1.本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高炉炉缸炭捣料领域。
背景技术：
2.炼铁高炉炉缸的安全性成为决定高炉寿命的关键因素。高炉炉缸由炉壳、冷却器、炭砖、泥浆、电偶及炭捣料、陶瓷等设备、结构、材料按造设计图纸要求安装、砌筑形成。其中炭捣料的作用不但要吸收炭砖在高温工况下产生的膨胀，而且炉缸炉墙热平衡的重要传热路径。炭素捣料施工后的实际密度决定导热系数，很多高炉在开炉不久的时间内发现温度异常、环裂现象的根本原因就是密实度不达标，炉缸炉墙热平衡在局部区域没有建立起来，在局部炭砖被侵蚀后引起局部炉缸热负荷加大，在入炉碱金属负荷高的情况下还会造成炉缸环裂。高炉重点部位炉缸是运用炭捣料最密集的区域，重点包括多个部分：炉底水冷管与底封板区域、炉壳冷却器与炭砖之间区域、炭砖与陶瓷垫之间的间隙，风口与组合砖间隙等，铁口通道与炭砖之间等均采用炭素捣料人工施工。
3.高炉炉缸炭捣料施工不但要做到均匀密实，而且要考虑炭砖、电偶、冷却壁、风口设备保护工作，由于工序复杂、空间狭窄、施工难度大等原因，经常出现不密实现象，造成空气气隙大量存在。空气的导热系数约为0.026w/(m.k)是绝热的,直接比炉缸局部区域炭砖导热系数9-22w/(m.k)减低99%，存在的气隙使之成为炭砖被侵蚀的重要原因之一。一旦某区域的气隙聚集程度超过临界点，其对应区域的生产运行期间形成的凝渣铁层就会脱落，炭砖就会遭受快速侵蚀，成为炉缸高温点，对高炉运行造成危害。根据的多年高炉数据分析，炭素捣料的施工质量对炉缸寿命影响权重超过炭砖砌筑质量的权重,成为首要高炉建设质量控制的重要环节。因此有必要对炭捣料的施工质量进行分析和研究，进而选择炉缸炭捣料的施工方法，保证炉缸有效传热提供有力支撑。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种高炉炉缸炭捣料量化施工方法，通过梯度量化的工序检测确认技术，满足高炉炉缸在建设状态下可以将炭素捣料施工后的实际密度接近达到理论密度。通过三定量化炭捣料施工工序、压缩比测量工序、捣料均匀性测试工序、炭素类金属面观察法、电偶槽（孔）固液密封技术、捣料密实测量工序的按序检查量化达标然后进入下工序检测的步骤，确保炭素捣料施工后的实际密度，降低气隙的存在空间，杜绝高炉投产后有害气体通路的形成，建立炉缸体系良好热平衡。减少了气隙、水、高温碱气等对炉缸耐材损害、减低铁水侵蚀的速率。
5.本发明所采用的技术方案是：一种高炉炉缸炭捣料量化施工方法，对于炭捣料作业范围满足高度50-800毫米宽度40-120毫米的区域，施工前对基层即施工过程的炭捣料接触面进行清理，施工过程采用分层炭捣料作业，每层炭捣料作业完成后检测合格再进行下一层的炭捣料作业，每层炭捣料作业施工过程采用三定量化炭捣料施工工序，所述三定量化炭捣料施工工序是指对高炉炉缸炭捣料施工执行定高、定重、定捣制次数的施工方案，确
保施工完成后，所有炭捣料全区域的密度达到设计要求。
6.所述定高是指炭捣料在常温下、自然容重状态，每层施工铺料层厚度80-120毫米，均匀将炭捣料水平摊开铺设整层，边铺边刮平；所述定重是指按照施工部位体积、分层数量、炭捣料常温下自然容重、确定炭捣料自然状态下单次施工铺料的重量，用电子称称量确认；定捣制次数是指每100平方厘米的区域气动风锤捣制锤数300次，然后用再用100*40*30钢制捣锤依次捣实压面，移动盖面锤（钢制捣锤）时要求一锤压半锤。
7.所述每层炭捣料作业完成后检测合格再进行下一层的炭捣料作业，所采用的检测方案包括用卷尺测量炭捣料作业前后的高度检测是否满足压缩比、用定压力的钢条扎入作业完成后的炭捣料检测扎入深度是否满足要求、查看作业完成后的炭捣料表面是否满足亮度要求、用容重环刀测量法取样检测作业完成后的炭捣料密度是否满足要求。
8.用卷尺测量炭捣料作业前后的高度检测是否满足压缩比是指，在每层捣制作业完成后用卷尺测量捣料作业前后的高度，在同一水平面上，相邻距离1米测量1点；压缩比小于等于45%为合格，即100毫米高的自然容重的炭捣料铺料层经过均匀捣制后，高度小于等于55毫米为合格；对于不满足压缩比的测量点，水平距离不满足压缩比的测量点的最近的满足压缩比的周围测量点之间的区域全部再次进行捣制作业，然后重新进行检测。
9.所述用定压力的钢条扎入作业完成后的炭捣料检测扎入深度是否满足要求是指，在同一水平面上，相邻距离0.5米测量1点，每次测量时，检测人员将8毫米钢条（圆柱钢条）在40公斤的力作用下扎入作业完成后的炭捣料，扎入深度小于等于10毫米时满足要求，否则不满足要求，不合格的测量点部位周围1米范围再次捣制作业，然后重新进行检测。
10.查看作业完成后的炭捣料表面是否满足亮度要求是指，作业完成后的炭捣料表面进行炭素类金属面比对法，每层捣制作业结束后期，用小型平面锤表面收面作业后，会出现石墨化有类似金属反光的表面为合格，达到表面亮度2级，不满足亮度的区域，周围1米范围再次捣制作业，然后重新进行检测。
11.用容重环刀测量法取样检测作业完成后的炭捣料密度是否满足要求是指，在作业完成后的炭捣料层，用环刀进行取样检测密度，检测取样的容重是否满足设计要求，在同一水平面上，相邻距离1米测量1点；不满足设计要求的取样点周围1米范围再次捣制作业，然后重新进行检测。
12.检测时误差范围小于等于2%。
13.本发明的有益效果是：三定量化炭捣料施工工序，通过对炭捣料重量、体积、铺设高度原始参数定量化，可确保施工均匀性，以及炭捣料层下部密实度达标的保证，科学严谨规范化操作时将高炉炉缸炭捣料层下中上层质量均匀形成整体化的基础，避免了由于施工区域狭小可能带来的施工人员图方便减少捣制遍数的行为，有效的提高炭捣料的施工后密实度。炭捣料面层压实采用特质钢制捣锤，适应小区域捣制，不会伤害碳砖，同时可以把表面压实。
14.压缩比测量工序，通过定压缩率原则检测炭捣料压实程度，满足炭捣料中间部密实的原则。
15.捣料中部均匀化检测法，通过等间距测试扎入炭捣料捣制成品深度检测炭捣料压实程度以及强度，满足炭捣料中部密实的原则。
16.炭素类金属面比对法，通过表面光亮度对比，检测炭捣料顶部压实程度。
具体实施方式
17.一种高炉炉缸炭捣料量化施工方法，清理干净基层后，采用三定量化炭捣料施工工序步骤进行高炉炉缸炭捣料量捣制作业，三定量化施工工序是高炉建设期间对高炉炉缸炭捣料施工严格执行定高、定重、定捣制次数的程序化作业标准，确保炉缸炭捣料在经过严格的作业控制，全区域的密度达到设计要求。
18.包括三方面：首先按照施工部位体积、分层数量、炭捣料常温下自然容重、确定炭捣料自然状态下单次施工铺料的重量，用电子称称量确认；然后确定炭捣料在常温下、自然容重状态下单次施工铺料层厚度100毫米，均匀将炭捣料水平摊开铺设整层，测量达标；边铺边刮平；最后捣制作业过程执行标准为每100平方厘米的区域气动风锤捣制锤数300次，然后用再用风镐带特制100*40*30钢制捣锤依次捣实压面，移动盖面锤时要求一锤压半锤。保证从头到尾压实。严格保护周围的电偶和炭砖等。
19.经过相关测试合格后，再循环进行分层炭捣料作业，核验阶段按照炭捣料作业体积、炭捣料设计密度、确定炭捣料经过捣制压实状态下的总质量与分层作业中捣制的材料重量汇总误差小于2%。；本工序适用于炭捣料作业范围高度大于50-800毫米，炭捣料作业宽度40-120毫米的捣制工作。
20.在每层捣制作业完成后用卷尺测量压缩后的高度，每层距离1米测量1点，每个测量点基准从高炉0度方向开始，两个测量点间距1米。捣实后与铺料前的高度比，按照45%的压缩比控制，即100毫米高的自然容重的炭捣料铺料层经过均匀捣制后，高度低于55毫米，基本接近设计要求为合格；不达标的测量部位周围1米范围，从周围两个测量合格点之间的全部炭捣料铺料层再次捣制作业，然后按照工序重新检测。
21.以上施工工序完成后进行捣料中部均匀化检测法，由于高炉炉缸碳砖的大型化，炭捣料捣制层高度从300毫米发展到750毫米，这里的中部指炭捣料捣制过程中除去顶部完成工作面层下的炭捣料捣制区间。炭捣料在高炉炉缸的作用有三点，吸收炉缸内侧耐材内衬由于高温高压产生的膨胀、由于本身良好的导热性能成为高炉炉缸区域热传导路径的重要组成部分，捣制密实的碳捣料可以封闭炉内气体向外扩散的通道。但是由于作业空间狭小，全部是人工操作，所以在多年的实践中我们发现炉缸外侧膨胀缝下部炭捣料有一部分密度不达标，并且缺乏检测手段，炉缸外侧膨胀缝下部炭捣料贴近碳砖的边部密度较低，无论是风锤或者特质钢锤由于角度的影响，对贴近碳砖的边部影响较小，所以存在盲区。炉缸侧壁膨胀缝常规布置是炉壳圆周方向整环设置，一般宽度60
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80毫米，高度从炉底板平面直到风口下部，由于间隙小所以基本都是先把微孔碳砖砌筑一层，然后进行用炭捣料将炉缸侧壁膨胀缝填充捣实，微孔碳砖每层高度在300-750毫米，因而炉缸侧壁膨胀缝在捣制炭捣料的过程中困难很多，炉缸侧壁膨胀缝中间部位相对容易振捣，密度就达到设计值，相对贴近碳砖的边部，由于作业角度的影响，风锤就不能直接传力作用炭捣料上，因此边部容易出现松散状态，成为不合格点，造成相应区域的导热路径出现阻隔，影响高炉炉缸正常使用。
22.我们发明均匀化检测法是，采用钢条扎孔测试捣制层的强度。每间距一米测量3次。以边部和交接区检测为主，主要检测匀度和靠近碳砖边部的密实度。炭素捣料捣制合格后，检测人员将8毫米钢条在40公斤的力作用下扎入炭素捣料，只能扎入10毫米），不达标的测量部位周围1米范围再次捣制作业。
23.捣料中部均匀化检测法就是针对炉缸侧壁膨胀缝施工炭捣料过程中的盲区，发明的提升炭捣料密实度检测的方法，从标准炭捣料捣制合格（标准密度1.70吨\立方米）的实验模型中，我们测试用40公斤的力量，用8 毫米钢棒只可以扎入10毫米，就不能再深。但是如果密度小于1.70吨\立方米，则可轻松扎入20毫米，说明捣制工作不合格，重新返工用100*40*30钢制捣锤延边部重新压实10遍，再次检测。
24.按照以上施工工序全部完成后进行炭捣料面层施工完成后，进行炭素类金属面比对法；每层捣制作业结束后期，用小型平面锤表面收面作业后，会出现石墨化有类似金属反光的表面为合格，达到表面亮度2级，表面亮度较好，可以看到周围物体轻微轮廓，可以比照镜子反射出周围物体的轮廓。按照实验室做出炭素捣料捣制后标准样品的分析，炭素捣料捣制后出现类金属面时，内部结构密实，导热系数达到设计要求。
25.碳砖槽（孔）固液密封技术是高炉电偶进入炉体路由在碳砖中部开孔和上部开槽后安装完成后形成的空隙，电偶穿过碳砖中部孔洞，安装前先用特质浓碳制胶泥填满孔洞，确认密实后再将电偶从一端插入，安装到位；电偶在碳砖上部与侧部开槽安装前先用特质浓碳制胶泥填满槽体的中心线下部，确认密实后再将电偶从上部用木棒压入捣料胶泥混合体安装到位，用u 型卡反复压密下部捣料；实然后用木锤将捣料捣实上部，高度超表面5毫米，达标后用平铲刮平，杜绝空洞及气泡遗留。碳砖槽（孔）固液密封技术，通过电偶槽（孔）特殊方法提高电偶槽（孔）区域炭捣料（胶泥混合物）压实程度，满足消除气体通道的原则，综合提高核心区域导热强度，杜绝由于空气空洞的存在可能造成碳砖环裂的故障。
26.容重环刀测量法
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每层振捣压实后，如果在上部区域可以采样的范围内,采用直径50*50的环刀进行取样检测密度，达到规定的容重范围为合格。
27.本发明中的每次（层）炭捣料的铺设厚度为100毫米。测量公差-5
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+5毫米。
28.本发明中的炭捣料面层压实采用，100*40*30钢制捣锤。
29.本发明中的面层压实作业必须大于等于六遍。
30.本发明中的压缩系数大于等于45%。
31.本发明中的压缩比测量工序取样点靠近低温区。
32.本发明中的炭捣料中部均匀化检测采用8毫米直径钢条扎孔。
33.本发明中的炭捣料中部均匀化检测力度按照40公斤。
34.本发明中的炭捣料中部均匀化检测点贴近碳砖10毫米。
35.本发明炭素类金属面比对达到表面亮度2级。
36.本发明中碳砖中部孔洞用50%捣料与50%碳素胶泥和制的特质浓碳制胶泥封闭。
37.本发明检测用直径50厚度4毫米，高度50毫米的钢制环刀，一侧端部磨出1毫米的楔形，确保取出样品密度接近实际密度。电子秤误差小于1克。
38.高炉建设过程中，炭素捣区域包括多个部分：炉底水冷管区域、炉壳与石墨砖之间区域、大炭砖砌体与小块炭砖之间的间隙以及炭砖与陶瓷垫之间的间隙，风口与组合砖间隙，为满足高炉炉缸良好的热传导功能、吸收热应力产生的内衬变形膨胀、消除气体通道的功能。通过三定量化炭捣料施工工序、压缩比测量工序、捣料中部均匀化检测法、炭素类金属面比对法、碳砖槽（孔）固液密封技术、容重环刀测量法的量化次序推进，将高炉炉缸炭捣料捣制工作由隐蔽性工程提升为透明工程，每步都有数据量化标准，杜绝了不合格点的出现。综合提升了高炉炉缸炭捣料量施工质量，强化了炉缸材料导热系数达标,减少了气隙、
有效降低水、汽碱蒸气等对炉缸耐材损害，提高高炉炉缸长期稳定的热平衡运行周期。
39.一个实施例，以4350m3高炉为例：以高炉炉缸下部水冷管区域炭捣料施工为例,施工前要求具备的条件高炉炉底耐热混凝土养护完成，使用混凝土回弹仪测量混凝土实际强度，达设计值方可施工。
40.炉底碳素料捣打要在防雨棚下施工，防雨棚要预先检查是否漏雨，合格后方可投入使用。
41.水冷管打压合格、无应力、水冷管超声检测厚度满足要求，水冷管安装尺寸符合设计要求，水冷梁焊接检测合格，消应工作结束，水冷梁安装尺寸符合设计要求，全部钢结构无粘结物和锈蚀。炉底环板安装尺寸符合设计要求焊接检测合格，消应工作结束。
42.实行封闭施工，整个施工现场进行完全吸尘作业清理。
43.第一次铺料前对基面、水冷管及水冷梁与碳素料接触面做一次全面检查，彻底清除表面杂物，吸尘清洁。每次铺料前清扫基面，风干失去油性的碳素料不得使用。炉底碳素料捣打由高炉一侧开始逐格进行，每一格第一次铺料前，要再清理一次，按照所处位置计算每层炭捣料自然状态下的重量，用电子秤计量检测，第一与第二层相应扣除水冷管、支撑角钢及卡环的体积，确保精确。
44.碳素料捣打逐格逐层进行，每层铺料厚度100mm，共铺4层，使用铺料刮板刮平，待检查人员量取了铺料厚度后方可开始捣打。捣料压下量不小于45％。碳素填料高度共计160
㎜
，分4次铺料，第一次铺料100
㎜
厚，用定量铺料法均匀将炭捣料水平摊开，公差-5
‑‑‑
+5毫米，测量达标；边铺边刮平，工字钢上平向下空60
㎜
，使用特制刮板刮平，捣制后55毫米。先用平头风锤初步捣制压实，执行标准为每100平方厘米的区域风锤捣制锤数300次，再用风镐带特制钢块依次压面捣实，要求一锤压半锤，水冷梁下部边角属于盲区，受保护水冷管的要求，必须采用斜向捣制。保证从头到尾压实6遍。严格保护周围的水冷管和电偶等。捣料合格后再第二次铺料，第二次铺料100
㎜
厚，工字钢上平向下空5
㎜
；第三次铺料100
㎜
厚，铺料高于工字钢50
㎜
，捣完达标后使用凹形刮板刮平。
45.炉底碳素料包裹着水冷管，规定要求不得打击水冷管，所以应使用不跳跃的风锤捣打。为了避免捣料时打击水冷管，铺料后要求先用手工锤初步捣实，再用风镐捣打。一锤压半锤依次行进，反复捣打不少于6遍，压下量大于45%受捣锤形状局限，受力不到的边角要采取捣锤作用同边角形状相同的厚钢垫板，传力到 碳捣料上，使之捣实。
46.捣料施工到上层时，工字钢上翼板下侧部应先捣料，此部位施工困难，更需要认真捣打，调正捣打角度，保证密实。确认合格后，再行捣打两根水冷管中间部位。
47.每格每层压下量检查点不少于3-5处，捣后由检查人员核实压下量达标后，方可进入再一层的铺料。再一层铺料时，应将前一层料表面拉毛。每一条水冷梁间距碳料铲平后，盖工程布保护，不得踩踏，保持表面平整，行人铺架板通道。严格成品保护。
48.严格避免风动锤直接作用在水冷管上。
49.一个实施例中，以4350m3高炉炉缸侧壁为例，以高炉炉缸侧壁微孔碳砖外侧炭捣料施工为例,先清理炉缸环形微孔碳砖外侧炭捣料施工区域,确认区域电偶安装合格，并且可以正常使用；确认区域冷却壁安装合格，打压验收，并且冷却系统可以正常使用；确认区
域炉缸内衬砌筑安装合格，工艺尺寸满足设计及规范要求，并且可以正常使用；用吸尘器将炉缸环形微孔碳砖外侧膨胀缝（炭捣料施工区域）灰尘清理干净，测量实物高度,微孔碳砖高度为600毫米，按照每层捣制前100毫米，捣制后55毫米，计算铺料层数为11层；测量炉缸环形微孔碳砖与打压合格后,按照所处位置计算每层炭捣料的重量，用电子秤计量检测，均匀放置现场。
50.用定量铺料法均匀将炭捣料水平摊开，铺料厚度为100 mm，公差-5
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+5毫米，测量达标；边铺边刮平。先用平头锤初步压实，执行标准为每100平方厘米的区域风锤捣制锤数300次，再用风镐带特制钢块依次捣实，要求一锤压半锤，水冷梁下部采用斜向捣制。保证从头到尾压实6遍。严格保护周围的水冷管和电偶等。首层检验合格后）继续铺料厚度为100 mm，公差-5
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+5毫米，测量达标；边铺边刮平。两层厚度累计110毫米。按照pdca循环方法进行连续作业压缩比测量法
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压缩率大于45%，必须用测高板每间距一米测量一次。
51.捣料中部均匀化检测法
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8毫米直径钢条扎孔测试捣制层的强度，力度按照40公斤。每间距一米测量3次，插入深度小于10毫米，以边部和交接区检测为主，主要检测匀度和边部的密实度。
52.炭素类金属面比对法
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炭素捣料振捣压实面有类似金属反光的表面为合格，达到边面亮度2级，表面亮度较好，可以看到类似镜面反射轻微轮廓。
53.砖槽（孔）固液密封技术是高炉电偶进入炉体路由在碳砖中部开孔和上部开槽后安装完成后形成的空隙，电偶 在碳砖中部开孔安装前先用50%捣料与碳素胶泥和制的特质浓碳制胶泥填满孔洞，确认密实后再将电偶从一端插入，安装到位；电偶在碳砖上部与侧部开槽安装前先用50%捣料与碳素胶泥和制的特质浓碳制胶泥填满槽体的中心线下部，确认密实后再将电偶从上部用木棒压入捣料胶泥混合体安装到位，用u 型卡反复压密下部捣料，u 型卡中部空隙大于电偶直径2毫米，用u 型卡压实电偶侧边的特质浓碳制胶泥同时保护电偶；然后用木锤将捣料捣实上部，杜绝空洞及气泡遗留。
54.容重环刀测量法
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每层振捣压实后，如果在上部区域可以采样的范围内,采用直径50*50的环刀进行取样检测密度，达到设计确认的容重以上为合格。否则一律返工。
55.本发明所应用高炉不局限高炉，对所有冶金窑炉、高炉、竖炉等都约定在本发明专利范围内。
56.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。