三岔口的觀察孔打開，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)塌磚情況非常嚴(yán)重。為了能確定塌磚長(zhǎng)度，只能在兩邊所能看到的最大塌磚處再次打開天窗，同時(shí)考慮修補(bǔ)方案，最終確定管道內(nèi)從混風(fēng)室到2#、3#熱風(fēng)爐之間的人孔連續(xù)塌磚長(zhǎng)度近40m，塌磚面積基本為主管道圓弧的上1/2圓弧。該熱風(fēng)爐主管道塌磚情況見圖1，需要修補(bǔ)部位詳細(xì)尺寸見設(shè)計(jì)圖圖2所示。
圖2 熱風(fēng)主管各部位的詳細(xì)尺寸設(shè)計(jì)圖
混風(fēng)室中心線到1#熱風(fēng)爐三岔口中心線10.8m，1#與2#、2#與3#熱風(fēng)爐三岔口中心線15m。熱風(fēng)總管外徑3.200m，內(nèi)徑2.096m。爐皮厚度16mm，噴涂層50mm，纖維氈10mm，輕質(zhì)磚采用三層，每層輕質(zhì)磚厚度114mm，重質(zhì)磚采用一次環(huán)砌，重質(zhì)磚厚度152mm。
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，從塌陷面積情況來看，實(shí)行熱態(tài)掉模澆注修補(bǔ)已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，而采用購(gòu)磚砌筑至少需要近20天，最終決定，采用設(shè)計(jì)院提供的冷爐方案進(jìn)行冷爐，根據(jù)施工方案，組織施工單位對(duì)施工中的各個(gè)細(xì)節(jié)，如模具的制備、管道管殼的澆注口的打開及所需施工工具等進(jìn)行準(zhǔn)備。詳細(xì)施工時(shí)間安排及施工步驟如下。
時(shí)間安排為：約20h的爐體冷卻，約15h的管道清理，約20h的制模，約40h的整體澆注以及十來個(gè)小時(shí)的烘烤，封蓋上蓋板后，經(jīng)壓漿再次對(duì)管道內(nèi)的空隙進(jìn)行填充，5天后復(fù)風(fēng)投入生產(chǎn)。
施工步驟為：①開設(shè)澆筑天窗，天窗80cm×80cm，間距200cm；②管道降溫<100℃；③殘磚拆除，清理管道內(nèi)殘磚；④砌磚，管道內(nèi)局部塌磚范圍超過180°，計(jì)劃砌筑到最少180°以上，用以支持澆筑材料;⑤管道內(nèi)支模，采用木模形式，使用50mm木方圓模，間距30cm；⑥澆注施工，澆注順序從混風(fēng)室三岔口→1#熱風(fēng)爐→2#熱風(fēng)爐→3#熱風(fēng)爐；⑦爐皮焊接，開設(shè)灌漿孔并灌漿處理；⑧復(fù)風(fēng)生產(chǎn)。
根據(jù)圖紙尺寸核算，此次整體澆注修補(bǔ)的長(zhǎng)度達(dá)到了近40m，厚度在400~600cm，整體澆注體積有近100m3。
這次使用溶膠結(jié)合剛玉-莫來石澆注料搶修高爐工程無論從施工量之大，還是從施工的時(shí)間之短，在國(guó)內(nèi)、國(guó)際實(shí)屬罕見，使用澆注料對(duì)管道整體澆注開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)、國(guó)際的先例。該高爐熱風(fēng)爐的主管道的管殼溫度在正常的生產(chǎn)中基本維持在100℃左右，達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求。