CN115505662B - 一种高炉炉缸及其制作方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高炉炉缸及其制作方法与应用，所述高炉炉缸包括炉壳，炉壳内安装有冷却壁，相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，冷却壁的热面设置第一铜皮，所述第一铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭质块直至风口下方，炭质块的热面设置第二铜皮，所述第二铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭砖直至风口下方，并且最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面设置有第三铜皮。本发明中，炭质块可以用来吸收大块炭砖的膨胀，保护炉壳；本发明设置第一铜皮、第二铜皮和第三铜皮可减少水蒸汽和/或碱金属对炭质块的劣化影响，第一铜皮还减小冷却壁壁体与缝隙处冷却强度的不均匀度，从而可以提高高炉炉缸的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种高炉炉缸及其制作方法与应用，属于高炉冶炼及其所使用的相关设备技术领域。
背景技术
如何能够使得高炉高效、长寿是炼铁工作者十分关注的课题。经过炼铁界多年的实践经验，认为炉底炉缸和炉体高热负荷区域是影响高炉长寿的关键因素，分别表现为炉底炉缸耐材的侵蚀以及高热负荷区域冷却设备的损坏。
炉缸长寿对高炉来说至关重要，而完整的传热体系是炉缸长寿的保证。为了实现炉缸的传热，炉壳内设置冷却壁，冷却壁内侧(热面)砌筑炭砖，并于炭砖与冷却壁之间填充碳素捣打料或者填充自流浇注料。但是，施工时碳素捣打料采用人工捣打，施工质量很难保证，压缩比达不到要求会严重影响炭素捣打料的导热系数，进而影响炉缸传热。此外，生产过程中碱金属一旦进入炭砖的冷面将会劣化炭素捣打料，从而大大降低炭素捣打料的导热系数；对于自流浇注料，虽然施工因素可以避免，但是也存在碱金属的影响。另，现有技术中还有在高炉的冷却壁与炭砖之间砌筑小块炭砖的报道，并且其使用效果较好，但是鉴于其施工要求较高，且使用效果受施工影响较大，该种结构并未被广泛采用。
因此，炭砖与冷却壁之间采用何种耐材以及如何砌筑值得研究开发。
与本发明相关的现有技术一：
中国专利CN213570558U公开了一种高炉炉缸冷却壁热面砌筑石墨安全墙的结构，其中高炉炉壳内设置冷却壁，冷却壁热面顶砌高导热小块炭砖，高导热小块炭砖热面顶砌大块炭砖。但是，其中所使用的小块炭砖需要烧制，成本高，且小块炭砖砖缝多，对施工质量要求高。
与本发明相关的现有技术二：
现有技术二提供了一种高炉炉缸，其炉壳内设置冷却壁，冷却壁热面砌筑大块炭砖，冷却壁与大块炭砖之间预留80-100mm的缝隙，并于缝隙中填充碳素捣料，且施工时通过人工采用风镐进行捣打。但是，人工捣打时容易破坏大块炭砖的棱角，并且密实度不容易控制，施工质量受人为因素影响大。
与本发明相关的现有技术三：
现有技术三提供了一种高炉炉缸，其炉壳内设置冷却壁，冷却壁热面砌筑大块炭砖，冷却壁与大块炭砖之间预留80-100mm的缝隙，并于缝隙中填充浇注料。虽然浇注料的流动性较好，但是其导热性能较低，不利于炉缸传热，且浇注料中含有水分，烘炉时如不能将水分完全排出，投产后将影响炉缸的寿命。
因此，提供一种新型的高炉炉缸及其制作方法与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种高炉炉缸。
本发明的另一个目的还在于提供以上所述高炉炉缸的制作方法。
本发明的又一个目的还在于提供以上所述高炉炉缸在高炉炼铁中的应用。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种高炉炉缸，其中，所述高炉炉缸包括炉壳，所述炉壳内安装有冷却壁，相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，所述冷却壁的热面设置第一铜皮，所述第一铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭质块直至风口下方，所述炭质块的热面设置第二铜皮，所述第二铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭砖直至风口下方，并且最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面设置有第三铜皮。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述冷却壁完全铺满所述炉壳的内侧壁。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述导热材料包括碳化硅捣打料和/或铁屑填料。其中，本发明所使用的碳化硅捣打料和铁屑填料均为常规材料，可通过商购获得。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述第一铜皮、第二铜皮及第三铜皮的厚度均为0.1-1mm。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，最上层炭砖的上表面设置有第三铜皮并且所述第三铜皮的边缘与所述炭砖的边缘，即炭砖的热面边缘对齐。
本发明中，于最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面设置第三铜皮可以避免风口漏水及碱金属进入炭质块中而对炭质块造成的劣化。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，若第一铜皮之间、第二铜皮之间及第三铜皮之间需要接缝，则铜皮接缝处需压缝且不留缝隙。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述炭质块的冷面与第一铜皮之间、所述炭质块的热面与第二铜皮之间、所述炭砖的冷面与第二铜皮之间、相邻炭质块之间、最下层炭质块的下表面与炉壳炉底之间、最上层炭质块的上表面与第三铜皮之间、相邻炭砖之间以及最上层炭砖的上表面与第三铜皮之间均通过炭质胶泥进行粘结。其中，本发明所使用的炭质胶泥/炭质泥浆，其能起到粘结的作用，为常规材料，可通过商购获得。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述炭质块之间所形成的纵向缝隙和横向缝隙均与所述炭砖错缝。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述炭质块是先将高导热金属碎屑或粉末和高导热炭质材料按照重量比为1:1-50充分混合均匀，再用压力机对所得混合料进行压制并使压缩比达到45％以上后制得的；
其中，所述高导热金属碎屑或粉末的直径不超过5mm，其包括铜屑、铝屑、铁屑及锡屑中的一种或者几种的组合，所述高导热炭质材料包括碳素捣料、石墨、SiC及石墨烯中的一种或者几种的组合。
本发明中，高导热金属碎屑或粉末和高导热炭质材料的重量比根据不同的高导热金属碎屑或粉末的性能于1:1-50范围内进行调整。
本发明在不进行烧制的情况下即可获得高导热系数的炭质材料，即炭质块，生产成本低，可现场制作施工，易于砌筑，能够保证施工质量；并且生产过程中可以减少碱金属及水蒸汽等对炭质块的侵蚀，其受碱金属、水蒸汽等侵蚀后仍具有较高的导热系数，表明所述炭质块具有优异的使用性能，有利于提高高炉的使用寿命；另，所述炭质块采用压力机压制得到，可以保证所述炭质块具有较高的压缩比，从而可以保证炭质块具有优异的导热性能。
作为本发明以上所述高炉炉缸的一具体实施方式，其中，所述炉壳和冷却壁之间填充有自流浇注料和/或无水压入泥浆。其中，本发明所使用的自流浇注料和无水压入泥浆均为常规材料，可通过商购获得。
本发明中，所述炭砖为常规材料，可通过商购获得。
另一方面，本发明还提供了以上所述的高炉炉缸的制作方法，其中，所述制作方法包括：
将冷却壁安装于炉壳内，并于相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，再于所述冷却壁的热面紧贴第一铜皮；
于所述第一铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭质块直至风口下方，再于所述炭质块的热面紧贴第二铜皮；
于所述第二铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭砖直至风口下方，并于最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面紧贴第三铜皮后完成高炉炉缸的制作。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，所述制作方法包括以下具体步骤：
于所述炭质块的冷面涂抹炭质胶泥后与第一铜皮顶砌，当砌完的炭质块的高度超过一层炭砖的高度时，在炭质块的热面涂抹炭质胶泥并于炭质块的热面紧贴第二铜皮，再于所述炭砖的冷面涂抹炭质胶泥后与第二铜皮顶砌，按此砌筑方式沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭质块和炭砖直至风口下方；
再于最上层炭质块的上表面(即风口下方)及最上层炭砖的上表面(即风口下方)涂抹炭质胶泥并铺设第三铜皮后完成高炉炉缸的制作。
本发明中，所述炭质块和所述炭砖的尺寸根据高炉炉缸的类型以及炭质块和炭砖于炉壳内的不同位置等进行确定；其中，炉壳内不同位置的炭质块和炭砖的大小会有所不同；另，高炉炉缸的类型对炭质块和炭砖的大小也存在一定影响，如高炉炉缸为斜炉缸时，炭质块则不再是长方体，需根据斜炉缸形状等进行确定。
在本发明的一些实施例中，所述炭质块和炭砖的高度分别为200mm和500mm，则砌筑炭质块时，砌完三层炭质块后的高度(600mm)即超过了一层炭砖的高度(500mm)，此时在炭质块的热面涂抹炭质胶泥并于炭质块的热面紧贴第二铜皮，再于所述炭砖的冷面涂抹炭质胶泥后与第二铜皮顶砌，完成第一层炭砖的砌筑。该种砌筑方式可以避免炭质块和炭砖之间形成水平通缝。
本发明中，所述“热面”和所述“冷面”分别指炉壳内朝向炉壳中心的一侧及炉壳内朝向炉壳内壁的一侧。
又一方面，本发明还提供了以上所述的高炉炉缸在高炉炼铁中的应用。
与现有技术相比，本发明所能达成的有益技术效果包括：
本发明中，炭质块与炭砖错缝砌筑，可避免串煤气，利于高炉长寿；
本发明所使用的炭质块可以用来吸收大块炭砖的膨胀，保护炉壳；
本发明中，冷却壁的热面紧贴第一铜皮及炭砖冷面紧贴第二铜皮，该结构可以阻挡煤气携带碱金属进入炭质块中，从而可以减少碱金属对炭质块的劣化影响；另，冷却壁的热面紧贴第一铜皮还可以减小冷却壁壁体与缝隙处冷却强度的不均匀度，利于炉缸均匀冷却；
本发明于最上层炭质块的上方铺设第三铜皮，其可以阻挡风口漏水及碱金属进入炭质块中，从而可以减少水蒸汽及碱金属对炭质块的劣化影响。
本发明所提供的高炉炉缸的制作方法便于施工，且有利于保证施工质量。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的高炉炉缸的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的高炉炉缸的俯视结构示意图。
主要附图标号说明：
1、炉壳；
2、冷却壁；
3、导热材料；
4、第一铜皮；
5、炭质块；
6、第二铜皮；
7、炭砖；
8、第三铜皮；
9、自流浇注料或无水压入泥浆；
10、风口组合砖；
11、第一炭素捣料层；
12、第二炭素捣料层。
具体实施方式
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法/工艺、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法/工艺、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”及“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“设置”、“相连”应做广义理解。例如，“相连”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本发明中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种高炉炉缸，其中，所述高炉炉缸的结构示意图如图1和图2所示，从图1和图2中可以看出，其包括炉壳1，所述炉壳1内安装有冷却壁2，相邻冷却壁2之间的缝隙密实填充导热材料3，所述冷却壁2的热面设置第一铜皮4，所述第一铜皮4上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭质块5直至风口所设置的风口组合砖10下方，所述炭质块5的热面设置第二铜皮6，所述第二铜皮6上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭砖7直至风口所设置的风口组合砖10下方，并且最上层炭质块5的上表面及最上层炭砖7的上表面设置有第三铜皮8。
本实施例中，所述导热材料3包括碳化硅捣打料和/或铁屑填料。
本实施例中，所述冷却壁2的下方设置有第一炭素捣料层11及炉壳1的炉底封板与炭砖7之间设置有第二炭素捣料层12。其中，所述第一炭素捣料层11和第二炭素捣料层12是将同种炭素捣料分别捣打密实后制得，且所述炭素捣料为现有常规材料，可通过商购获得。
本实施例中，所述第一铜皮4、第二铜皮6及第三铜皮8的厚度均为0.2mm。
本实施例中，若第一铜皮4之间、第二铜皮6之间及第三铜皮8之间需要接缝，则铜皮接缝处需压缝且不留缝隙。
本实施例中，所述炭质块5的冷面与第一铜皮4之间、所述炭质块5的热面与第二铜皮6之间、所述炭砖7的冷面与第二铜皮6之间、相邻炭质块5之间、最下层炭质块5的下表面与炉壳1炉底之间、最上层炭质块5的上表面与第三铜皮8之间、相邻炭砖7之间以及最上层炭砖7的上表面与第三铜皮8之间均通过炭质胶泥进行粘结。
本实施例中，所述炭质块5之间所形成的纵向缝隙和横向缝隙均与所述炭砖7错缝。
本实施例中，所述炉壳1和冷却壁2之间填充有自流浇注料或无水压入泥浆9。
本实施例中，所述炭质块5是先将直径不超过5mm铜屑按照重量比为1:50加入高导热炭质材料(碳素捣料)中并使其充分混合均匀，再用压力机对所得混合料进行压制(压制压力为50MPa，)并保证压缩比达到45％以上后制得的；其中，单个所述炭质块5的尺寸为：长x宽x高＝80mmx400mmx200mm；
本实施例中，单个所述炭砖7的高度为500mm。
实施例2
本实施例提供了实施例1所述的高炉炉缸的制作方法，其中，所述制作方法包括以下具体步骤：
将冷却壁安装于炉壳内使冷却壁完全铺满所述炉壳的内侧壁，并于相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，再于所述冷却壁的热面紧贴第一铜皮，铜皮接缝处要求压缝不留缝隙；
于所述炭质块的冷面涂抹炭质胶泥后与第一铜皮顶砌，砌筑完三层炭质块后的高度(600mm)超过了一层炭砖的高度(500mm)，此时在炭质块的热面涂抹炭质胶泥并于炭质块的热面紧贴第二铜皮，铜皮接缝处要求压缝不留缝隙，再于所述炭砖的冷面涂抹炭质胶泥后与第二铜皮顶砌，按此砌筑方式沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭质块和炭砖直至风口所设置的风口组合砖下方；
再于最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面涂抹炭质胶泥并铺设第三铜皮，铜皮接缝处要求压缝不留缝隙，即完成高炉炉缸的制作。
综上所述，本发明实施例中，炭质块与炭砖错缝砌筑，可避免串煤气，利于高炉长寿；
本发明实施例所使用的炭质块可以用来吸收大块炭砖的膨胀，保护炉壳；
本发明实施例中，冷却壁的热面紧贴第一铜皮及炭砖冷面紧贴第二铜皮，该结构可以阻挡煤气携带碱金属进入炭质块中，从而可以减少碱金属对炭质块的劣化影响；另，冷却壁的热面紧贴第一铜皮还可以减小冷却壁壁体与缝隙处冷却强度的不均匀度，利于炉缸均匀冷却；
本发明实施例中于最上层炭质块的上方铺设第三铜皮，其可以阻挡风口漏水及碱金属进入炭质块中，从而可以减少水蒸汽及碱金属对炭质块的劣化影响。
本发明实施例所提供的高炉炉缸的制作方法便于施工，且有利于保证施工质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (8)
1.一种高炉炉缸，其特征在于，所述高炉炉缸包括炉壳，所述炉壳内安装有冷却壁，相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，所述冷却壁的热面设置第一铜皮，所述第一铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭质块直至风口下方，所述炭质块的热面设置第二铜皮，所述第二铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑有炭砖直至风口下方，并且最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面设置有第三铜皮；
其中，所述炭质块之间所形成的纵向缝隙和横向缝隙均与所述炭砖错缝；
所述导热材料包括碳化硅捣打料和/或铁屑填料；
所述第一铜皮、第二铜皮及第三铜皮的厚度均为0.1-1mm。
2.根据权利要求1所述的高炉炉缸，其特征在于，若第一铜皮之间、第二铜皮之间及第三铜皮之间需要接缝，则铜皮接缝处需压缝且不留缝隙。
3.根据权利要求1所述的高炉炉缸，其特征在于，所述炭质块的冷面与第一铜皮之间、所述炭质块的热面与第二铜皮之间、所述炭砖的冷面与第二铜皮之间、相邻炭质块之间、最下层炭质块的下表面与炉壳炉底之间、最上层炭质块的上表面与第三铜皮之间、相邻炭砖之间以及最上层炭砖的上表面与第三铜皮之间均通过炭质胶泥进行粘结。
4.根据权利要求1或3所述的高炉炉缸，其特征在于，所述炭质块是先将高导热金属碎屑或粉末和高导热炭质材料按照重量比为1:1-50充分混合均匀，再用压力机对所得混合料进行压制并使压缩比达到45%以上后制得的；
其中，所述高导热金属碎屑或粉末的直径不超过5mm，其包括铜屑、铝屑、铁屑及锡屑中的一种或者几种的组合，所述高导热炭质材料包括碳素捣料、石墨、SiC及石墨烯中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1所述的高炉炉缸，其特征在于，所述炉壳和冷却壁之间填充有自流浇注料和/或无水压入泥浆。
6.权利要求1-5任一项所述的高炉炉缸的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
将冷却壁安装于炉壳内，并于相邻冷却壁之间的缝隙填充导热材料，再于所述冷却壁的热面紧贴第一铜皮；
于所述第一铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭质块直至风口下方，再于所述炭质块的热面紧贴第二铜皮；
于所述第二铜皮上沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭砖直至风口下方，并于最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面紧贴第三铜皮后完成高炉炉缸的制作。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下具体步骤：
于所述炭质块的冷面涂抹炭质胶泥后与第一铜皮顶砌，当砌完的炭质块的高度超过一层炭砖的高度时，在炭质块的热面涂抹炭质胶泥并于炭质块的热面紧贴第二铜皮，再于所述炭砖的冷面涂抹炭质胶泥后与第二铜皮顶砌，按此砌筑方式沿着高炉炉缸高度方向从下到上砌筑炭质块和炭砖直至风口下方；
再于最上层炭质块的上表面及最上层炭砖的上表面涂抹炭质胶泥并铺设第三铜皮后完成高炉炉缸的制作。
8.权利要求1-5任一项所述的高炉炉缸在高炉炼铁中的应用。
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