高炉风口煤气在线带压堵漏的方法及形成的堵漏层

摘要

高炉风口煤气泄漏的在线带压堵漏的方法及形成的堵漏层，包括如下步骤：a)高炉风口泄漏点附近表面净化和表面粗化活化；b)在高炉风口泄漏点表面，喷涂第一合金层；合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元素，质量比为：Al:5-10％，Fe:2-3％，Ni:80-90％，稀土元素:2-5％；喷涂中0.8MPa的压缩空气不间断的垂直的吹向喷涂面；形成的厚度为0.1-0.3mm；c)在第一合金层表面，喷涂第二合金层，合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；该喷涂过程中，0.6MPa的压缩空气仍然不间断的吹向喷涂面：且压缩空气吹的方向与喷涂面垂直；形成的第二合金层的厚度为0.5-2.0mm；d)在第二合金层表面刷涂涂层封孔剂。本发明在不用高炉休风停产的条件下，实现对风口煤气泄漏进行在线带压堵漏。

说明书

技术领域

本发明涉及高炉分口堵漏技术领域，具体是一种高炉风口煤气在线带压 堵漏的方法及基于该方法形成的堵漏层。

背景技术

随着工业规模的不断扩大，连续化生产程度的不断增强，泄漏所造成的经 济损失也日趋严重。因为泄漏的存在.不仅使能源和物料不断流失，而且使 有毒、有害、腐蚀性强、易燃、易爆、高温、高压的各种液体介质不断外泄.以 至造成环境污染，引起火灾、爆炸、中毒和人身伤亡事故。一个企业往往因 为一处小小的泄漏而导致整个生产系统的停产。

高炉煤气是钢铁厂高炉生产的副产品，主要来源于含碳物的不完全燃烧。 高炉煤气一般含有20％以上的一氧化碳、二氧化碳，少量的氢气、氮气等。 高炉煤气组分中，一氧化碳是无色、无臭、无味、无刺激性气体，有剧毒。 一般而言，一氧化碳通过呼吸道进入人体而引起中毒。高炉风口中套由于各 种原因造成上翘变形，引起煤气泄漏，风口区域离地面约1.5米并且平台上 操作巡视人员频繁走动，尤其是背风和炉台死角处更容易积累大量的泄漏煤 气，给安全生产带来极大危害，解决风口区煤气泄漏问题是关乎安全生产的 重大技术问题。

传统的高炉风口煤气泄漏处理方法是等高炉休风停产时采用焊接挡板等 方式强制堵漏，上述传统工艺方法虽能暂时解决泄漏问题，但由于风口中套 内有水循环冷却且材质为铸铜，而风口大套没有循环水冷却且材质为铸钢， 在休风状态下虽可勉强焊接，但复风后由于风口大套和中套膨胀系数的差异 和工况条件的不同，风口受热膨胀，焊接焊缝由于受到热应力的作用而产生 开裂，造成煤气再次泄漏。因此在此工况条件下的煤气堵漏技术创新显得尤 为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种高炉风口 煤气在线带压堵漏的方法，在不影响高炉风口功能的前提下，即不用高炉休 风停产的条件下，实现对风口煤气泄漏进行在线带压堵漏；

该高炉风口煤气泄漏的在线带压堵漏的方法，包括如下步骤：

a).高炉风口泄漏点的表面预处理，清除风口泄漏点附近表面的附着物， 使表面净化和表面粗化活化；

b).在高炉风口泄漏点表面，利用电弧喷涂设备喷涂第一合金层；所述 第一合金层的合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元素，且质量百分比为：Al:5-10 ％,Fe:2-3％,Ni:80-90％,稀土元素:2-5％；电弧喷涂设备的电弧电压为 30-40V，工作电流为160-260A；该喷涂过程中，0.6-0.8MPa的压缩空气不间 断的吹向喷涂面，且压缩空气吹的方向与喷涂面垂直；形成的第一合金层的 厚度为0.1-0.3mm；

c).在第一合金层表面，利用电弧喷涂设备喷涂第二合金层，所述第二 合金层的合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；且质量百分比为：Co- :5-10％,Cr:2-5％,Mo:3-10％,W:2-4％,稀土元素:2-5％，其余为Ni；电弧喷 涂设备的电弧电压为26-32V，工作电流：200-240A；该喷涂过程中，0.6-0.8MPa 的压缩空气仍然不间断的吹向喷涂面：且压缩空气吹的方向与喷涂面垂直； 形成的第二合金层的厚度为0.5-2.0mm；

d).在第二合金层表面刷涂涂层封孔剂。

作为上述方法的进一步的技术方案：步骤a中高炉风口泄漏点的表面预 处理采用喷6-10目SiC砂进行清洁净化和表面活化。

作为上述方法的进一步的技术方案：所述第二合金层的厚度为 0.8-1.5mm。

本发明提供的基于上述方法形成的堵漏层，包括第一合金层、第二合 金层；所述第一合金层喷涂在高炉风口泄漏点表面，所述第二合金层喷涂在 所述第一合金层的表面；

所述第一合金层的合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元素，且质量百分比 为：Al:5-10％,Fe:2-3％,Ni:80-90％,稀土元素:2-5％；所述第一合金层的 厚度为0.1-0.3mm；

所述第二合金层的合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；且质 量百分比为：Co:5-10％,Cr:2-5％,Mo:3-10％,W:2-4％,稀土元素:2-5％，其余为 Ni；所述第二合金层的厚度为0.5-2.0mm。

作为堵漏层的进一步的技术方案：所述第二合金层的厚度为0.8-1.5mm。

本发明的有益效果是：在高炉风口煤气泄漏点上电弧喷涂形成堵漏层， 解决高炉风口区域的煤气泄漏问题，而且形成的堵漏涂层具有耐高温氧化、 高延展性、抗热震性能好等特点，高炉工作过程中不会内部应力开裂，使风 口使用寿命较传统堵漏方法提高2-3倍；大大降低了煤气中毒的风险，保障了 炉前操作人员的人身安全，对安全生产意义重大；同时由于使用寿命的延长， 从而减少检修时间，提高经济效益，有利于降低成本、提高产量及节能减排；

此外该喷涂堵漏层时，高炉不必休风停产，克服了传统堵漏方法必须高 炉休风停产的缺陷；而且操作过程安全可靠，不会发生爆燃甚至爆炸等事故； 现场施工安全方便且堵漏效率高，成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为热喷涂涂层形成过程示意图；

图中：1熔融后的粒子，2基体，3涂层。

具体实施方式

该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，在不影响高炉风口功能的前提 下，即不用高炉休风停产的条件下，实现对风口煤气泄漏进行在线带压堵漏。

实施例一：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，包括步骤：

a).高炉风口泄漏点的表面预处理，清除风口泄漏点附近表面的附着物， 使表面净化和表面粗化活化；该步骤a中高炉风口泄漏点的表面预处理采用 喷6目SiC砂进行清洁粗化和表面活化。

b).高炉风口泄漏点表面，利用电弧喷涂设备喷涂第一合金层；所述第 一合金层的合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元素，且质量百分比为：Al:5％,Fe:2 ％,Ni:88％,稀土元素:5％。步骤b中，喷涂第一合金层时，采取的是超音 速电弧喷涂，工艺条件是：电弧电压30，工作电流：160。该步骤b的喷涂过 程中，0.8MPa的压缩空气不间断的吹向喷涂面，且压缩空气吹的方向与喷涂 面垂直。该压缩空气优选的采用0.8MPa恒定的压力吹出。此外，步骤b形成 的所述第一合金层的厚度为0.1mm。

喷涂第一合金层可采用金属丝材通过超音速电弧喷涂，第一合金层的形 成过程如图1的1a、1b、1c所示，热喷涂时，丝材被热源加热到熔融态或高 塑性状态，在外加气体或焰流本身的推力下(该实施例中是采用了压缩空气)， 雾化并高速喷射向基体2表面，熔融后涂层材料的粒子1与基体发生猛烈碰 撞而变形、展平沉积于基体2表面，同时急冷而快速凝固，颗粒这样遂层沉 积而堆积成涂层3。涂层即为由无数变形粒子相互交错呈波浪式一层一层堆叠 而成的层状结构，即形成第一合金层。

c).在第一合金层表面，利用电弧喷涂设备喷涂第二合金层，所述第二 合金层的合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；且质量百分比为：Co- :5％,Cr:5％,Mo:10％,W:4％,稀土元素:5％,Ni:71％。步骤c中，喷涂第二 合金层时，采用丝材通过超音速电弧喷涂形成。工艺条件是：电弧电压为26V， 工作电流：200A。步骤c的喷涂过程中，0.6MPa的压缩空气不间断的吹向喷 涂面：且压缩空气吹的方向与喷涂面垂直；形成的第二合金层的厚度为0.5mm。

d).对所述第二合金层、第一合金层进行后续封孔处理。进一步的：步 骤d所述后期封孔处理采用有机硅耐高温涂料将涂层的空隙进行密封，防止 高温气体腐蚀基体。

实施例二：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，包括步骤：

a).高炉风口泄漏点的表面预处理，清除风口泄漏点附近表面的附着物， 使表面净化和表面粗化活化；该步骤a中高炉风口泄漏点的表面预处理采用 喷10目SiC砂进行清洁粗化和表面活化；

b).高炉风口泄漏点表面，利用电弧喷涂设备喷涂第一合金层；所述第 一合金层的合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元素，且质量百分比为：Al:10 ％,Fe:3％,Ni:83％,稀土元素:4％。步骤b中，喷涂第一合金层时，采取的 是超音速电弧喷涂，工艺条件是：电弧电压40V，工作电流：260A。该步骤b 的喷涂过程中，0.8MPa的压缩空气不间断的吹向喷涂面，且压缩空气吹的方 向与喷涂面垂直。此外，步骤b形成的所述第一合金层的厚度为0.3mm。

c).在第一合金层表面，利用电弧喷涂设备喷涂第二合金层，所述第二 合金层的合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；且质量百分比为：Co- :6％,Cr:4％,Mo:8％,W:2％,稀土元素:5％,Ni:75％。步骤c中，喷涂第二合 金层时，采取的也是丝材通过超音速电弧喷涂，工艺条件是：电弧电压为32V， 工作电流：240A。步骤c过程中，0.6MPa的压缩空气不间断的吹向喷涂面： 且压缩空气吹的方向与喷涂面垂直；形成的第二合金层的厚度为2.0mm。

d).对所述第二合金层、第一合金层进行后续封孔处理。进一步的：步 骤d所述后期封孔处理采用有机硅耐高温涂料将涂层的空隙进行密封。

实施例三：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，与实施例一不同之处是：

步骤a)中高炉风口泄漏点的表面预处理采用喷7目SiC砂进行清洁粗化 和表面活化；

b).第一合金层中Al、Fe、Ni、稀土元素，质量百分比为：Al:10％,Fe:2 ％,Ni:86％,稀土元素:2％；步骤b中，喷涂第一合金层时，超音速电弧喷 涂的工艺条件是：电弧电压35V，工作电流：210A；步骤b形成的所述第一合 金层的厚度为0.15mm；

c).所述第二合金层的合金元素Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；质量百 分比为：Co:8％,Cr:5％,Mo:10％,W:3％,稀土元素:4％,Ni:70％；步骤c中， 喷涂第二合金层时，超音速电弧喷涂工艺条件是：电弧电压28V，工作电流： 220A；步骤c过程中，0.6MPa的压缩空气不间断的吹向喷涂面；形成的第二合 金层的厚度为0.8mm。

其余未述技术同实施例一。

实施例四：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，与实施例一不同之处是：

步骤a)中高炉风口泄漏点的表面预处理采用喷8目SiC砂进行清洁粗化 和表面活化；

b).第一合金层中Al、Fe、Ni、稀土元素，质量百分比为：Al:8％,Fe:3 ％,Ni:84％,稀土元素:5％；

步骤b中，喷涂第一合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压32V，工作电流：180A；步骤b形成的所述第一合金层的厚度为0.2mm；

c).所述第二合金层的合金元素Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；质量百 分比为：Co:6％,Cr:5％,Mo:6％,W:2％,稀土元素:5％,Ni:76％；

步骤c中，喷涂第二合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压为29V，工作电流：225A；形成的第二合金层的厚度为1.0mm；

其余未述技术同实施例一。

实施例五：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，与实施例一不同之处是：

步骤a)中高炉风口泄漏点的表面预处理采用喷8目SiC砂进行清洁粗化 和表面活化；

b).第一合金层中Al、Fe、Ni、稀土元素，质量百分比为：Al:6％,Fe:2 ％,Ni:90％,稀土元素:2％；

步骤b中，喷涂第一合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压37V，工作电流：230A；步骤b形成的所述第一合金层的厚度为0.2mm；

c).所述第二合金层的合金元素Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；质量百 分比为：Co:9％,Cr:5％,Mo:8％,W:4％,稀土元素:2％,Ni:72％；

步骤c中，喷涂第二合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压为30V，工作电流：230A；形成的第二合金层的厚度为1.2mm；

其余未述技术同实施例一。

实施例六：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，与实施例一不同之处是：

步骤a)中高炉风口泄漏点的表面预处理采用喷9目SiC砂进行清洁粗化 和表面活化；

b).第一合金层中Al、Fe、Ni、稀土元素，质量百分比为：Al:3％,Fe:2 ％,Ni:90％,稀土元素:5％；

步骤b中，喷涂第一合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压38V，工作电流：240A；步骤b形成的所述第一合金层的厚度为0.25mm；

c).所述第二合金层的合金元素Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；质量百 分比为：Co:7％,Cr:3％,Mo:6％,W:4％,稀土元素:3％,Ni:77％；

步骤c中，喷涂第二合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压为31V，工作电流：235A；形成的第二合金层的厚度为1.5mm；

其余未述技术同实施例一。

实施例七：该高炉风口煤气在线带压堵漏的方法，与实施例一不同之处是：

步骤a)中高炉风口泄漏点的表面预处理采用喷9目SiC砂进行清洁粗化 和表面活化；

b).第一合金层中Al、Fe、Ni、稀土元素，质量百分比为：Al:7％,Fe:2 ％,Ni:89％,稀土元素:2％；

步骤b中，喷涂第一合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压39V，工作电流：250A；步骤b形成的所述第一合金层的厚度为0.28mm；

c).所述第二合金层的合金元素Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；质量百 分比为：Co:5％,Cr:5％,Mo:4％,W:3％,稀土元素:3％,Ni:80％；

步骤c中，喷涂第二合金层时，超音速电弧喷涂的工艺条件是：电弧电 压为27V，工作电流：210A；形成的第二合金层的厚度为0.7mm；

其余未述技术同实施例一。

由上述实施例形成的高炉风口煤气堵漏层，包括第一合金层、第二合金 层；所述第一合金层喷涂在高炉风口泄漏点表面，所述第二合金层喷涂在所 述第一合金层的表面；所述第一合金层的合金元素包括Al、Fe、Ni、稀土元 素，且质量百分比为：Al:5-10％,Fe:2-3％,Ni:80-90％,稀土元素:2-5％； 所述第一合金层的厚度为0.1-0.3mm；

所述第二合金层的合金元素包括Co、Cr、Mo、W、Ni、稀土元素；且质 量百分比为：Co:5-10％,Cr:2-5％,Mo:3-10％,W:2-4％,稀土元素:2-5％，其余为 Ni；所述第二合金层的厚度为0.5-2.0mm。

喷涂第一合金层时，液态金属颗粒侵入这些微小缺陷中而形成机械铆钉 式的结合。在基体与第一合金层界面、第一合金层与第二合金层界面上，层 间结合得很好。界面上的凹凸不平，有利于提高涂层的结合强度。

下面对利用本发明的工艺方法形成的第一合金层、第二合金层的多种参 数，做如下对比试验，以证明本发明工艺方法形成的封堵层的效果：

(1)封堵层的结合强度：

表1合金层的结合强度

从表1可以看出，试样合金层虽然主要结合方式是机械结合，但由于 喷涂了一层打底的NiAl合金层(即第一合金层)形成一些弥散分布的微冶金 结合点，能显著提高提高涂层与基体的结合强度，且其与基体结合强度的大 小主要取决与打底层与基体的结合强度，因此打底层材料的选择和喷涂质量 的好坏对封堵层的性能很重要。

(2)涂层显微硬度

所采用的试样为经打磨、抛光的金相试样，基体为45号钢，封堵层厚度 约为1.0mm。试验时所加载荷为300g，加载时间为10秒，基体和合金层的显 微硬度结果分别见表2和表3。

表2基体的显微硬度

表3合金层的显微硬度

从上表可以看出，涂层硬度与喷涂材料的性质是分不开的，但合金层硬 度与喷涂材料硬度有区别，即使是同一种喷涂材料，合金层硬度通常也是不 同的。合金层内含有气孔和孔隙，合金层的组织结构具有非均一性，因而造 成合金层硬度的非均一性。而第一合金层、第二合金层形成的组合合金层即 封堵层显微硬度是比较高的。

(3)合金层热震性能

热震性试验:

1)将试样放在箱式电炉中加热,，保温10分钟,取出后 立即浸入冷水中；

2)再次放到电炉中,加热；

3)重复执行步骤1、2,直至合金层剥落面积占合金层总面积的10％；

4)记录下从合金层开始加热到剥落时所采取水冷的次数。

试样为利用第二合金层的材料制成的单一合金层、利用第一合金层和第二 合金层形成的组合合金层，分别在500℃和700℃条件下进行抗热震性能试验， 试验结果如表4所示：

表4合金层热震试验数据

试验证明：组合合金层抗热震性能比单一合金层抗热震性能略好，这主 要是由于喷涂底丝后形成的过渡层(即第一)，降低了冷热循环交替应力，提 高了其热震性能。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并不代表本发明仅仅局限于上述 实施例。