高爐爐身、爐缸、爐底等部位用耐火材料的選擇

高爐砌體的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件選用質(zhì)耐火材料。耐火材料質(zhì)量的選擇和砌筑質(zhì)量對高爐壽命有大的影響。不同容積的高爐和高爐不同部位要選用不同的耐火材料。提高爐缸、爐底和爐身中、下部砌體質(zhì)量是延長高爐壽命的重要條件。在購買耐火材料時(shí)不但要有冷性能,還要有熱性能,以及使用壽命的保證。

風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用質(zhì)炭磚砌筑。

嚴(yán)把耐材質(zhì)量和施工質(zhì)量關(guān)

(1)重視碳磚質(zhì)量：重視導(dǎo)熱率、透氣性、抗氧化率、抗堿性、抗渣鐵溶蝕性等;從發(fā)生燒穿事故的高爐碳磚檢測來看，普遍存在微氣孔指標(biāo)差、抗渣鐵溶蝕性差等問題。

(2)爐缸碳磚的砌筑要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，要嚴(yán)格控制外形尺寸、充分焙燒，避免因?yàn)榍治g而常常形成氣隙熱阻，阻礙了爐缸熱量的導(dǎo)出，甚至為鐵水滲透提供了通道;

(3)格外重視炭素?fù)v打料的低溫性能，尤其注意：搗打料工作溫度一般較低，用高溫下的導(dǎo)熱性來評(píng)價(jià)是不科學(xué)的。

1.爐身上部

爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。爐身上部磚襯要受到爐料下降的沖擊和磨損，還要受到煤氣流上升時(shí)的沖刷，同時(shí)還有堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕等。為此，該部位選擇高致密度的黏土磚或磷酸黏土磚或高鋁磚。爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。

該部位要用球墨鑄鐵冷卻壁代替支梁或水箱，可明顯改善這一區(qū)域的冷卻條件，可以較好地維護(hù)好該部分爐型，達(dá)到延長高爐長壽的目的。

2.爐身中下部和爐腰

本部位宜采用強(qiáng)化型鑄鐵鑲磚冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁組合的形式。這區(qū)域的爐襯主要是受堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕，初成渣侵蝕，爐料和爐墻熱震引起的剝落和高溫煤氣流的沖刷等。

該部分宜采用氧化鋁耐火材料，如剛玉莫來石磚、鉻鋁硅酸鹽結(jié)合制成的耐火磚;半石墨化——碳化硅磚、Si3N4-SiC磚、鋁碳磚或高鋁磚。1994年，武鋼與耐火廠研制成功微孔鋁碳磚，價(jià)低和性能好，在鞍鋼、包鋼等鋼鐵企業(yè)中得到推廣。碳化硅磚具有導(dǎo)熱系數(shù)高，抗熱震性好的特點(diǎn)，適宜在爐體中下部使用。

過去，爐身下部和爐腰采用高質(zhì)量耐火材料，來抵御高溫和化學(xué)侵蝕。近年來，該部位采用銅冷卻壁，對熱量進(jìn)行疏導(dǎo)，讓銅冷卻壁形成穩(wěn)定的渣皮來保護(hù)冷卻設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)高爐的長壽。在開爐時(shí)，在銅冷卻壁之外砌筑一層厚50cm的耐火磚或不定型耐火材料，就可以使該部分的使用壽命在15～20年。銅冷卻壁的導(dǎo)熱性好，冷卻壁體溫度均勻，表面工作溫度很低，一旦渣皮脫落，也能快速形成穩(wěn)定的渣皮，淡化了高爐內(nèi)襯的作用，有利于采用薄壁結(jié)構(gòu)。所以，采用銅冷卻壁，對延長高爐壽命有著明顯的效果，已經(jīng)得到外煉鐵界的普遍認(rèn)同。但銅冷卻壁價(jià)格高，在高冶煉強(qiáng)度下，一些高爐也出現(xiàn)過不同程度的問題。寶鋼湛江5000m3級(jí)高爐不使用銅冷卻壁，可降低成本，也有實(shí)現(xiàn)高爐長壽的把握。

爐腹宜采用鑄鐵冷卻壁或銅冷卻壁，也可采用密集式銅冷卻板或鑄鋼冷卻壁。

爐腰和爐身中、下部的冷卻設(shè)備宜采用強(qiáng)化型鑲磚鑄鐵冷卻壁、鑄鋼冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁相組合的薄爐襯爐體結(jié)構(gòu)形式。

高爐砌體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件合理選用耐火材料。風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用質(zhì)炭磚砌筑。

3.爐缸、爐底

《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出：高爐爐底宜采用水冷，爐缸、爐底側(cè)壁應(yīng)設(shè)置有效冷卻設(shè)施，宜采用爐殼開孔少、界面少、容易施工、傳熱可靠的冷卻方式。采用冷卻壁方式時(shí)應(yīng)注意冷卻壁間及冷卻壁與炭磚間的不定形材料的選擇和施工方法的選擇，防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)氣隙，影響爐缸的傳熱工作效應(yīng)。

爐缸、爐底應(yīng)采用全碳磚或復(fù)合碳磚爐底結(jié)構(gòu)，并應(yīng)采用質(zhì)碳磚砌筑。大型高爐采用碳磚、SiC磚對延長高爐壽命為重要。在采用銅冷卻壁之后,高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉(zhuǎn)移到爐缸部位。所以加大對延長爐缸壽命已成為高爐長壽工作的重點(diǎn)工作。近年來，我國一批高爐出現(xiàn)爐缸水溫差升高的現(xiàn)象，甚至燒穿。應(yīng)當(dāng)采取綜合措施，解決這方面問題。

風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)，一般使用剛玉莫來石磚，或棕剛玉磚，也可用熱壓碳磚NMA或NMD磚。

高爐爐缸侵蝕的原因有：化學(xué)侵蝕、水蒸汽的氧化、鋅和堿金屬、熱應(yīng)力的破壞。

采用高導(dǎo)熱性的微孔碳磚，并對爐缸冷卻壁實(shí)行強(qiáng)化冷卻，使渣鐵形成凝固的1150℃溫度殘存于碳磚之中，并要使之遠(yuǎn)離冷卻壁。目前外高爐爐缸、爐底結(jié)構(gòu)是有3種基本類型：一為大塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷墊;二是熱壓小塊碳磚，爐底設(shè)陶瓷墊;三是大塊或小塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷杯。上述3種結(jié)構(gòu)形式均有高爐長壽的實(shí)踐實(shí)例。

外高爐均已采用高導(dǎo)熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊結(jié)構(gòu)。高噴煤比的高爐，在操作上強(qiáng)調(diào)要活躍爐缸中心，又要求爐底中心要保持適當(dāng)?shù)臏囟?。因此，人們逐漸重視陶瓷墊的阻熱作用，也重視陶瓷墊壽命的提高，希望能獲得爐底中心溫度的適中。

強(qiáng)化冷卻形成凝固層理論：在爐缸側(cè)壁采用有高導(dǎo)熱的耐火材料[600℃，18.4W/(m?K)，20℃，60～80W/(m?K)]。進(jìn)行強(qiáng)化冷卻之后，高導(dǎo)熱耐材、低孔隙度就能阻止渣鐵的滲透，并具有高抗堿性能，可吸收部分熱應(yīng)力，配有的水冷卻系統(tǒng)條件下，就能將爐缸的熱量迅速地傳遞給冷卻水，將熱量帶出爐外，可有效地降低爐缸壁的溫度梯度，從而在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層(即鐵水凝固1150℃以下的等溫線，使?fàn)t底形成穩(wěn)定的“鐵殼”保護(hù)層)，抵抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳”侵蝕，進(jìn)而獲得爐缸長壽，其關(guān)鍵是爐缸側(cè)壁的導(dǎo)熱能力。這部分選擇耐材的重點(diǎn)是導(dǎo)熱性、防滲透性和防止發(fā)生環(huán)形裂紋的質(zhì)耐材。對爐缸的維護(hù)，是強(qiáng)調(diào)發(fā)揮冷卻的效果，及時(shí)對爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)常對容易形成空隙的部位進(jìn)行灌漿。

帶爐底冷卻的綜合爐底是比較合理的結(jié)構(gòu)。在冷卻管上有碳搗層，其上面砌上2～3層碳磚。對于不同部位要使用不同性能的碳磚。鐵口以下是容易受到嚴(yán)重侵蝕的地方，要用抗?jié)B透性高的微孔碳磚;爐底的底層要用具有高導(dǎo)熱性的碳化硅磚;其他部位是采用普通碳磚或微孔碳磚。對于鐵口以下的爐底周邊碳磚的長度要增大，以提高其抵抗鐵和堿金屬對此處的強(qiáng)烈滲透和侵蝕能力;磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細(xì)縫(＜0.5mm)進(jìn)行砌筑。

對于有“陶瓷杯”的綜合爐底結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)上有爭議。一些人認(rèn)為“陶瓷杯”的作用大,應(yīng)予加強(qiáng);另一些人認(rèn)為，“陶瓷杯”在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)消失掉，碳磚是起主導(dǎo)作用的，在爐缸側(cè)壁也使用高抗鐵水滲透和高導(dǎo)熱性、高密度的壓小碳磚?？傮w上評(píng)述，兩種方式各有缺點(diǎn)，均可實(shí)現(xiàn)高爐長壽，經(jīng)濟(jì)代價(jià)有所差異。

高質(zhì)量的微孔、超微孔碳磚(高密度的碳化硅磚是在大于1400℃,8小時(shí)以上條件下的焙燒)和壓小塊碳磚得到推廣之后，我國高爐壽命得到顯著提高。