劉國友 溫太陽
高爐冶煉過程中保持合理的操作爐型是實現其長壽高效生產的關鍵，但是，隨著高爐冶煉強度的提高，爐內襯體被不斷沖刷、侵蝕，破壞了高爐合理的操作爐型，影響了高爐爐內煤氣分布。而爐內噴涂造襯技術的應用，可以噴涂形成合理的近似操作爐型內型，改善煤氣分布，提升高爐技術經濟指標。實踐證明，高爐爐內噴涂造襯技術在首鋼的成功應用和推廣，為首鋼高爐煉鐵技術進步提供了良好的外圍條件。而噴涂技術的成功應用，必須考慮好噴涂襯體厚度，施工組織控制好爐型規整，降低噴涂反彈率。
檢修周期末高爐生產狀況
檢修周期爐墻侵蝕現狀。高爐在一個檢修周期內，往往每隔2個~3個月要進行一次例修，強化生產設備。通過爐內料面深料線可以觀察到爐墻耐火襯體，尤其是鋼瓦下沿和爐身中上部。結合爐體冷卻壁運行或破損狀況對比分析，可大致評估高爐爐墻侵蝕狀況。
近些年來，隨著冶煉技術進步和爐內噴涂造襯技術應用日趨成熟，檢修周期噴涂后3個～4個月，基本不出現明顯侵蝕；8個～10個月后，耐火襯體開始出現局部剝落；12個月以上，爐墻出現明顯的坑凹、不均現象。不同冶煉特點的高爐，個別甚至能監測到冷卻壁水溫差上升和冷卻壁破損現象發生。
檢修周期末高爐爐況。高爐爐內耐火襯體在上升高溫煤氣流、下降原燃料的磨損、渣鐵侵蝕和局部不均勻邊緣煤氣流的熱沖擊作用下，是一個逐漸減薄、剝落的過程。失去（或局部失去）耐火襯體的高爐內型不規整，破壞了高爐形成的合理的操作爐型，影響高爐煤氣流的分布。
檢修周期末，耐火襯體的侵蝕不均勻甚至缺失等狀況，一定程度影響了高爐順行。高爐爐內煤氣流分布不均勻，爐況表現為壓量關系偏緊，料尺工作均勻性下降，慢風率提高，順行狀況一般，生產只能退負荷適應。
爐內干法噴涂造襯為高爐延壽
高爐爐內噴涂造襯技術主要是針對風口帶到鋼瓦下沿本體區域的爐墻進行修補、維護的長壽技術，需要高爐降料面至風口帶。應用爐內噴涂造襯技術，應先了解高爐工況特點，針對各部位選擇適宜的耐火材料品種。噴涂施工與其他澆注、搗打施工不同，需要經歷人、設備、噴涂料、協調四環節的相互作用、牽制，施工組織的好壞關系到噴涂襯體的強度、致密度等理化性能關鍵指標，直接影響到噴涂襯體的使用效果。
高爐爐體各部位工況。高爐本體的工作是一個爐料下降，不斷受熱膨脹，逐步還原熔化、造渣的過程，以及上升煤氣生成、軟熔帶二次分布逐步氧化冷卻的過程，各區域的耐火材料應用工況特點受整個冶煉過程的影響。
爐身，主要起爐料的預熱、加熱、還原和造渣的作用，承受爐料的沖擊、爐塵上升的沖刷和局部不均勻煤氣流形成的熱沖擊作用（原燃料不同，也可能受到堿、鋅等的侵入破損）。爐身中上部溫度較低（400℃~800℃），無爐渣形成。
爐腹、爐腰和爐身下部，特別是其下部爐料溫度在1600℃~1650℃，煤氣流溫度高，形成大量的中間渣，主要承受熱輻射、熔渣侵蝕、高溫煤氣流沖刷和堿金屬蒸汽引起的化學侵蝕。
噴涂用料品種和性能。根據首鋼高爐冶煉特點，爐內噴涂造襯施工主要選用耐火噴涂材料牌號4種，Guncrete BC10、Guncrete BFS、Higun 160、Hi-gun SN10。
Guncrete BC10是一種低熔點噴涂料，主要在高爐降料面停風后，用作高爐料面覆蓋壓火用料。在高爐開爐前進行扒料工作，清除該部分壓火覆蓋料，有利于爐況恢復順利。針對爐身中上部特點，選用Guncrete BFS系低鐵噴涂料，此種噴涂料耐磨性和抗急冷急熱性良好。為適應爐身中下部熱沖擊、高溫煤氣流沖刷以及CO、初渣侵蝕，選用Hi-gun-160低水泥噴涂料，此種噴涂料具有強度高、氣孔率低、耐磨性好和耐熱沖擊等優點。針對爐腹爐腰特性，為進一步提高材料抗渣鐵侵蝕能力，在高強噴涂料Hi-gun SN10中添加Si3N4。
噴涂設備。噴涂施工需要由壓縮風作為介質，輸送噴涂料到達噴涂機器人，通過旋轉加水器加水混合后，噴射到爐墻上，修補爐墻。合理、高效的噴補設備應保證噴涂料在輸料管內從給料機喂料位置到出料槍口位置（30米~40米的運輸距離）的運輸過程中骨料粒度保持均勻不分離（不偏析），且噴補料干料在噴涂機器人內與水攪拌均勻，并保證噴涂出料均勻。
噴涂施工組織。噴涂造襯施工需要人、設備、噴涂料、協調四環節相互作用，才能高效、合理地達到既修補爐墻又形成近似操作爐型的規整內型的目的。
不同的噴涂料的原料級配不同、自重不同、添加物和外加劑的不同以及遠距離輸送、料管摩擦的因素，要求壓縮風干燥、流量大（≥35m3/min）、壓力高（≥8.0kg/cm2），并且配備大容量的風包儲備風源。施工組織過程中，要確保壓縮風源的穩定，才能保證噴涂料流穩定，減少料管磨損。如此，將大大提高噴涂料襯的強度和降低反彈率，尤其是在雙罐送料，切換料罐送料時，瞬間需要更高的壓縮風量。
對于水量的控制，噴涂時，只要料襯不出現干料、夾層或反彈率異常高的情形，應盡量減少加水量，提高噴涂襯體綜合強度，降低襯體氣孔率，提高襯體抗侵蝕能力。
對于反彈率的控制，除保證料流穩定、加水量合理，還要平衡壓縮風壓力與槍管、爐墻間距離的關系。相對壓力不足或過高，都會加大噴涂反彈率，一般噴涂風源壓力在8.0kg/cm2時,槍管與爐墻距離控制在3.0m左右。
檢修噴涂后高爐生產狀況。高爐檢修噴涂后，由于爐型規整，高爐煤氣流分布更加合理，近些年高爐開爐恢復速度不斷加快，迅速提高了各項技術經濟指標。例如，首鋼1號高爐2010年5月檢修噴涂后，送風開爐48小時全風，負荷4.77，爐況順行狀況良好，風眼工作均勻，壓量關系平穩。
高爐進行噴涂檢修前后指標對比明顯。噴涂前，高爐操作爐型不規整導致邊緣煤氣流分布不均，爐墻渣皮生長脫落頻繁，造成高爐熱制度難于掌握，生產指標明顯下降。噴涂檢修后，高爐操作爐型較為合理，煤氣流穩定，各項主要生產指標大幅提升。爐內噴涂造襯技術的合理應用，是高爐長壽高效的有效維護方法。
噴涂技術應用中的問題
噴涂技術應用對于高爐長壽維護的作用，以及各項技術經濟指標的提升是顯而易見的，但噴涂料的合理用量和噴涂襯層地適宜厚度也必須引起重視，噴涂后近似操作爐型內襯的壽命是高爐檢修能否取得更大經濟效益的關鍵。
噴涂料襯的厚度設計。對于爐內噴涂造襯，很多煉鐵業者簡單地認為，就是噴造一個耐火襯體代替舊有磚襯，抵抗渣鐵和煤氣流沖刷侵蝕，保護冷卻壁不被燒壞。因此，在設計噴涂襯體厚度時，一味地追求“厚”，就是長壽的保障。
實際上，噴涂襯體的厚度設計應該結合各高爐特定冶煉特點和經驗摸索來制定，不僅可以縮短檢修時間，減少噴涂成本投入，還能為高爐開爐送風恢復創造良好的外圍條件。由于外圍冷卻壁冷卻能力一定，較厚的料襯，其熱阻加大（導熱系數在2W/（cm·K）左右），將導致爐墻熱面溫度上升，襯體內部應力加大。當邊緣煤氣流出現波動時，較厚的耐火襯體將在熱應力的作用下出現剝落，甚至帶動整塊襯體崩落。
通過不斷研究、摸索，首鋼1號、3號高爐（爐容為2560m3）矮胖型內型設計高爐，噴涂襯體厚度設計在220mm左右，比較符合首鋼高爐的冶煉規律和冷卻壁結構設計特點，噴涂施工形成的是一個合理的近似操作爐型。
噴涂反彈率與料襯強度控制。在大造襯施工過程中，噴涂反彈率與噴涂襯體的強度相輔相成，不可分割。噴涂壓縮風壓波動、噴涂加水量、噴涂槍管長度設計、噴涂機器人不穩定等都可加大噴涂反彈率。反彈料以耐火骨料為主，部分耐火細粉（泥狀）為輔，這些都是耐火材料配料中精細原料。施工中，反彈率大，不僅影響襯體強度，還將降低噴涂襯體的抗渣鐵侵蝕性能。
噴涂施工需要調節好下部送料制度，穩定給料機速度，減少噴涂壓縮風壓力波動，保證料管滿料流輸送。針對噴涂風源壓力，調整好槍管長度，可進一步降低噴涂反彈率，從而提升噴涂襯體強度。
噴涂施工爐型控制。高爐降料面后，噴涂施工工作將面臨不同高爐的不同爐墻狀況，噴涂施工方案必須考慮這些，才能做好爐型的控制工作。一是檢查冷卻壁運行狀況，將破損漏水的冷卻壁及時處理，杜絕向爐內漏水；二是爐墻（尤其爐腹、爐腰位置）出現較厚、較多的渣皮時，在確認不對渣皮處理的噴涂過程中，要盡量繞開渣皮區域噴涂，否則爐型不規整，同時送風后，渣皮熔化脫落，噴涂襯體也隨之脫落，可能威脅到送風后高爐恢復爐況順行；三是用空氣和水汽混合沖洗干凈爐墻，提高噴涂料與爐墻的附著力。
噴涂施工必須保證爐型規整（不改變高爐設計角度），上下平滑過渡。采取上下走車的方式，控制機器人噴涂好設計有勾頭冷卻壁區域，防止爐型出現波浪起伏，不平整。
噴涂料襯穩定存在的條件。噴涂襯體是人為噴造的一個近似操作爐型，有利于高爐煤氣流合理分布；同時抵抗爐內煤氣和爐料沖刷、渣鐵侵蝕等，也在一定程度上保護冷卻壁的安全運行，延長高爐壽命。但耐火襯體的損壞還有一個主要原因，就是來自爐內煤氣流熱沖擊形成的熱應力破壞。如何降低爐墻熱面溫度，減少由于熱面溫度波動導致料襯熱應力損壞，需要適宜的外圍冷卻帶走部分熱量，保護耐火襯體。二者是相輔相成、相互保護而存在的。