CN115505665A - 一种高效长寿的炉缸风口组合砖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效长寿的炉缸风口组合砖，属于风口组合砖技术领域。本发明包括第一层砖体、第二层砖体、第三层砖体和第四层砖体，第一层砖体、第二层砖体选用氮化硅结合碳化硅质组合砖，第三层砖体和第四层砖体选用高导石墨质组合砖。本发明将风口组合砖分为上下两个部分采用不同材质，上半部分采用高导石墨砖和碳素捣打料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加导热性能；下半部分采用氮化硅结合碳化硅质砖和碳化硅质填料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加抗渣抗碱性延长使用寿命，对高炉核心位置限制高炉稳定顺行及长寿的隐患部位耐材配置进行定向优化，普适性较强，具有一定的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及风口组合砖技术领域，更具体地说，涉及一种高效长寿的炉缸风口组合砖。
背景技术
目前，国内外主流高炉容积集中在2500m3左右，日产铁水约8000t，该等级高炉耐材主流配置为：炉身中下部采用铸铁冷却壁+碳化硅结合氮化硅镶砖，炉腹炉腰采用轧制铜/铜钢复合冷却壁+碳化硅结合氮化硅镶砖，炉缸区域热面选用耐磨抗碱阻热的微孔刚玉或刚玉莫来石质耐材。
从图3可以看出，高炉鼓风通过风口进入炉缸，形成如图3所示椭球形区域，当焦炭质量下降，到达炉缸的粉焦量增加，造成椭球区域与死焦堆接触位置的粉焦壳外移增厚，挤压椭球形的回旋区更靠近风口组合砖上半部分，使风口组合砖上半部分热负荷增加明显，造成该区域采用传统微孔刚玉或刚玉莫来石材质组合砖不能满足现实需要，投产后两年左右大多数上半部分组合砖被侵蚀脱落，进而易引起风口上翘等系列不利于高炉顺行及长寿的隐患。
针对因原燃料质量下降和高产带来炉墙边缘气流过剩现象，国内大多数设计院及生产企业已达成共识，将炉腹炉腰及炉身下部高热负荷区域炉墙冷却壁材质选用轧制铜冷却壁或者铜钢复合冷却壁强化对热面氮化硅结合碳化硅镶砖冷却的方式，取得良好的效果。
炉缸区域热面耐材普遍选用微孔刚玉或刚玉莫来石质，炉底工况温度较低，现有耐材配置基本满足一代炉龄需要；炉缸侧壁热面微孔刚玉或刚玉莫来石质耐材基本能维持3到5年，之后依靠外墙大块炭砖完成炉役中后期生产任务；炉缸风口区域选用铸铁冷却壁配合微孔刚玉或刚玉莫来石组合砖配置，该区域风口组合砖上半部分是高炉高温区最早被侵蚀的耐材结构，影响高炉顺行及长寿，有必要结合工况需要进行优化设计。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种高效长寿的炉缸风口组合砖，本发明将风口组合砖分为上下两个部分采用不同材质，上半部分采用高导石墨砖和碳素捣打料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加导热性能；下半部分采用氮化硅结合碳化硅质砖和碳化硅质填料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加抗渣抗碱性延长使用寿命，对高炉核心位置限制高炉稳定顺行及长寿的隐患部位耐材配置进行定向优化，普适性较强，具有一定的推广价值。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，包括第一层砖体、第二层砖体、第三层砖体和第四层砖体，所述的第一层砖体、第二层砖体、第三层砖体和第四层砖体从下至上依次铺设，第一层砖体、第二层砖体选用氮化硅结合碳化硅质组合砖，第三层砖体和第四层砖体选用高导石墨质组合砖。
进一步地，所述的氮化硅结合碳化硅质组合砖的成分组成为SiC≥72％、Si3N4≥20％和Fe2O3≤0.7％。
进一步地，所述的第一层砖体与第二层砖体之间铺设有铜片。
进一步地，所述的第二层砖体与第三层砖体之间铺设有膨胀垫。
进一步地，所述的第三层砖体的下部预留设置有风口上半圆孔，第二层砖体的上部预留设置有风口下半圆孔，风口上半圆孔与风口下半圆孔拼接成一个整圆，风口下半圆孔的内壁填充有缓冲泥浆。
进一步地，所述的第一层砖体、第二层砖体、第三层砖体和第四层砖体沿竖缝均填充有碳质泥浆。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过第一层砖体、第二层砖体构成组合砖下半部分，第三层砖体和第四层砖体构成组合砖上半部分，风口组合砖配置结合生产工况不同，分为上下两个部分采用不同材质，上半部分采用高导石墨砖和碳素捣打料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加导热性能；下半部分采用氮化硅结合碳化硅质砖和碳化硅质填料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加抗渣抗碱性延长使用寿命，组合砖上下部分以膨胀垫作为分隔标识。结合高炉生产工况新趋势优化炉缸风口区域耐材配置，本发明充分考虑国内主流高炉生产实绩及未来一段时间发展趋势，对高炉核心位置限制高炉稳定顺行及长寿的隐患部位耐材配置进行定向优化，普适性较强，具有一定的推广价值。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的截面图；
图3为本发明的背景技术图。
图中：1、第一层砖体；2、第二层砖体；21、风口下半圆孔；22、缓冲泥浆；3、第三层砖体；31、风口上半圆孔；4、第四层砖体；5、铜片；6、膨胀垫；7、碳质泥浆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
从图1-2可以看出，本实施例的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，包括第一层砖体1、第二层砖体2、第三层砖体3和第四层砖体4，第一层砖体1、第二层砖体2、第三层砖体3和第四层砖体4从下至上依次铺设，第一层砖体1、第二层砖体2选用氮化硅结合碳化硅质组合砖，第三层砖体3和第四层砖体4选用高导石墨质组合砖。
氮化硅结合碳化硅质组合砖的成分组成为SiC≥72％、Si3N4≥20％和Fe2O3≤0.7％。
第一层砖体1与第二层砖体2之间铺设有铜片5，铜片5固定在冷却壁热面不能发生位移。
第二层砖体2与第三层砖体3之间铺设有膨胀垫6。
第三层砖体3的下部预留设置有风口上半圆孔31，第二层砖体2的上部预留设置有风口下半圆孔21，风口上半圆孔31与风口下半圆孔21拼接成一个整圆，风口下半圆孔21的内壁填充有缓冲泥浆22。
第一层砖体1、第二层砖体2、第三层砖体3和第四层砖体4沿竖缝均填充有碳质泥浆7，确保竖缝填充密实。
炉缸风口组合砖区域生产工况可分述为：1)组合砖下半部分：该位置距离出铁口较近，且风口回旋区受当前及未来一段时间炉料结构影响被挤压上翘，整个高温区较传统工况有所上移，另外焦炭质量改变也会造成死焦堆透气性下降和向外侧推移，进而渣铁液位上移是大概率事件，同时伴随着热流强度增大，该位置目前选用的微孔刚玉或刚玉莫来石质组合砖虽然有一定的抗渣抗碱抗气流冲刷作用，但是导热能力不足，不能充分利用冷却壁软水将多余的热量带走，在耐材使用寿命方面有一定隐患，本申请将第一层砖体1、第二层砖体2改为氮化硅结合碳化硅质组合砖(理化指标见表1)，这种材质耐材在具有较好抗渣抗碱抗冲刷作用外，还具有良好的导热能力，可进一步强化抗渣抗碱性，延长该位置耐材使用寿命；
2)组合砖上半部分：该区域处于整座高炉温度最高区域，工况最为恶劣，风口回旋区的理论燃烧温度一般接近2300℃，受粉焦壳挤压影响上翘且靠近炉墙侧，且随着入炉原燃料质量下降和冶强的提高而更接近炉墙，造成风口组合砖上半部分耐材工况温度长期保持在2100℃以上，且该位置是高炉煤气的主要上升通道，煤气流速较高。因此，该区域在高温高速煤气的冲刷作用下，传统配置耐材一般在1～2年内破蚀严重，给高炉安全顺行及长寿生产造成较大隐患。鉴于此，本申请将第三层砖体3和第四层砖体4改为高导石墨质组合砖(理化指标见表2)，通过冷却壁和风口各套冷水将此区域热量及时带走，进一步在高炉炉腹角设计过程中，参照高炉设计手册炉腹角75～78°的建议，炉腹角尽量选择下限值75°进行设计，以降低煤气流速提高顺行指数。
表1氮化硅结合碳化硅砖的理化性能
| 项目 | 单位 | 指标 |
| SiC | ％ | ≥72 |
| Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | ％ | ≥20 |
| Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | ％ | ≤0.7 |
| 显气孔率 | ％ | ≤16 |
| 体积密度 | g/cm<sup>3</sup> | ≥2.65 |
| 常温耐压强度 | MPa | ≥160 |
| 常温抗折强度 | MPa | ≥45 |
| 高温抗折强度(1400℃×0.5h) | MPa | ≥45 |
| 导热系数(1000℃) | W/(m·K) | ≥16 |
表2高导石墨质砖的理化性能
本发明结合高炉生产工况新趋势优化炉缸风口区域耐材配置，实现高炉稳产顺行长寿的目标。
第一层砖体1、第二层砖体2构成组合砖下半部分，第三层砖体3和第四层砖体4构成组合砖上半部分，风口组合砖配置结合生产工况不同，分为上下两个部分采用不同材质
上半部分采用高导石墨砖和碳素捣打料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加导热性能；炉腹角设计参考下限75°设计降低该区域煤气流速，下半部分采用氮化硅结合碳化硅质砖和碳化硅质填料取代传统微孔刚玉配合刚玉自流料增加抗渣抗碱性延长使用寿命，组合砖上下部分以膨胀垫6作为分隔标识。
本发明充分考虑国内主流高炉生产实绩及未来一段时间发展趋势，对高炉核心位置限制高炉稳定顺行及长寿的隐患部位耐材配置进行定向优化，普适性较强，具有一定的推广价值。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种高效长寿的炉缸风口组合砖，包括第一层砖体(1)、第二层砖体(2)、第三层砖体(3)和第四层砖体(4)，其特征在于：所述的第一层砖体(1)、第二层砖体(2)、第三层砖体(3)和第四层砖体(4)从下至上依次铺设，第一层砖体(1)、第二层砖体(2)选用氮化硅结合碳化硅质组合砖，第三层砖体(3)和第四层砖体(4)选用高导石墨质组合砖。
2.根据权利要求1所述的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，其特征在于：所述的氮化硅结合碳化硅质组合砖的成分组成为SiC≥72％、Si3N4≥20％和Fe2O3≤0.7％。
3.根据权利要求1所述的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，其特征在于：所述的第一层砖体(1)与第二层砖体(2)之间铺设有铜片(5)。
4.根据权利要求1所述的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，其特征在于：所述的第二层砖体(2)与第三层砖体(3)之间铺设有膨胀垫(6)。
5.根据权利要求1所述的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，其特征在于：所述的第三层砖体(3)的下部预留设置有风口上半圆孔(31)，第二层砖体(2)的上部预留设置有风口下半圆孔(21)，风口上半圆孔(31)与风口下半圆孔(21)拼接成一个整圆，风口下半圆孔(21)的内壁填充有缓冲泥浆(22)。
6.根据权利要求1所述的一种高效长寿的炉缸风口组合砖，其特征在于：所述的第一层砖体(1)、第二层砖体(2)、第三层砖体(3)和第四层砖体(4)沿竖缝均填充有碳质泥浆(7)。
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