CN102062540B - 一种复合结构的电炉炉衬 - Google Patents

Abstract

一种复合结构电炉炉衬，适合于钢铁工业和有色金属冶炼用电炉，在渣铁区和死铁区，所述炉衬从炉壳向内依次采用由紧贴在炉壳内壁上的耐火纤维毡隔热层、颗粒料填充层、镁钙铁质料打结层和镁质砖层制成的复合结构，炉底的炉衬采用至少由耐火纤维毡隔热层、颗粒料填充层和镁钙铁质料打结层制成的复合结构，炉底上镁钙铁质料打结层的顶面高于渣铁区的镁质砖层的底面，使二者之间形成无缝过渡。本发明的复合结构炉衬在无渣无铁区可抗御冷热的多变，在渣铁区和死铁区无砖缝，炉底高温下体积不膨胀，对电炉防止炉底渗漏铁水，防止耐火砌体膨胀挤破电炉炉壳，防止渣铁外漏有很好的保护效果，是电炉生产安全、长寿、高生产率，低消耗的基本保障。

Description

一种复合结构的电炉炉衬

技术领域

本发明涉及一种钢铁工业和有色金属冶炼用电炉的炉衬，特别适用于钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼的电炉的复合结构的炉衬。

背景技术

用钒钛磁铁矿和钛铁矿冶炼高钛渣，常用电炉这种设备进行还原并熔分得到含钒、铬、镍等金属元素的铁水，由于熔分电炉冶炼温度高达1500-1700℃，因此电炉内的炉底和炉墙需衬以耐火砖砌筑的炉衬，炉衬的使用寿命往往是工业电炉能否长寿的关键因素。

目前，这种电炉内衬材料主要用镁质耐火砖干砌。炉底上部为立砌的4-6层砖，呈反圆拱形，炉底下部为平砌的15-20层砖，电炉侧墙用3-4块砖平砌。在工业应用中，人们发现这种镁砖炉衬结构存在一些缺点，甚至是致命性的问题。第一，耐火砖块砌成后的砖体缝隙特别多，冶炼中砖膨胀错位后砖缝愈来愈大，这些砖缝是渗漏铁水烧坏炉壳的罪魁祸首。第二，镁砖膨胀系数大，是粘土砖及高铝砖或碳砖的3-4倍，镁砖受热后体积膨胀，造成炉壳胀裂，涨破的炉壳导致电炉炉底渗漏铁水、高温渣铁漏出的现象十分普遍，严重时容易造成重大的火灾或爆炸事故，安全生产受到威胁，并且引起巨大的经济损失。第三，受制砖压力的限制，镁砖体积密度一般为2.8g/cm³左右，因此它的显气孔率比较高，达到16-20％，影响其机械强度。第四，炉衬通常需用几万块镁砖砌筑，施工很麻烦，需要大量的磨砖和切割，四周砖缝和砖间衔接不容易紧密，砌筑的镁砖炉衬仍难达到使用要求。

发明内容

针对现有冶炼电炉炉衬结构的缺点和不足，本发明提供一种复合结构的电炉炉衬，它用多种耐火材料分层复合制成，特别是根据电炉死铁区的炉底和炉墙部位冶炼要求和防破损要求最高的特点，采用镁钙铁质料打结层将炉底和炉墙烧结成一体，具有极优异的耐高温性能和金属液不渗漏特性，显著提高了电炉炉衬的安全性和使用寿命。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的复合结构的电炉炉衬形成在电炉炉壳的内壁上，所述炉衬所围成的炉腔从上到下包括无渣无铁区、渣铁区和直至炉底的死铁区，在无渣无铁区，所述炉衬从炉壳向内依次采用至少由耐火纤维毡隔热层、颗粒料填充层和保温砖层制成的复合结构；在渣铁区和死铁区，所述炉衬从炉壳向内依次采用由耐火纤维毡隔热层、颗粒料填充层、镁钙铁质料打结层和镁质砖层制成的复合结构；所述炉底的炉衬从炉壳向内依次采用至少由耐火纤维毡隔热层、颗粒料填充层和镁钙铁质料打结层制成的复合结构。所述的耐火纤维毡隔热层紧贴在炉壳的内壁上，所述炉底上镁钙铁质料打结层的顶面高于渣铁区的镁质砖层的底面，使二者之间形成无缝过渡。

所述的在无渣无铁区炉衬中的保温砖层采用耐火砖错砌，所述耐火砖为Al₂O₃含量≥42％、荷软温度≥1430℃、抗热振性大于20次的粘土砖，所述耐火砖或者为Al₂O₃含量48-65％的高铝砖。

所述的在渣铁区和死铁区炉衬中的镁质砖层采用镁质砖错砌，砌筑在保温砖层和所述炉底的炉衬之间。所述的镁质砖是MgO含量≥95％、荷软温度≥1650℃的高级镁砖、MgO含量91-94％的镁砖或镁碳砖中任选其一，优选高级镁砖。

所述的炉底的炉衬在所述镁钙铁质料打结层的最下面砌筑保温用粘土砖层，采用错砌。所述的保温砖层和/或炉底保温用粘土砖层砌筑时所用的粘结材料为90％的耐火泥浆和10％的水泥加水混合。

所述的镁钙铁质料打结层的MgO含量≥85％、CaO 6.5-8.5％、SiO₂≤1.2％、Fe₂O₃3.5-5.5％，炉底上的镁钙铁质料打结层的厚度大于炉墙上的镁钙铁质料打结层的厚度。

所述颗粒料填充层的颗粒料从镁质颗粒料、铝质焦宝石、保温砖颗粒、高铝砖颗粒、镁砂中任选其一，优选采用MgO含量≥90％的镁质颗粒料。所述颗粒料填充层的颗粒料的粒度为5-15mm，优选粒度为8-15mm。

所述的耐火纤维毡隔热层从硅酸铝纤维毡、高铝纤维毡、石棉板中任选其一，优选采用硅酸铝纤维毡。

本发明在电炉内的不同部位，综合选用保温砖层或高级镁质砖层、镁钙铁质料打结层以及填充在紧贴炉壳的隔热层内的颗粒料填充层制成复合结构的炉衬，使炉内渣铁区无砖缝，炉底高温时不再膨胀，不仅达到了电炉炉底不渗漏、炉衬安全、长寿的最佳保护效果，并且为提高电炉作业率、降低维修费用、确保安全生产提供了可靠保证。

附图说明

图1是本发明的复合结构的电炉炉衬实施例的结构示意图。

图中所用标号的技术含义为：

1保温砖层        2镁质砖层            3镁钙铁质料打结层

4颗粒料填充层    5耐火纤维毡隔热层    6电炉炉壳

具体实施例

图1所示的是本发明的复合结构电炉炉衬的一个实施例。下面结合附图所示的具体实施例，进一步详细说明本发明的复合结构的电炉炉衬的各种实施方式及其优点。

如图1所示，电炉炉壳6内从上到下围成的电炉内部空间可分为无渣无铁区、渣铁区和直至炉底的死铁区。电炉工作时，这三个区分别具有不同的工况，对炉壳6内壁上砌筑的炉衬强度存在不同的要求。根据本发明的这个实施例，针对上部无渣无铁区的炉墙部位比位于其下面的渣铁区内的炉墙部位冷热变化大、且温度不高的特点，本发明在上部无渣无铁区的炉墙上，从炉壳6向里依次采用紧贴电炉炉壳的耐火纤维毡隔热层5、镁质颗粒料填充层4、镁钙铁质料打结层3、保温砖层1制成的复合结构炉衬，其中所述的保温砖层1可采用的Al₂O₃含量≥42％、荷软温度≥1430℃、抗热振性大于20次的优质粘土砖错砌而成，也可以采用Al₂O₃含量在48-65％的高铝砖错砌而成，错砌是指砖的上、下层错缝，且压缝砌筑。保温砖层1砌筑时所用的粘结材料为90％的耐火泥浆和10％的水泥加水混合。所用粘土砖或高铝砖1的块度尺寸可以是国家标准砖，也可以是块度尺寸大于国家标准砖的大块砖。其中所述的镁钙铁质料打结层3的顶面可以低于保温砖层1的顶面，其垂直打结高度可以只打到高过无渣无铁区炉墙内预埋的热电偶的位置，也可以只到渣铁区的最高界面处。本发明在无渣无铁区的炉墙上的复合结构的炉衬可以从炉壳6向里依次采用耐火纤维毡隔热层5、镁质颗粒料填充层4和保温砖层1制成，足以抗御无渣无铁区中冷热的多变。

而在电炉中部渣铁区内的炉墙上，本发明从炉壳6向里依次采用紧贴电炉炉壳的耐火纤维毡隔热层5、镁质颗粒料填充层4、镁钙铁质料打结层3、高级镁质砖层2制成的复合结构炉衬。这里的镁质砖层2紧接在保温砖层1下面砌筑，采用干砌和错砌，镁质砖层2砌筑时可以伸入到镁钙铁质料打结层3中，位于镁质砖层2侧墙外面的镁钙铁质料打结层3的打结高度，至少要打到渣铁区的最高界面处。所述的镁质砖层2推荐采用MgO含量≥95％、荷软温度≥1650℃的高级镁砖砌筑，镁砖也可以用MgO含量91-94％的镁砖或镁碳砖代用。所用镁砖的块度尺寸可以是国家标准砖，为了减少筑炉砖缝，也可以是长度，宽度，厚度尺寸大于国家标准砖的大块砖。镁质砖层2是工作砖层，电炉冶炼时，受到炉内高温渣铁遇冷却凝固所不断产生的渣皮保护，能承受1500-1700℃渣铁的温度影响。

针对电炉下部死铁区的炉墙和炉底部位都有接触铁水和熔渣及高温的工况，为防止铁水渗漏，防止炉底体积膨胀破坏，本发明在下部死铁区的炉墙和炉底上，从炉壳6向里依次采用耐火纤维毡隔热层5、镁质颗粒料填充层4、镁钙铁质料打结层3制成的复合结构炉衬。其中镁钙铁质料打结层3的MgO含量≥85％、CaO 6.5-8.5％、SiO₂≤1.2％、Fe₂O₃3.5-5.5％，将死铁区中炉底的镁钙铁质料打结层3的顶面砌筑成高于渣铁区的镁质砖层2的底面，使二者之间形成无缝过渡，这样，通过电炉工作时产生的高温，所用镁钙铁质料打结层3在高温下会自动将炉底和炉墙的结合处的炉衬烧结成一体，使渣铁区和死铁区无砖缝，炉底高温下体积不膨胀。烧结后的镁钙铁质料打结层3的体积密度≥3.25g/cm³，远大于常用镁质砖层。为减少炉底热损失，还可以在炉底的镁钙铁质料打结层3的最下面砌筑保温用粘土砖层，采用错砌，砖缝控制在1-1.5mm。可用标准砖，也可用非标大块砖，炉底上的镁钙铁质料打结层3的厚度最好大于炉墙上的镁钙铁质料打结层3的厚度。

所述的在上述各种耐火砌体与耐火纤维毡隔热层5之间设有的颗粒料填充层4为MgO含量≥90％、破碎粒度为8-15mm的镁质砖制成，用于吸收膨胀。本发明的颗粒料填充层4优选采用镁质颗粒料，也可以用粒度为5-15mm的铝质的焦宝石、粘土砖、高铝砖等颗粒代替，也可以用颗粒镁砂代替，但要筛除小于5mm的粉料。

所述的耐火纤维毡隔热层5紧贴在电炉炉壳6上，本发明优选采用硅酸铝纤维毡作为耐火纤维毡隔热层5，也可以用高铝纤维毡，石棉板等代替，起到隔绝热向外传的隔热保护作用。

本发明的复合结构电炉炉衬可以用于矿热电炉，也可用于电弧炉，包括三相的，或单相的电炉均可。它也适用于冶炼镍铁，硅铁，锰铁，钒铁，铬铁等铁合金的矿热电炉。为了使炉衬的长寿效果更加显著，还可以在电炉炉墙或炉底的耐火砖层中砌筑一些循环冷却水道或风冷通道，以便强化炉底的耐高温侵蚀的能力。

Claims (10)

1.一种复合结构的电炉炉衬，形成在电炉炉壳(6)的内壁上，所述炉衬所围成的炉腔从上到下包括无渣无铁区、渣铁区和直至炉底的死铁区，其特征在于：

在无渣无铁区，所述炉衬从炉壳(6)向内依次采用至少由耐火纤维毡隔热层(5)、颗粒料填充层(4)和保温砖层(1)制成的复合结构，

在渣铁区和死铁区，所述炉衬从炉壳(6)向内依次采用由耐火纤维毡隔热层(5)、颗粒料填充层(4)、镁钙铁质料打结层(3)和镁质砖层(2)制成的复合结构，

所述炉底的炉衬从炉壳(6)向内依次采用至少由耐火纤维毡隔热层(5)、颗粒料填充层(4)和镁钙铁质料打结层(3)制成的复合结构，

所述的耐火纤维毡隔热层(5)紧贴在炉壳(6)的内壁上，

所述炉底上镁钙铁质料打结层(3)的顶面高于渣铁区和死铁区炉衬中的镁质砖层(2)的底面，使二者之间形成无缝过渡。

2.根据权利要求1所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的在无渣无铁区炉衬中的保温砖层(1)采用耐火砖错砌，所述耐火砖为Al₂O₃含量≥42％、荷软温度≥1430℃、抗热振性大于20次的粘土砖，所述耐火砖或者为Al₂O₃含量为48-65％的高铝砖。

3.根据权利要求1所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的在渣铁区和死铁区炉衬中的镁质砖层(2)采用镁质砖错砌，砌筑在保温砖层(1)和所述炉底的炉衬之间。

4.根据权利要求1所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的炉底的炉衬在所述镁钙铁质料打结层(3)的最下面砌筑保温用粘土砖层，采用错砌。

5.根据权利要求2或4所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的保温砖层(1)和/或炉底保温用粘土砖层砌筑时所用的粘结材料为90％的耐火泥浆和10％的水泥加水混合。

6.根据权利要求1所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的镁钙铁质料打结层(3)的MgO含量≥85％、CaO 6.5-8.5％、SiO₂≤1.2％、Fe₂O₃3.5-5.5％，炉底上的镁钙铁质料打结层(3)的厚度大于炉墙上的镁钙铁质料打结层(3)的厚度。

7.根据权利要求1所述的复合结构电炉炉衬，其特征还在于：所述颗粒料填充层(4)的颗粒料从镁质颗粒料、铝质焦宝石、保温砖颗粒、高铝砖颗粒、镁砂中任选其一。

8.根据权利要求7所述的复合结构电炉炉衬，其特征还在于：所述颗粒料填充层(4)的颗粒料的粒度为5-15mm。

9.根据权利要求3所述的复合结构电炉炉衬，其特征还在于：所述的镁质砖从MgO含量≥95％、荷软温度≥1650℃的高级镁砖、MgO含量91-94％的镁砖或镁碳砖中任选其一。

10.根据权利要求1或3所述的复合结构电炉炉衬，其特征在于：所述的耐火纤维毡隔热层(5)从硅酸铝纤维毡、高铝纤维毡、石棉板中任选其一。

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