Экстремальные условия рабочей зоны фурм с температурой около 2000°C создают беспрецедентные нагрузки на материалы футеровки доменной печи. В настоящее время технология монолитной заливки совершает тихую революцию в этой области. Выбор материалов для футеровки зоны фурм постепенно отходит от традиционных методов кладки в пользу новых технологий.

Технология монолитной заливки на основе корунд-карбидкремниевых материалов для подачи насосом обладает явными преимуществами в эффективности монтажа и сроке службы. Она принципиально решает проблемы сложного монтажа и утечки газа, присущие традиционной кирпичной кладке.

Данные материалы и технология их применения широко используются при ремонте зоны фурм действующих печей, а также при проектировании новых доменных печей, повышая эффективность монтажа и одновременно снижая стоимость ремонтных работ.

Индивидуальные решения для футеровки доменной печи охватывают не только материалы, но и методы монтажа, адаптированные к конкретным условиям эксплуатации.

01 Технологический контекст

Футеровка доменной печи является ключевым компонентом процесса производства чугуна, напрямую определяя срок службы печи и эффективность производства. Традиционная футеровка доменной печи в основном выполнялась методом кладки сборного кирпича, что сопровождалось длительным циклом изготовления, сложностью монтажа и возможными отклонениями при кладке.

Более серьезной проблемой является то, что традиционная кирпичная футеровка часто не может сформировать эффективный стагнационный слой шлака и железа, что ограничивает срок ее службы в условиях высоких температур и высокой агрессивной среды.

С развитием современных технологий выплавки чугуна условия эксплуатации доменных печей становятся все более жесткими. Температура в зоне циркуляции фурм может достигать 2000°C, при этом футеровка также подвергается многократным нагрузкам: механическому истиранию, химической коррозии и другим воздействиям.

Сокращение срока службы футеровки не только увеличивает затраты на техническое обслуживание, но и влияет на непрерывность производства печи. В последние годы индивидуальные технологические решения для футеровки, представленные технологией монолитной заливки, открыли новый путь к продлению срока службы доменной печи.

02 Технология монолитной заливки зоны фурм

Технология монолитной заливки зоны фурм является типичным примером применения неформованных литейных материалов. Условия ее применения более сложны, чем в горне, и требуют комплексного учета температуры рабочей среды, механического истирания, химической коррозии и других факторов.

Литейный материал для зоны фурм в основном состоит из корунда и карбида кремния в соответствующей пропорции, соединенных золь-гель методом, что заменяет традиционные сборные кирпичи из корунд-муллита.

Характеристики этого материала весьма выдающиеся: он обладает превосходной стойкостью к эрозии шлаком и железом. Экспериментальные данные показывают, что после погружения образца в смесь шлака и железа на 7 дней и наблюдения за его поперечными и продольными сечениями, проникновение смеси в образец было крайне ограниченным.

Теплопроводность материала также превосходна, коэффициент теплопроводности составляет около 5 Вт/К·м. Эта особенность способствует формированию стабильного стагнационного защитного слоя в зоне фурм. В экстремальных условиях зоны циркуляции фурм при температуре 2000°C может образоваться слой шлака и железа определенной толщины, эффективно защищающий футеровку.

Преимущества монолитной заливки зоны фурм проявляются в нескольких аспектах. Во-первых, использование корунд-карбидкремниевого материала обеспечивает высокую стойкость к эрозии шлаком и железом, способствуя формированию стабильного стагнационного слоя в зоне фурм.

Во-вторых, зона фурм, выполненная методом монолитной заливки, не имеет зазоров для утечки газа, что принципиально решает проблему утечки газа при розжиге печи.

Кроме того, создание пространства для расширения вокруг фурменной охлаждаемой коробки, с одной стороны, обеспечивает пространство для ее демонтажа при ремонте, а с другой — решает проблему расширения залитого материала.

Монтаж методом монолитной заливки чрезвычайно эффективен. Восстановление футеровки зоны фурм методом заливки в опалубку занимает всего 24 часа, что создает условия для быстрого ремонта и восстановления работы доменной печи. Такие индивидуальные решения для футеровки доменной печи становятся стандартом для современных проектов.

03 Технология влажного торкретирования

Технология влажного торкретирования — это передовая технология восстановления футеровки, особенно подходящая для быстрого ремонта футеровки доменной печи. Основой этой технологии является именно «заливка», а не «напыление», то есть заливка без опалубки, при которой напылением достигается эффект литья.

По сравнению с традиционными технологиями, влажное торкретирование позволяет выполнить ремонт футеровки крупной доменной печи за очень короткое время. Например, для доменной печи объемом 5500 кубических метров технология влажного торкретирования позволяет восстановить футеровку за 48 часов, а срок службы может достигать 1,5 лет и более.

Эта модель быстрого ремонта получила широкое признание большинства пользователей доменных печей и играет огромную роль в развитии зеленых технологий выплавки чугуна в Китае.

Технология влажного торкретирования требует точного контроля нескольких параметров: расстояния и угла между соплом и стенкой, количества подаваемого материала, скорости подачи, объема подаваемого воздуха и количества ускорителя схватывания.

На практике оператор должен гибко корректировать их в зависимости от реальной ситуации. Процесс влажного торкретирования, как и заливка, должен выполняться снизу вверх, а не фрагментарно, только так можно добиться идеальной формы печи и продления срока службы.

Эффективность этой технологии может быть подтверждена производственными данными. Как правило, после розжига печи с восстановленной футеровкой методом торкретирования и выхода на нормальный режим работы удельный расход кокса и общий удельный расход топлива заметно снижаются, примерное снижение составляет около 15–18%.

Отслеживая динамику этих данных, можно также прогнозировать состояние и срок службы футеровки, нанесенной методом торкретирования, что обеспечивает основу для превентивного обслуживания доменной печи.

04 Технология монолитной заливки горна

Технология монолитной заливки горна представляет собой инновационное решение для восстановления футеровки, позволяющее максимально сохранить остаточный качественный углеродистый кирпич в доменной печи и снизить затраты на ремонт.

Для доменной печи, проработавшей около 8 лет, коэффициент использования крупного кладочного углеродистого кирпича может достигать около 70%, а мелкого — около 50%.

Технология монолитной заливки горна включает в себя три основные технологии: технологию предварительного шлакового покрытия, технологию влажного торкретирования футеровки и технологию тонкостенной футеровки.

Технология предварительного шлакового покрытия заключается в заливке металлокерамического материала на поверхность охлаждаемой плиты, образуя постоянный искусственный защитный слой шлакового покрытия. Этот материал вводит металлические волокна в неформованный литейный материал, сочетая преимущества обоих, что значительно улучшает физические показатели, такие как сопротивление изгибу и сжатию.

Для энергосбережения и снижения потребления доменных печей современные технологии предлагают научно обоснованные решения. Направлением развития технологии влажного торкретирования является повышение эффективности, энергосбережения и долговечности.

Уважение к исследованиям, технологиям и рынку, а не простое копирование, способствует прогрессу ключевых технологий и их успешному применению на рынке.

05 Комплексные решения и расширение области применения

Обслуживание футеровки доменной печи требует комплексных решений с использованием различных технологий для разных частей печи в зависимости от их особенностей. Технология предварительного шлакового покрытия заплечиков и распара заключается в заливке металлокерамического материала на поверхность охлаждаемой плиты, образуя постоянный искусственный защитный слой шлакового покрытия на ее поверхности.

Метод монтажа материала для предварительного шлакового покрытия несколько особенный: его нельзя просто закачивать после установки, а необходимо предварительно изготовить методом заливки до монтажа охлаждаемых плит, выдержать в течение 24 часов, а затем установить в печь.

Обычно применяется метод частичной заливки, послойного монтажа и заливки швов. В зависимости от требований к профилю печи в различных зонах доменной печи, при установке опалубки можно выполнить специальный проект, формируя соответствующие углы заплечика и шахты.

Такое научное проектирование и расположение способствует рациональному распределению потока газа и шихтовых материалов после розжига печи, повышая эффективность производства.

Технология тонкостенной футеровки является направлением развития огнеупорных материалов для доменных печей. Ее теоретической основой является снижение градиента температуры внутри огнеупорного материала за счет повышения коэффициента теплопроводности, контроль толщины огнеупорного материала, чтобы изотерма 1150°C находилась снаружи огнеупорного материала.

Таким образом, на поверхности огнеупорного материала формируется стагнационный слой шлака и железа, изолирующий от промывки жидким чугуном и продлевающий срок службы огнеупорного материала горна.

Теория тонкостенной футеровки предъявляет более высокие требования к техническому обслуживанию и стабильности эксплуатации доменной печи, особенно к системе охлаждения горна. Необходимо поддерживать стабильную интенсивность охлаждения и плотность контакта между горячей и холодной сторонами охлаждаемой плиты, чтобы изотерма 1150°C всегда оставалась снаружи огнеупорного материала, обеспечивая стабильную работу горна.

Современная конструкция доменной печи тяготеет к монолитной заливке всей рабочей облицовки неформованными литейными материалами. Крупные доменные печи обычно используют комбинированный метод: кладку углеродистого кирпича в горне + монолитную заливку керамического стакана + монолитную заливку зоны фурм + предварительную заливку заплечиков и распара + торкретирование шахты.

Такая конструкция позволяет значительно продлить срок службы рабочей облицовки, а также облегчает ремонт в аварийных ситуациях, обеспечивая быстрое восстановление производства. Внедрение подобных комплексных индивидуальных решений для футеровки доменной печи является ключом к повышению общей надежности и экономической эффективности металлургического производства.

От зоны фурм к распару и далее к горну — комплексные решения на основе монолитной заливки переопределяют верхние пределы срока службы доменной печи. Корунд-карбидкремниевый литейный материал и точно рассчитанное пространство для расширения вокруг фурменной коробки не только решают проблему теплового расширения, но и сохраняют критически важный канал для демонтажа коробки при ремонте.

Шероховатая текстура, равномерно нанесенная методом торкретирования снизу вверх на стенках печи, незаметно снижает удельный расход кокса в доменной печи более чем на 15%. По мере применения нанокомпозитных материалов на основе меди и вольфрама во футеровке фурменных коробок, сердце доменной печи будет биться еще дольше и сильнее в вихревых потоках с температурой 2000°C.