專利名稱：高爐爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種高爐爐缸爐底耐火材料內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，特別適用于1000m3級(jí)以上高爐爐缸爐底內(nèi)襯。
當(dāng)前為延長高爐爐缸壽命，國際上流行著兩種解決方案導(dǎo)熱法和耐火材料法。這兩種技術(shù)體系的技術(shù)原理和措施不盡相同，但二者都是延長高爐爐缸爐底壽命的可行措施。
1、熱壓炭磚爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)即導(dǎo)熱法爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案。這種結(jié)構(gòu)由美國UCAR公司提出并且在世界上300多座高爐上實(shí)施，取得了成功。其特點(diǎn)在于在爐缸“蒜頭狀”異常侵蝕區(qū)采用“熱壓法”生產(chǎn)的熱壓小塊炭磚，由于熱壓炭磚具有很高的導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性、抗化學(xué)侵蝕性以及耐機(jī)械沖刷性等特點(diǎn)，借助冷卻壁的冷卻作用，可將1150℃等溫線(鐵水凝固線)盡量推向爐缸中心，且在碳磚熱面能夠形成一層保護(hù)性“渣皮”或“鐵殼”使炭磚免受鐵水滲透、沖刷和堿金屬的化學(xué)侵蝕及熱應(yīng)力破壞，以延長其使用壽命。但此種結(jié)構(gòu)由于對(duì)冷卻系統(tǒng)要求較高，且熱壓炭磚具有高導(dǎo)熱性，在未達(dá)到熱平衡時(shí)(即渣皮或鐵殼未形成時(shí))，爐缸熱損失較大。另外最初形成的渣皮或鐵殼，在爐況波動(dòng)的情況下較不穩(wěn)定，很容易脫落。
2、陶瓷杯爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)即耐火材料法爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案。這種結(jié)構(gòu)由法國SAVOIE公司開發(fā)，近10年內(nèi)已在全世界30多座高爐上得到應(yīng)用，并獲得了成功。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在高爐爐缸爐底區(qū)域采用微孔大塊炭磚砌筑，爐缸壁環(huán)形炭磚內(nèi)側(cè)砌筑大型棕剛玉預(yù)制塊，爐底炭磚上面砌筑2～3層莫來石磚，在此區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)杯狀的陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，即所謂“陶瓷杯”。陶瓷杯的主要特點(diǎn)是利用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，將1150℃等溫線阻滯在陶瓷層中，使炭磚避開800～1100℃脆性斷裂溫度區(qū)間。由于陶瓷杯的存在使鐵水不直接與炭磚接觸，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上緩解了鐵水和堿金屬對(duì)炭磚的滲透、沖刷和化學(xué)侵蝕等破壞。所用的莫來石、棕剛玉等都是低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，具有較高的抗鐵水滲透性、抗機(jī)械沖刷性等，且爐缸熱損失小，可提高鐵水溫度18～25℃。但由于這種結(jié)構(gòu)采用微孔大塊炭磚，在爐缸陶瓷杯消失以后，炭磚仍將和鐵水直接接觸，微孔大塊炭磚的一些缺陷將暴露出來，仍存在著形成“蒜頭狀”異常侵蝕和爐缸環(huán)裂的隱患。
對(duì)于現(xiàn)代化的大型高爐，其壽命應(yīng)達(dá)到15年以上，因此采用優(yōu)質(zhì)新型耐火材料，改進(jìn)爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，是延長高爐壽命的有效措施。
本實(shí)用新型的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而設(shè)計(jì)出一種能夠滿足高爐生產(chǎn)要求，其壽命達(dá)到或超過15年的新型爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的，本實(shí)用新型將導(dǎo)熱法和耐火材料法溶為一體，采用熱壓炭磚—陶瓷杯組合爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。爐底滿鋪大塊炭磚之上，中心區(qū)域砌筑莫來磚(陶瓷墊)，周邊區(qū)域砌筑熱壓炭磚；爐缸壁內(nèi)側(cè)砌筑棕剛玉預(yù)制塊(陶瓷壁)，外側(cè)鐵口中心線以下砌筑熱壓炭磚，鐵口中心線以上砌筑爐缸環(huán)形大塊炭磚。
這種爐缸爐底內(nèi)襯的特點(diǎn)是在爐缸“蒜尖狀”異常侵蝕區(qū)砌筑熱壓小塊炭磚，在爐底滿鋪炭磚上部砌筑莫來石磚，在爐缸壁內(nèi)側(cè)砌筑棕剛玉預(yù)制塊，形成一個(gè)熱壓炭磚——陶瓷杯爐缸爐底組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)兼具熱壓炭磚和陶瓷杯的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮二者各自的技術(shù)優(yōu)勢，可以阻止鐵水滲透、減輕鐵水機(jī)械沖刷，消除“蒜頭狀”異常侵蝕和爐缸環(huán)裂，同時(shí)還可以降低爐缸熱損失，提高鐵水溫度，可大幅度延長高爐壽命。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。
以有效容積2536m3的高爐為例，爐缸直徑11560mm，死鐵層深度2200mm，3個(gè)鐵口。高爐爐缸爐底采用熱壓炭磚——陶瓷杯組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。高爐爐缸爐底內(nèi)襯主要由六部分組成。
1、爐底4層滿鋪大塊炭磚；
2、爐底3層陶瓷墊(莫來石磚)；3、爐缸壁內(nèi)側(cè)5層陶瓷壁(棕剛玉預(yù)制塊)；4、爐缸壁外側(cè)鐵口中心線以下、爐缸爐底交界處(即“蒜頭狀”異常侵蝕區(qū))緊貼冷卻壁，共砌筑26層熱壓小塊炭磚；5、爐缸壁外側(cè)鐵口中心線以上，共砌筑6層環(huán)形大塊炭磚；6、爐缸環(huán)形炭磚和陶瓷壁以上風(fēng)口組合磚以下，砌筑高鋁磚(Al2O3≥80％)。
如


圖1所示，在爐底炭質(zhì)找平層14之上，滿鋪4層大塊炭磚7，總厚度1768mm，爐底滿鋪炭磚7與冷卻壁12之間，采用碳質(zhì)搗料13填充。第4層滿鋪炭磚7之上，爐底中心區(qū)域立砌莫來石磚4，作為第1層陶瓷墊。該磚采用人字形砌筑，沿磚列線方向磚的兩面均為斜面咬砌結(jié)構(gòu)(見圖2)，以增強(qiáng)砌體的穩(wěn)定性。莫來石磚4周圍，緊貼冷卻壁12砌筑熱壓炭磚8。莫來石磚4與熱壓炭磚8之間采用碳質(zhì)搗料填實(shí)，用以吸收莫來石磚4的熱膨脹。第2層陶瓷墊為莫來石磚3，砌筑結(jié)構(gòu)和第1層陶瓷墊相同(見圖3)。莫來石磚3的周圍砌筑熱壓炭磚8，莫來石磚3與熱壓炭磚8之間留有60mm的縫隙，采用碳質(zhì)搗料10進(jìn)行填充，其作用是吸收莫來石3產(chǎn)生的熱膨脹，并且通過碳質(zhì)搗料10使莫來石磚3和熱壓炭磚8之間緊密接觸，有利于進(jìn)行熱傳導(dǎo)。
第3層陶瓷墊為莫來石磚2，由于第3層陶瓷墊與鐵水接觸，為防止鐵水的滲漏和莫來石磚2的上浮，該層陶瓷墊采用環(huán)形砌筑(見圖5)，且每環(huán)之間在半徑方向上也是斜面咬砌結(jié)構(gòu)。第3層陶瓷墊中心部位是一個(gè)由2塊棕剛玉預(yù)制塊組成的圓臺(tái)形中心磚5，中心磚5與莫來石磚2之間有50mm縫隙，采用陶瓷質(zhì)搗料6填實(shí)，以防止鐵水沿磚縫向下滲漏。第3層陶瓷墊莫來石磚2周圍，砌筑第1層陶瓷壁棕剛玉預(yù)制塊1，第3層陶瓷墊莫來石磚2和第1層陶瓷壁棕剛玉預(yù)制塊1之間采用斜面咬砌，以確保陶瓷墊和陶瓷壁之間緊密接觸，防止鐵水滲漏和陶瓷墊上浮，并可增強(qiáng)砌體的整體穩(wěn)定性。在第2層陶瓷墊頂面和第1層陶瓷壁底面之間，鑲填了陶瓷纖維16。
爐缸陶瓷壁共5層，每層相鄰的兩個(gè)棕剛玉預(yù)制塊1上下交錯(cuò)砌筑，每層水平方向沒有通縫，為增強(qiáng)砌體的整體穩(wěn)定性，在陶瓷壁的冷面，相鄰兩個(gè)棕剛玉預(yù)制塊1之間采用鍵磚19連接，見圖5、圖6。在爐缸爐底交界處，陶瓷壁呈斜角過渡，厚度增加，以抵抗鐵水環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)械沖刷，見
圖1。鐵口區(qū)陶瓷壁呈凸形結(jié)構(gòu)(見圖7)，用以抵抗出鐵時(shí)鐵水的劇烈沖刷。陶瓷壁外側(cè)，鐵口中心線以下，緊貼冷卻壁砌筑熱壓炭磚8；鐵口中心線以上，砌筑爐缸環(huán)形炭磚9，環(huán)形炭磚9和冷卻壁12之間填充碳質(zhì)搗料13。陶瓷壁和熱壓炭磚及爐缸環(huán)形炭磚之間均留有60mm的膨脹縫，其內(nèi)填充碳質(zhì)搗料10，以吸收陶瓷壁的徑向熱膨脹，且有利于進(jìn)行熱傳導(dǎo)。陶瓷壁和爐缸上部的高鋁磚18之間也鑲填了陶瓷纖維17，用來吸收陶瓷壁的軸間熱膨脹，見
圖1。
為防止開爐時(shí)爐料對(duì)陶瓷杯熱面造成的機(jī)械破損，以及開爐后由于陶瓷杯升溫速度過快而產(chǎn)生熱應(yīng)力，在陶瓷杯熱面砌筑了一層粘土磚11，作為保護(hù)磚，見
圖1。
本實(shí)用新型將導(dǎo)熱法和耐火材料法爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)體系溶為一體，集中了熱壓炭磚和陶瓷杯的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，二者相互補(bǔ)充，具有很多優(yōu)點(diǎn)1、防止鐵水滲透由于采用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)耐火材料，使1150℃等溫線被阻滯在陶瓷層內(nèi)，加之陶瓷杯特殊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料的熱膨脹，使磚縫緊縮，最大限度減少鐵水對(duì)炭磚的滲透侵蝕。
2、減輕鐵水的流動(dòng)沖刷采用陶瓷杯必須有合理的死鐵層深度，一般約為爐缸直徑的20％，死鐵層深度合理，可使鐵水在爐缸內(nèi)的流動(dòng)方向有所改變，因而可以減少鐵水對(duì)爐底和爐缸壁的機(jī)械沖刷。
3、提高爐缸熱穩(wěn)定性，減少爐缸熱損失采用陶瓷杯以后，能夠提高鐵水溫度18～25℃，可降低工序能耗，并為煉鋼生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
4、有利于高爐操作由于爐缸熱儲(chǔ)備量增加，使高爐易于操作，為促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行、活躍爐缸、復(fù)風(fēng)操作冶煉低硅、低硫生鐵、降低燃料消耗等提供了良好的條件，并可減少爐缸堆積、風(fēng)口灌渣等事故。
5、大幅度延長高爐壽命陶瓷杯和熱壓炭磚之間通過碳質(zhì)搗料連接，使兩者緊密接觸。在高溫條件下陶瓷杯對(duì)熱壓炭磚起到保護(hù)使用，使其不直接和鐵水接觸，從而可免受鐵水和堿金屬的滲透、機(jī)械沖刷和化學(xué)侵蝕。同時(shí)利用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，使800～1100℃等溫線(炭磚脆化斷裂反應(yīng)溫度)長期阻滯在陶瓷層中，使炭磚避開脆性斷裂的溫度區(qū)間。而熱壓炭磚的導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性、抗化學(xué)侵蝕性及抗熱應(yīng)力能力等均優(yōu)于微孔大塊炭磚及普通大塊炭磚，可利用熱壓炭磚的高導(dǎo)熱性，為陶瓷杯提供有效的冷卻，從而延長陶瓷杯的使用壽命。即使在陶瓷杯出現(xiàn)破損或消失以后，熱壓炭磚將直接同鐵水接觸，由于熱壓炭磚具有很高的導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性、抗化學(xué)侵蝕性，仍能依靠有效的冷卻作用，使其熱面生成保護(hù)性的渣皮或鐵殼，最大限度地延長高爐壽命。
6、爐缸爐底熱壓炭磚——陶瓷杯組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)集中了導(dǎo)熱法和耐火材料設(shè)計(jì)體系的精華，揚(yáng)長避短，只在爐缸爐底的關(guān)鍵部件(如“蒜頭狀”異常侵蝕區(qū))引進(jìn)了國內(nèi)尚不能生產(chǎn)的熱壓炭磚和陶瓷杯等優(yōu)質(zhì)新型耐火材料，而爐缸爐底的大部分區(qū)域則采用國產(chǎn)的大塊炭磚、莫來石磚、高鋁磚、粘土磚等，節(jié)約了大量的外匯投資，符合中國國情和各企業(yè)的實(shí)際條件。
7、簡化施工工藝，有利于提高筑爐質(zhì)量由于熱壓炭磚形狀較小，便于筑爐施工，而陶瓷壁棕剛玉預(yù)制塊為大塊結(jié)構(gòu)，采用了專用的吊裝工具，可使施工工藝簡化，縮短施工工期。而且熱壓炭磚和陶瓷杯材料的制造精度較高，尺寸誤差很小，有利于提高筑爐質(zhì)量。
本實(shí)用新型的效果是大幅度延長爐缸爐底壽命，減緩爐缸爐底內(nèi)襯的侵蝕，提高鐵水溫度，減少爐缸熱損失，降低工序能耗，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行，有利于高爐操作，預(yù)計(jì)其壽命可達(dá)到15年以上。對(duì)于1000m3級(jí)以上的高爐，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
附用說明
圖1為爐缸爐底熱壓炭磚——陶瓷杯組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)圖圖2爐底第1層陶瓷墊示意圖圖3為爐底第2層陶瓷墊示意圖圖4為爐底第3層陶瓷墊示意圖圖5為陶瓷壁砌筑結(jié)構(gòu)示意圖圖6為陶瓷壁鍵磚連接結(jié)構(gòu)圖圖7為鐵口區(qū)陶瓷壁砌筑結(jié)構(gòu)圖其中1 棕剛玉預(yù)制塊MONOCORAL2 莫來石磚MS43 莫來石磚MS44 莫來石磚5 中心磚(棕剛玉預(yù)制塊MONOCORAL)6 陶瓷質(zhì)搗料CORAL7 爐底滿鋪炭磚8 熱壓小塊炭磚NMA
9 爐缸環(huán)形大塊炭磚10 碳質(zhì)搗料 AMC66K11 粘土磚12 冷卻壁13 碳質(zhì)搗料14 碳質(zhì)找平層15 碳質(zhì)搗料 RP416 陶瓷纖維 CARTOLANE17 陶瓷纖維 CARTOLANE18 高鋁磚19 鍵磚實(shí)施例某高爐于1994年8月9日送風(fēng)投產(chǎn)，爐缸爐底采用了熱壓炭磚——陶瓷杯組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。
高爐開爐一年多來，生產(chǎn)穩(wěn)步上升，高爐有效容積利用系數(shù)穩(wěn)定在2.2t/(m3.d)左右，入爐焦比410kg/t，煤比90kg/t，燃料比500kg/t。高爐爐缸工作狀況十分正常，未出現(xiàn)過爐缸堆積，風(fēng)口灌渣等事故。爐缸熱負(fù)荷約為3500～4000W/m2，爐缸爐底各部位熱電偶實(shí)測溫度變化平穩(wěn)。高爐爐缸活躍、熱儲(chǔ)備充足，易于操作，且燃料消耗較低。在鐵水[Si]含量相同的條件下，該高爐鐵水溫度比其他高爐高15～25℃，為煉鋼生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。生產(chǎn)實(shí)踐證明熱壓炭磚——陶瓷杯爐缸爐底組合內(nèi)襯技術(shù)的應(yīng)用，取得了如下的初步成效1 爐缸熱量充沛，爐缸工作均勻活躍，爐缸熱損失減少，鐵水溫度比其他高爐提高15～25℃。高爐開爐以來，未出現(xiàn)過爐缸堆積、風(fēng)口灌等事故，風(fēng)口損失數(shù)目僅是其他高爐的一半左右；2 由于爐缸工作均勻活躍，熱量充沛，燃料比降低，為提高噴煤量創(chuàng)造了有利條件。1995年11月份，高爐入爐焦比415kg/t，但煤比96kg/t，焦丁5kg/t，燃料比516kg/t，噴吹率18.6％。但由于風(fēng)溫偏底(年平均僅為950℃)；鼓風(fēng)沒有富氧以及原燃料條件變差等不利因素的影響，限制了噴煤量的進(jìn)一步提高；
3 有利于低硅低硫生鐵的冶煉。由于爐缸物理熱充沛，為冶煉低硅低硫生鐵創(chuàng)造了條件。1995年1～11月，鐵水含[Si]為0.428％，[S]為0.02％，而同樣原燃料條件下，容積與該高爐相同的另一座高爐鐵水含[Si]為0.49％，[S]為0.0018％。
4 縮短高爐復(fù)風(fēng)時(shí)間。高爐休風(fēng)后，由于爐缸內(nèi)保持較高的熱量儲(chǔ)備，因此高爐復(fù)風(fēng)迅速，易于恢復(fù)到正常的爐況狀態(tài)，而且復(fù)風(fēng)后渣鐵溫降小，未出現(xiàn)過復(fù)風(fēng)后渣鐵排放困難的現(xiàn)象。
5 渣鐵物理熱提高，流動(dòng)性改善，爐渣粘溝現(xiàn)象大大減少，降低了爐前工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。
6 爐缸、爐底熱電偶溫度變化平穩(wěn)，日平均溫度變化為±0～10℃。開爐一年多來，熱電側(cè)平均溫升速率僅為0.7～1.5℃/月。經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，目前該高爐的1150℃等溫線位于陶瓷杯熱面附近，陶瓷杯尚無明顯侵蝕。
主要技術(shù)參數(shù)高爐有效容積 2536m3爐缸直徑 11560mm爐缸高度 4200mm死鐵層深度2200mm鐵口數(shù)3個(gè)爐底厚度 2800mm爐底陶瓷墊厚度1032mm
爐底滿鋪炭磚厚度 1768mm爐底陶瓷層與炭磚層厚度比 1∶1.7爐缸陶瓷壁垂直段厚度 400mm鐵口區(qū)陶瓷壁厚度 840mm爐缸熱壓炭磚垂直段厚度 1237mm陶瓷壁外徑 12060mm陶瓷壁內(nèi)徑 11260mm陶瓷壁高度 4950mm熱壓炭磚高度 3013.4mm
權(quán)利要求1.一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯組合結(jié)構(gòu)，由大塊炭磚、熱壓炭磚，莫來石磚、棕剛玉預(yù)制塊等砌筑而成，其特征是爐底滿鋪大塊炭磚，在其上部中心區(qū)域砌莫來石磚(陶瓷墊)，周邊區(qū)域砌熱壓炭磚；爐缸壁內(nèi)側(cè)砌棕剛玉預(yù)制塊(陶瓷壁)，外側(cè)鐵口中心線以下砌熱壓炭磚，鐵口中心線以上砌爐缸環(huán)形大塊炭磚。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，特別適用于1000m
文檔編號(hào)C21B7/02GK2263655SQ96211970
公開日1997年10月1日 申請(qǐng)日期1996年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月23日
發(fā)明者徐和誼, 劉蘭菊, 張福明, 魏升明, 李世良, 李欽, 黃晉, 劉澤長 申請(qǐng)人:首鋼總公司