CN107739764A - 一种高炉炉底满铺炭砖结构及砌筑方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉炉底满铺炭砖结构及砌筑方法，属于高炉炉缸炉底砌筑结构技术领域。包括主砌筑中心线，辅砌筑中心线，第一类炭砖，第二类炭砖，第三类炭砖。主、辅砌筑中心线均过满铺炭砖理论圆心且相互垂直。满铺炭砖整体可分为四个沿主、辅砌筑中心线对称区域。在每个区域中除了一块第三类炭砖砌筑在45°线上外第一类炭砖基本上满铺沿45°线两侧中其中一侧区域，第二类炭砖基本上满铺了另一侧区域。优点在于：大幅度减少满铺炭砖层任一点在辅砌筑中心线方向上砖缝数量及主砌筑中心线方向快速传热距离，实现了满铺炭砖层上任一点处热量在二维水平面，三维空间区域的多途径就近、快速传递，有效改善炉底传热状况，形成周向、径向均匀对称的温度场，提高高炉寿命。

Description

一种高炉炉底满铺炭砖结构及砌筑方法

技术领域

本发明属于高炉炉缸炉底砌筑结构技术领域，特别涉及了一种高炉炉底满铺炭砖结构及砌筑方法，适用于任何容级的高炉炉底满铺炭砖砌筑。

背景技术

高炉炉缸炉底区域是高炉运行时工况最为恶劣的区域。炉缸炉底耐材因熔融铁水冲刷、氧化以及熔渣、碱金属等化学侵蚀致使炉缸炉底周向、径向及竖向耐材残余厚度不均且局部不足，危机高炉正常安全生产。在现有耐火材料技术下，高炉炉缸炉底区域耐火材料采用何种砌筑结构形式实现炉缸炉底均匀、快捷、有效冷却的温度场，减缓冲刷、氧化、侵蚀，延长高炉寿命一直以来都是炼铁工作者关注的焦点。

高炉炉底采用的炭砖一般为长方体形状。从几何尺寸上看，长度明显大于宽或厚度的几何尺寸，即长度大于炭砖截面尺寸。从几何关系上看，长度方向与截面垂直。国内外高炉炉底炭砖常用的截面规格为400X400，500X500，600X600等。

目前，炉底满铺炭砖砌筑有以下两种结构形式。一是炭砖立砌，即炭砖的截面处于水平，长度方向处于竖直。具体砌筑结构为满铺炭砖层除靠近满铺几何圆边的炭砖水平砌筑外，其余区域也就是中心区域炭砖均是竖直砌筑。此种结构是基于单块炭砖传热各方向异性(即炭砖长度方向的导热系数大于截面方向的导热系数)的理念构建，意图让高炉炉底炭砖层将高炉死铁层中心区域传递下来的热量快速向炉底传递，减弱径向水平传热，增强炉底冷却效果，减轻炉底区域侧壁冷却系统热负荷压力。但随着炭砖生产技术的不断进步，单块炭砖导热各方向异性的差别在逐步缩小，且立砌的炭砖高度即长度也不宜很长，一般800mm高，若过长，立砌的炭砖热态结构稳定性差，此外立砌对炭砖本身加工精度要求高，成本较高，施工繁琐，且满铺炭砖层在水平截面径向上砖缝数量众多，砖缝处导热系数低，弱化了炉底区域侧壁冷却系统空间整合效力的发挥。

二是炭砖水平砌筑，即炭砖的长度方向处于水平，截面方向处于竖直。具体砌筑结构为每层满铺炭砖有一主砌筑中心线，一辅砌筑中心线，主辅砌筑中心线相互垂直。同层炭砖除辅筑炉中心线靠满铺几何圆边处砌筑的炭砖中心线与辅砌筑中心线平行外，其余炭砖砌筑时其中心线均平行于主砌筑中心线。此种结构形式相对立砌而言对炭砖本身加工加工精度要求低，成本较低，施工简单。从传热的角度看，每层高炉炉底满铺炭砖为水平砌筑，绝大多数炭砖中心线平行于主砌筑中心线，满铺炭砖层上任何一点沿主砌筑中心线方向传热较快。相对立砌结构，水平砌筑在径向热量传递占优，特别是在沿主砌筑中心线方向上。现代高炉一般炉底满铺炭砖为4-5层，每层均合理配置了导热性好的炭砖，相比立砌而言砖缝多2-3处，鉴于水平砌筑的单块炭砖在水平方向热量快捷传递使得热量在向下传递时会逐步扩大影响面积，有利于炉底冷却，因此相对立砌结构，水平砌筑在竖直方向热量传递伯仲之间。此种砌筑形式不足在于每层满铺炭砖在辅砌筑中心线方向砖缝数量较多，砖缝导热系数低，影响该方向的传热速度；而在主砌筑方向热量传递快捷，且主砌筑中心线方向任何一点都存在其中一向距离较远，相对不利于在炉底建立周向、径向均匀，对称的温度场。

鉴于上述两种炉底满铺炭砖砌筑结构形式的特点及不足，提出了一种高炉炉底满铺炭砖砌筑结构及砌筑方法，意在于炉底满铺炭砖中任何一点处热量在径向上多途径就近、快捷、对称传递，有效改善炉底的传热状况，进而建立周向、径向对称的温度场，延长高炉寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种高炉炉底满铺炭砖结构及砌筑方法。克服了上述两种炉底满铺炭砖砌筑结构形式的不足。本发明采用炭砖水平砌筑，通过改变原有同层单块炭砖的排列模式，以有效改善炉底满铺炭砖每层的热传状况，延长高炉寿命。

本发明包括主砌筑中心线，辅砌筑中心线，第一类炭砖，第二类炭砖，第三类炭砖。主、辅砌筑中心线均过满铺炭砖理论圆心且相互垂直。第一类炭砖为满铺炭砖结构中炭砖长度方向与主砌筑中心线平行的炭砖；第二类炭砖为满铺炭砖结构中炭砖长度方向与辅砌筑中心线平行的炭砖；第三类炭砖为满铺炭砖结构中其炭砖水平砌筑时竖直投影呈近三角形状的炭砖。第一类炭砖截面和第二类炭砖截面相同。需要说明的是第一类炭砖和第二类炭砖的划分是根据主、辅砌筑中心线划分。主砌筑中心线通常为满铺炭砖结构水平投影面上横向水平线。辅砌筑中心线为满铺炭砖结构水平投影面上纵向竖直线。主、辅砌筑中心线可以互换，满铺炭砖整体结构为原结构旋转90°。

满铺炭砖均水平砌筑，一行第一类炭砖砌筑于主砌筑中心线上，使该行第一类炭砖水平投影上沿主、辅砌筑中心线对称。一列第二类炭砖砌筑于辅砌筑中心线上，使该列第二类炭砖水平投影上分别沿主、辅砌筑中心线对称。主、辅砌筑中心线上第一类炭砖与第二类炭砖相交处第二类炭砖截面顶砌第一类炭砖长度方向侧面或第一类炭砖截面顶砌第二类炭砖长度方向侧面。满铺炭砖整体结构水平投影沿主、辅砌筑中心线对称。满铺炭砖整体可为四个沿主、辅砌筑中心线对称区域。在每个区域中除了一块第三类炭砖外第一类炭砖基本上满铺沿45°(或135°或225°或315°)线两侧中其中一侧区域，第二类炭砖基本上满铺了另一侧区域。每个区域内满铺炭砖沿45°(或135°或225°或315°)近似对称。

本发明具体结构如下：在每个区域中从主砌筑中心线开始沿着辅砌筑中心线一侧方向，依次紧邻砌筑第一类炭砖N行(不含砌筑中心线上第一类炭砖，N为该区域能砌筑第一类炭砖行的最大值)，依次编号为1至N行；从辅砌筑中心线开始沿着主砌筑中心线一侧方向，依次紧邻砌筑第二类炭砖N列(不含砌筑中心线上第二类炭砖，N为该区域能砌筑第二类炭砖列的最大值)，依次编号为1至N列。所有相同序号行和列第一类炭砖和第二类炭砖相交处，若主、辅砌筑中心线相交处第二类炭砖截面顶砌第一类炭砖长度方向侧面，则第一类炭砖和第二类炭砖相交处均为第二类炭砖截面顶砌于第一类炭砖长度方向侧面；反之即主、辅砌筑中心线相交处第一类炭砖截面顶砌第二类炭砖长度方向侧面时，则第一类炭砖和第二类炭砖相交处均为第一类炭砖截面顶砌于第二类炭砖长度方向侧面。每个区域只有一块第三类炭砖，其放置在每个区域45°(或135°或225°或315°)方向满铺炭砖理论圆边缘处。第三类炭砖的两边分别顶砌在第一类炭砖的长边侧面和第二类炭砖的长边侧面。

本发明实现原理为满铺炭砖水平砌筑，其结构沿主、辅砌筑中心线对称，可分成4个完全相同的区域。每个区域基本上沿45°(或135°或225°或315°)线对称。满铺炭砖的这种沿多线对称结构大大减少了满铺炭砖传统砌筑结构上任意一点在辅砌筑中心线方向上砖缝数量，极大改善了满铺炭砖上任意一点传热状况，即每个区域上任何一点(位置为第X行或第X列)的热量均可通过该点所处的第X及X+i行(X为1～N；i为1～(N-X))或(且)第X及X+i列(X为1～N；i为1～(N-X))第一类炭砖及第二类炭砖长度方向快速向该区域满铺炭砖的边缘传递(传热距离均小于满铺半径)，从而实现了单层满铺炭砖每个区域的热量最大程度向该区域满铺炭砖边缘的就近、对称、快速传递；当多层满铺炭砖时，根据满铺炭砖砌筑规范要求相邻满铺层需旋转特定角度(30°～45°)，则处于上层的该点通过向下传递热量至对应下层满铺炭砖的某一点，这一点的传热与前述单层满铺炭砖每个区域点传热相同，从而形成立体三维空间上任一点向满铺边缘就近、对称、快速传热的结构体系，有利于高炉炉缸炉底冷却系统三维空间有效发挥，建立周向、径向均匀对称的炉底满铺炭砖温度场，进而延长高炉寿命。

本发明砌筑方法如下：

满铺炭砖砌筑从设定的砌筑中心线开始，首先第一砌筑一行第一类炭砖砌筑于主砌筑中心线上，使得该行第一类炭砖水平投影上沿主、辅砌筑中心线对称。第二砌筑一列第二类炭砖砌筑于辅砌筑中心线上，使该列第二类炭砖水平投影上分别沿主、辅砌筑中心线对称。主、辅砌筑中心线上炭砖砌筑检测合格后在该行两头放置木楔子以固定该行和列；

第一分别砌筑紧邻主砌筑中心线两侧第1行第一类炭砖(先砌筑哪一侧均可)，砌筑完成并检查合格后，分别在该行两头放置木楔子固定该行；第二分别砌筑紧邻辅砌筑中心线两侧第1列第二类炭砖(先砌筑哪一侧均可)，砌筑完成并检查合格后，分别在该列两头放置木楔子固定该列；

然后依次循环砌筑第2行、第2列，第3行、第3列等直至砌筑第N行，第N列；

最后在满铺炭砖理论圆上最后形成的三角区域即紧邻第N行、第N列的区域用第三类炭砖填充砌筑，待检验合格后放置木头楔固定该处。

上述砌筑方法中需要特别说明两点，第一当砌筑的行或列超过行或列N的一半后，可在砌筑完毕后不再放置木头楔固定；第二以上砌筑方式为主、辅砌筑中心线上第一类炭砖与第二类炭砖相交处第二类炭砖截面顶砌第一类炭砖长度方向侧面时；若主、辅砌筑中心线上第一类炭砖与第二类炭砖相交处第一类炭砖截面顶砌第二类炭砖长度方向侧面，则可假定主、辅砌筑中心线对调，再按照上述进行砌筑。

本发明具有如下特点：

1、炭砖水平砌筑；

2、满铺炭砖砌筑设主、辅砌筑中心线，且主、辅砌筑中心线均过满铺炭砖理论圆心且相互垂直；满铺炭砖整体结构在水平投影上沿主、辅砌筑中心线对称；满铺炭砖整体沿45°(或135°或225°或315°)近似对称。

3、第一类炭砖平行砌筑于主砌筑中心线，且其中一行第一类炭砖沿长度方向砌筑在主砌筑中心线上，即沿着主砌筑中心线对称；

4、第二类炭砖沿长度方向平行砌筑于辅砌筑中心线，且其中一列第二类炭砖沿长度方向砌筑在辅砌筑中心线上，即沿着辅砌筑中心线对称；

5、相同序号行和列的第一类炭砖和第二类炭砖在相互垂直，且在相交处第二类炭砖截面顶砌于第一类炭砖长度方向侧面或者第一类炭砖截面顶砌于第二类炭砖长度方向侧面。

6、满铺炭砖结构中第三类炭砖共有4块；

7、第一类炭砖截面与第二类炭砖截面相同；

8、第三类炭砖水平投影上三角形的两边边长等长，且不小于300mm

9、满铺炭砖采用主、辅砌筑中心线方向第一、二类炭砖循环砌筑并顶固的方法进行砌筑，即先砌筑主砌筑中心线上第一类炭砖且两端顶固，其次砌筑辅砌筑中心线上第二类炭砖且两端顶固，上述完毕后再砌筑紧邻主砌筑紧邻主砌筑中心线两侧第1行第一类炭砖且两端顶固，随后再砌筑紧邻辅砌筑中心线两侧第1列第二类炭砖且两端顶固，上述完毕后依次砌筑第2行、第2列直至最后的第N行、第N列。若主、辅砌筑中心线上第一类炭砖与第二类炭砖相交处第一类炭砖截面顶砌第二类炭砖长度方向侧面，则可假定主、辅砌筑中心线对调，再按照上述进行砌筑。

本发明优点在于：通过改变满铺炭砖结构中单块炭砖排列模式，避免了原有满铺炭砖层任一点在辅砌筑中心线方向上存在的砖缝过多，主砌筑中心线一侧传热距离远等不足，实现了满铺炭砖层上任一点处热量在二维水平面，三维空间区域的多途径就近、快速传递，有效改善了炉底的传热状况，利于炉底底部及侧面冷却空间效力的发挥，进而形成周向、径向均匀对称的温度场，提高高炉寿命。高炉寿命的延长符合节能、降耗、高产、高效的要求。高炉每延长一年都将为企业减少至少500万的大修资金沉没成本，为企业创造至少8750万利润(按1000m³高炉核算)。此外本发明满铺炭砖对单块炭砖加工精度要求低，成本较低，高炉一次投资不高，并且满铺炭砖结构施工简单，易于实现。

附图说明

图1为传统高炉炉底满铺炭砖结构示意图。其中，主砌筑中心线1、辅筑炉中心线2、炭砖3

图2为本发明高炉炉底满铺炭砖结构示意图。其中，主砌筑中心线1、辅筑炉中心线2、第一类炭砖3、第二类炭砖4、第三类炭砖5

具体实施方式

结合附图对本发明进一步说明。

从图1可以看到，传统高炉满铺炭砖砌筑方式中，绝大多数炭砖3沿长度方向平行于主砌筑中心线1水平砌筑，仅在辅砌筑中心线2的两端处有一排平行于辅砌筑中心线2砌筑的炭砖3。从图中可以看到，满铺炭砖在辅砌筑中心线2方向上砖缝数量大概是在主砌筑中心线方向上砖缝数量的4-5倍。满铺炭砖沿主砌筑中心线1及辅砌筑中心线2对称，满铺炭砖分成4个区域。从每个区域看，辅砌筑中心线2方向上砖缝数量将大概是主砌筑中心线方向上砖缝数量的8-10倍。设计砖缝一般为不大于1mm。满铺炭砖砌筑时炭砖各面涂抹砌筑泥浆后紧邻砌筑，即炭砖之间的立缝内理论上由砌筑泥浆饱满填充。砌筑泥浆的导热系数不大于3W/(m·K)，属于低导热系数耐火材料，远低于目前超微孔、微孔炭砖等国产优质炭砖的导热系数16-20W/(m·K)，此外炭砖实际砌筑后在烘炉，实际生产中砖缝之间可能出现砌筑泥浆流失进而产生更大的气隙热阻，可见砖缝越多越不利于热量的传递，因此在传统高炉满铺炭砖砌筑结构上某一点热量将主要沿主砌筑中心线1传递。鉴于辅砌筑中心线方向砖缝太多，该点主要热量仅能在相邻几行沿主砌筑中心线快速传递，而在辅砌筑中心线方向及远离该点的主砌筑中心线行将承担较少的热量传递。就每个区域而言，该点的主要热量仅沿主砌筑中心线1向满铺边缘就近传递，而在区域辅助砌筑中心线2方向传递少量热量，区域沿45°(或135°或225°或315°)线空间对称，但热量传递存在严重的不对称，这不利于形成周向，径向均匀，对称的温度场，从而炉缸炉底的这些区域也相对其他区域更可能，更容易在这些区域出现异常侵蚀。

采用本发明的图2可以看到，满铺炭砖沿主砌筑中心线1，辅砌筑中心线2对称，与此同时沿45°或135°近似对称。满铺炭砖区域分成4个完全一致的区域。每个区域沿45°(或135°或225°或315°)也近似对称。无论从整个区域还是从每个区域看，满铺炭砖沿主砌筑中心线1的砖缝数量与辅砌筑中心线2的砖缝数量都较少且相当。就每个区域而言，满铺炭砖上任意某点的热量均可沿主砌筑中心线1及辅砌筑中心线2向满铺边缘就近传递，热量传递沿45°(或135°或225°或315°)线对称，这有利于形成周向，径向均匀，对称的温度场，有利于延长炉缸炉底耐材寿命，高炉寿命。从图2能看出，高炉容积越大，满铺炭砖理论直径越大，上述优势就越突出。

图2砌筑时首先砌筑一行第一类炭砖3砌筑于主砌筑中心线1上，使得该行第一类炭砖3水平投影上沿主砌筑中心线1及辅砌筑中心线2对称，砌筑完毕检查合格后在该行两头放置木楔子固定。其后砌筑一列第二类炭砖4砌筑于辅砌筑中心线2上，使该列第二类炭砖4水平投影上分别沿主砌筑中心线1及辅砌筑中心线2对称。在与主砌筑中心线1上第一类炭砖3相交处，第二类炭砖4截面顶砌在第一类炭砖3长度方向侧面，砌筑完毕检查合格后在该列两头放置木楔子固定。随后先砌筑紧邻主砌筑中心线1一侧第1行第一类炭砖3，砌筑完成检查合格后，分别在该行两头放置木楔子固定该行，再砌筑主砌筑中心线1另外一侧第1’行第一类炭砖3，砌筑完毕检查合格后，分别在该行两头放置木楔子固定该行；之后先砌筑紧邻辅砌筑中心线2一侧第1列第二类炭砖4，砌筑完成并检查合格后，分别在该列两头放置木楔子固定该列；再砌筑辅砌筑中心线2另外一侧第1’列第二类炭砖4，砌筑完毕检查合格后，分别在该列两头放置木楔子固定该行；然后依次循环砌筑第2行，第2’行，第2列，第2’列等直至砌筑第10、10’行，第10、10’列；最后砌筑第三类炭砖5在满铺炭砖理论圆上最后形成的三角区域，检验合格后放置木头楔固定该处。

Claims (5)

1.一种高炉炉底满铺炭砖结构，其特征在于，包括主砌筑中心线(1)，辅砌筑中心线(2)，第一类炭砖(3)，第二类炭砖(4)，第三类炭砖(5)；第一类炭砖(5)为满铺炭砖结构中炭砖长度方向与主砌筑中心线(1)平行的炭砖；第二类炭砖(2)为满铺炭砖结构中炭砖长度方向与辅砌筑中心线(1)平行的炭砖；第三类炭砖(3)为满铺炭砖结构中炭砖水平投影呈近三角形的炭砖；满铺炭砖整体沿主砌筑中心线(1)和辅砌筑中心线(2)的分为4个区域，在每个区域中除了一块第三类炭砖(5)砌筑在45°或135°或225°或315°线上外，第一类炭砖(3)满铺沿45°或135°或225°或315°线两侧中其中一侧区域，第二类炭砖(4)满铺了另一侧区域；砌筑方法如下：

满铺炭砖采用沿主砌筑中心线(1)和辅砌筑中心线(2)方向第一类炭砖(3)和第二类炭砖(4)循环砌筑并顶固的方法，即先砌筑主砌筑中心线(1)上第一类炭砖(3)，成行合格后两端顶固，

砌筑辅砌筑中心线(2)上第二类炭砖(4)，成列合格后两端顶固，上述完毕后再分别砌筑紧邻主砌筑中心线(1)两侧第1行第一类炭砖(3)，成行合格后两端顶固，随后再分别砌筑紧邻辅砌筑中心线(2)两侧第1列第二类炭砖(4)，成列合格后两端顶固；

上述完毕后再依次分别砌筑主砌筑中心线(1)两侧第2行，辅砌筑中心线(2)两侧第2列直至最后的第N行、第N列；

最后在满铺炭砖理论圆最后的区域砌筑第三类炭砖(5)，使第三类炭砖(5)的两边分别顶砌在紧邻的第一类炭砖(3)和第二类炭砖(4)的长边侧面；当主砌筑中心线1和辅砌筑中心线(2)上第一类炭砖(3)与第二类炭砖(4)相交处第一类炭砖(3)截面顶砌第二类炭砖(4)长度方向侧面，则将主砌筑中心线(1)和辅砌筑中心线(2)对调，再按照上述方法砌筑。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：第一类炭砖(3)、第二类炭砖(4)、第三类炭砖(5)均水平砌筑；第一类炭砖(3)截面与第二类炭砖(4)截面相同；第三类炭砖(5)水平投影呈近三角形两边边长等长，且不小于300mm；满铺炭砖结构中第三类炭砖(5)共有4块；

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：满铺炭砖砌筑设主砌筑中心线(1)，辅砌筑中心线(2)，且主砌筑中心线(1)及辅砌筑中心线(2)均过满铺炭砖理论圆心且相互垂直；满铺炭砖整体结构在水平投影上沿主砌筑中心线(1)及辅砌筑中心线(2)对称；满铺炭砖整体结构沿45°或135°或225°或315°近似对称。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：相同序号行和列的第一类炭砖(3)和第二类炭砖(4)相互垂直，且在相交处第二类炭砖(4)截面顶砌于第一类炭砖(3)长度方向侧面或者第一类炭砖(3)截面顶砌于第二类炭砖(4)长度方向侧面。

5.一种砌筑权利要求1所述高炉炉底满铺炭砖结构的方法，其特征在于，砌筑步骤如下：

满铺炭砖采用沿主砌筑中心线(1)和辅砌筑中心线(2)方向第一类炭砖(3)和第二类炭砖(4)循环砌筑并顶固的方法，即先砌筑主砌筑中心线(1)上第一类炭砖(3)，成行合格后两端顶固，

砌筑辅砌筑中心线(2)上第二类炭砖(4)，成列合格后两端顶固，上述完毕后再分别砌筑紧邻主砌筑中心线(1)两侧第1行第一类炭砖(3)，成行合格后两端顶固，随后再分别砌筑紧邻辅砌筑中心线(2)两侧第1列第二类炭砖(4)，成列合格后两端顶固；

上述完毕后再依次分别砌筑主砌筑中心线(1)两侧第2行，辅砌筑中心线(2)两侧第2列直至最后的第N行、第N列；

最后在满铺炭砖理论圆最后的区域砌筑第三类炭砖(5)，使第三类炭砖(5)的两边分别顶砌在紧邻的第一类炭砖(3)和第二类炭砖(4)的长边侧面；当主砌筑中心线1和辅砌筑中心线(2)上第一类炭砖(3)与第二类炭砖(4)相交处第一类炭砖(3)截面顶砌第二类炭砖(4)长度方向侧面，则将主砌筑中心线(1)和辅砌筑中心线(2)对调，再按照上述方法砌筑。