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高爐爐底和爐缸用碳磚

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  《高爐煉鐵工程設計規范》中提出:高爐爐底宜采用水冷,爐缸、爐底側壁應設置有效冷卻設施,宜采用爐殼開孔少、界面少、容易施工、傳熱可靠的冷卻方式。采用冷卻壁方式時應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,防止生產過程中出現氣隙,影響爐缸的傳熱體系工作效應。
 
  爐缸、爐底應采用全碳磚或復合碳磚爐底結構,并應采用碳磚砌筑。大型高爐采用碳磚、SiC磚對延長高爐壽命極為重要。在采用銅冷卻壁之后,高爐長壽的薄弱環節已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉移到爐缸部位。所以加大對延長爐缸壽命已成為高爐長壽工作的重點工作。近年來,我國一批高爐出現爐缸水溫差升高的現象,甚至燒穿。應當采取綜合措施,解決這方面問題。
 
高爐碳磚
 
  風口帶宜采用組合磚結構,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:化學侵蝕、水蒸汽的氧化、鋅和堿金屬、熱應力的破壞。
 
  采用高導熱性的微孔碳磚,并對爐缸冷卻壁實行強化冷卻,使渣鐵形成凝固的1150℃溫度殘存于碳磚之中,并要使之遠離冷卻壁。目前國內外高爐爐缸、爐底結構是有3種基本類型:一為大塊碳磚砌筑,爐底設陶瓷墊;二是熱壓小塊碳磚,爐底設陶瓷墊;三是大塊或小塊碳磚砌筑,爐底設陶瓷杯。上述3種結構形式均有高爐長壽的實踐實例。
 
  國內外高爐均已采用高導熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊結構。高噴煤比的高爐,在操作上強調要活躍爐缸中心,又要求爐底中心要保持適當的溫度。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。
 
  強化冷卻形成凝固層理論:在爐缸側壁采用有高導熱的耐火材料[600℃,18.4W/(m·K),20℃,60~80W/(m·K)]。進行強化冷卻之后,高導熱耐材、低孔隙度就能阻止渣鐵的滲透,并具有高抗堿性能,可吸收部分熱應力,配有高效的水冷卻系統條件下,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,從而在爐缸側壁爐襯耐材的熱面形成一層穩定的凝結保護層(即鐵水凝固1150℃以下的等溫線,使爐底形成穩定的“鐵殼”保護層),抵抗爐缸側壁的“象腳”侵蝕,進而獲得爐缸長壽,其關鍵是爐缸側壁的導熱能力。這部分選擇耐材的重點是導熱性、防滲透性和防止發生環形裂紋的耐材。對爐缸的維護,是強調發揮冷卻的效果,及時對爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進行監測,經常對容易形成空隙的部位進行灌漿。
 
高爐碳磚
 
  帶爐底冷卻的綜合爐底是比較合理的結構。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重侵蝕的地方,要用抗滲透性高的微孔碳磚;爐底的底層要用具有高導熱性的碳化硅磚;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烈滲透和侵蝕能力;磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細縫(<0.5mm)進行砌筑。
 
  對于有“陶瓷杯”的綜合爐底結構,學術上有爭議。一些人認為“陶瓷杯”的作用大,應予加強;另一些人認為,“陶瓷杯”在一定時間內會消失掉,碳磚是起主導作用的,在爐缸側壁也使用高抗鐵水滲透和高導熱性、高密度的壓小碳磚??傮w上評述,兩種方式各有優缺點,均可實現高爐長壽,經濟代價有所差異。
 
  高質量的微孔、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。
 
  學術上,對使用小塊熱壓微空碳磚,有不同看法。認為在800℃焙燒溫度下,碳磚不能得到炭化,砌筑縫隙大,又使用陶瓷杯,爐缸碳磚沒有形成狀態,會影響高爐爐缸壽命。
 
  國內大中型高爐基本上是否定了采用炭料搗打爐底,自焙燒制碳磚的工藝技術。

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