CN201265017Y - 一种高炉炉缸炉底内衬结构 - Google Patents

Abstract

一种高炉炉缸炉底耐火材料内衬结构，属于高炉设备技术领域，适用于大型高炉的炉缸炉底内衬。由高导热大块炭砖、微孔大块炭砖、UCAR热压小炭块、刚玉莫来石砖砌筑而成。其特征在于，炉底满铺高导热大块炭砖，在其上部满铺微孔大块炭砖，最上部中心区域砌筑刚玉莫来石砖，炉缸周边区域砌筑UCAR热压小炭块；炉缸上部风口组合砖下部环砌微孔大块炭砖。优点在于，该炉缸炉底组合内衬将导热法和耐火材料法融为一体，能够满足高炉长寿要求，预计其寿命可达到15年以上，具有较高的推广应用价值。

Description

一种高炉炉缸炉底内衬结构

技术领域

本实用新型属于高炉设备技术领域，特别是提供了一种高炉炉缸炉底内衬结构，尤其涉及一种加强配套冷却技术的高导热碳砖炉缸结合刚玉莫来石陶瓷垫综合炉底的内衬结构，适用于大型高炉的炉缸炉底内衬。

背景技术

当前为延长高炉炉缸炉底寿命，国际上流行着两种解决方案：“导热法”和“耐火材料法”。这两种技术体系的技术原理和措施不尽相同，但二者都是延长高炉炉缸炉底寿命的可行措施。

1、热压炭砖炉缸炉底内衬结构即导热法炉缸炉底内衬设计方案。其特点在于：在炉缸“蒜头状”异常侵蚀区采用“热压法”生产的热压小块炭砖，由于热压炭砖具有很高的导热性、抗铁水渗透性、抗化学侵蚀性以及耐机械冲刷性等特点，借助冷却壁的冷却作用，可将1150℃等温线(铁水凝固线)尽量推向炉缸中心，且在碳砖热面能够形成一层保护性“渣皮”或“铁壳”，使炭砖免受铁水渗透、冲刷和碱金属的化学侵蚀及热应力破坏，以延长其使用寿命。但此种结构由于对冷却系统要求较高，且热压炭砖具有高导热性，在未达到热平衡时(即渣皮或铁壳未形成时)，炉缸热损失较大。另外最初形成的渣皮或铁壳，在炉况波动的情况下较不稳定，很容易脱落。

2、陶瓷杯炉缸炉底内衬结构即耐火材料法炉缸炉底内衬设计方案。这种结构的特点是：在高炉炉缸炉底区域采用微孔大块炭砖砌筑，炉缸壁环形炭砖内侧砌筑大型棕刚玉预制块，炉底炭砖上面砌筑2～3层莫来石砖，在此区域内形成一个杯状的陶瓷质内衬，即所谓“陶瓷杯”。陶瓷杯的主要特点是利用低导热的陶瓷质材料，将1150℃等温线阻滞在陶瓷层中，使炭砖避开800～1100℃脆性断裂温度区间。由于陶瓷杯的存在使铁水不直接与炭砖接触，从结构设计上缓解了铁水和碱金属对炭砖的渗透、冲刷和化学侵蚀等破坏。所用的莫来石、棕刚玉等都是低导热的陶瓷质材料，具有较高的抗铁水渗透性、抗机械冲刷性等，且炉缸热损失小，可提高铁水温度18～25℃。但由于这种结构采用微孔大块炭砖，在炉缸陶瓷杯消失以后，炭砖仍将和铁水直接接触，微孔大块炭砖的一些缺陷将暴露出来，仍存在着形成“蒜头状”异常侵蚀和炉缸环裂的隐患。

在炉缸与炉底侵蚀中最危险的是炉缸与炉底交界处侵蚀，这已形成共识，该区域同样受冲刷、化学侵蚀、铁水渗透熔蚀、热应力等侵蚀，其薄弱在于较其它区域受最大最复杂的热应力作用(同时受来自于炉缸炉底上下纵向和炉底材料膨胀形成的径向应力)，其侵蚀表现为通常所说的“蒜头状”侵蚀，容易造成危险的炉缸过度侵蚀，威胁高炉的安全生产。

上述两种设计方案都不能很好地解决此问题，不能使炉缸炉底侵蚀向“锅底状”均匀侵蚀的方向发展，均存在局限性。对于现代化的大型高炉，其寿命应达到15年以上，因此采用优质新型耐火材料，改进炉缸炉底内衬设计结构，是延长高炉寿命的有效措施。同时如何合理选择热压小块炭砖和炉底用砖的配砖技术以及配套冷却技术成为高炉长寿的技术关键。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高炉炉缸炉底内衬结构，解决了通常所说的“蒜头状”侵蚀问题。走出一般设计理念的误区，从而设计出一种更能满足高炉生产要求，其寿命达到或超过15年的新型炉缸炉底内衬结构。

本实用新型由高导热大块炭砖、微孔大块炭砖、UCAR热压小炭块、刚玉莫来石砖砌筑而成。炉底满铺高导热大块炭砖，在其上部满铺微孔大块炭砖，最上部中心区域砌筑刚玉莫来石砖(陶瓷垫)，炉缸周边区域砌筑UCAR热压小炭块；炉缸上部风口组合砖下部环砌微孔大块炭砖。炉缸炉底采用有针对性的强化冷却。

本实用新型所述的高导热大块炭砖的尺寸为：长350mm～1800mm，宽400mm，高400mm。所述的微孔大块炭砖的尺寸为：长350mm～1800mm，宽400mm，高400mm。

本实用新型采用“高导热炭砖炉缸+刚玉莫来石陶瓷垫综合炉底”结构，同时强化了炉缸炉底冷却，充分发挥高导热优质炭砖的作用。炉缸、炉底交界处即“蒜头状”异常侵蚀区，引进国内目前尚不能生产的先进耐火材料—美国UCAR公司的高导热、高抗铁水渗透性NMA和NMD热压炭块。此设计高炉选择炉缸炉底烘炉和开炉保护材料时，适当强化了“蒜头状”区域的材料性能，在高炉“蒜头状”区域使用Al₂O₃含量大于65％的普通高炉高铝砖，其它区域使用普通高炉粘土砖。高铝砖质量性能优于粘土砖，高铝砖不仅在高炉烘炉和开炉过程中起到保护作用，同时在高炉投产后保护炉缸碳砖，热电偶温度变化显示高铝砖可以在高炉炉缸中存在大约一年时间，有利于高炉长寿。炉底满铺2层国产高导热大块炭砖+2层国产优质微孔大块炭砖+3层国产性能优化的刚玉莫来石陶瓷垫，炉缸上部风口组合砖下部1层环形炭砖采用国产优质微孔大块炭砖。此设计中高炉炉底采用软水冷却；炉缸第二、三段冷却壁位于炉缸、炉底交界处即“蒜头状”异常侵蚀区，采用中压工业净循环水强化冷却，保护UCAR热压炭块减少侵蚀。

本实用新型的优点在于，该炉缸炉底组合内衬将导热法和耐火材料法炉缸炉底内衬设计体系溶为一体，集中了高导热炭砖和陶瓷垫的技术优点，二者相互补充，能够满足高炉长寿要求，预计其寿命可达到15年以上，具有较高的推广应用价值。

1、防止铁水渗透由于采用低导热的陶瓷质耐火材料，使1150℃等温线被阻滞在陶瓷层内，加之对陶瓷垫的材料性能优化，热膨胀使砖缝紧缩，最大限度减少铁水对炭砖的渗透侵蚀。

2、减轻铁水的流动冲刷必须有合理的死铁层深度，一般约为炉缸直径的20％，死铁层深度合理，可使铁水在炉缸内的流动方向有所改变，因而可以减少铁水对炉底和炉缸壁的机械冲刷。

3、强化冷却。热压炭砖直接同铁水接触，由于热压炭砖具有很高的导热性、抗铁水渗透性、抗化学侵蚀性，仍能依靠有效的冷却作用，使其热面生成保护性的渣皮或铁壳，最大限度地延长高炉寿命。

4、炉缸炉底高导热炭砖—陶瓷垫组合内衬结构集中了导热法和耐火材料设计体系的精华，扬长避短，只在炉缸炉底的关键部件(如“蒜头状”异常侵蚀区)引进了国内尚不能生产的热压炭砖等优质新型耐火材料，而炉缸炉底的大部分区域则采用国产的高导热大块炭砖、微孔大块炭砖、刚玉莫来石砖、高铝砖、粘土砖等，节约了大量的外汇投资，符合中国国情和各企业的实际条件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。其中，风口组合砖1、刚玉莫来石陶瓷垫2、国产微孔大块炭砖3、国产高导大块炭砖4、NMA+NMD砖5、二、三段冷却壁6，炉底水冷管7；A为热电偶中心线，B为铁口中心线。

图2是NMA热压小块碳砖导热系数变化图。

图3是NMD热压小块碳砖导热系数变化图。

具体实施方式

图1为本实用新型的一种具体实施方式。下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

以有效容积2650立的高炉为例。炉底满铺高导热大块炭砖和微孔大块炭砖之上，中心区域砌筑刚玉莫来石砖(陶瓷垫)，周边区域砌筑UCAR热压小炭块(NMA和NMD两种型号组合配砖)，炉缸上部风口组合砖下部环砌微孔大块炭砖。这种炉缸炉底内衬的特点是在炉缸“蒜头状”异常侵蚀区砌筑热压小块炭砖，在炉底满铺炭砖上部砌筑刚玉莫来石砖陶瓷垫，兼具热压炭砖和陶瓷垫的技术优点扬长避短，充分发挥二者各自的技术优势，可以阻止铁水渗透、减轻铁水机械冲刷，消除“蒜头状”异常侵蚀和炉缸环裂，同时还可以降低炉缸热损失，提高铁水温度，可大幅度延长高炉寿命。

高炉炉底侵蚀原因单一，主要是铁水的侵蚀和铁水冲刷，刚玉莫来石具有良好的耐铁水的溶蚀性能，因此刚玉莫来石质耐火材料是综合炉底的首选。高炉炉底传热方式为传导传热，高温铁水的热量通过耐火材料传导到炉底水冷管，经冷却水带走。在高炉使用期间的有限时间段，可以把炉底的传热过程看作是一个稳定传热过程，在稳定传热条件下材料的导热系数和温降成反比，因此选择高炉炉底耐火材料的指导思想应该是越靠近炉底水冷管耐火材料导热系数应该越大，尽可能使炉底1150℃等温线的位置向上推移，延长炉底寿命。

由于刚玉莫来石本身具有比较好的强度性能，采取进一步提高强度性能提高耐铁水侵蚀和铁水冲刷性能的潜力是有限的，因此刚玉莫来石性能优化的重点应是提高材料的整体性和稳定性，重点优化设计了材料重烧线变化率指标为0—0.1％(1500℃×3hr)，使高炉炉底内衬结构在使用过程保持微膨胀，提高炉底结构性能。为匹配好炉底碳质材料和炉底冷却结构，刚玉莫来石性能优化的另一方面是通过优化材料综合性能优化其导热系数。炉底刚玉莫来石陶瓷垫确定后，炉底水冷管至陶瓷垫之间的材料选择和匹配就显得更为关键，相临材料的导热系数应该有一个合理的梯度变化。

高炉微孔碳砖具有较好的微孔性和透气性，抗铁水侵蚀性能好，同时微孔碳砖导热系数能较好的与陶瓷垫匹配过度，适用于高炉炉底部位，因此在陶瓷垫下部优选使用微孔碳砖。

为了满足炉底结构体系优化要求，本实例新型采用了高导热大块碳砖，高导热碳砖具有较高的导热系数，热传导性能好(比半石墨碳砖导热系数高)。

炉底的厚度一般为2800—3000mm，炉底材料材质确定后，各层材料的厚度也会对炉底温度场的分布产生重要影响，在综合炉缸死铁层厚度要求、高炉长寿技术要求、耐火材料加工技术和高炉工程施工技术的条件下，确定炉底各层材料厚度自上而下为刚玉莫来石陶瓷垫3层(厚度400mm+500mm+500mm)；微孔炭砖2层(厚度400mm+400mm)；高导热炭砖2层(厚度400mm+400mm)。炉底总厚度3000mm，炉缸死铁层厚度2100mm。

通过以上炉底结构的创新优化和完善，使高炉炉底兼有了“综合炉底”和“全碳炉底”性能优势。

美国UCAR公司生产的热压小块碳砖分为NMA和NMD两个品种，两种热压小块碳砖的导热系数有比较大的区别，所以配砖技术很重要。高炉炉缸侧壁使用UCAR热压小块碳砖，属于碳质炉缸热解决高炉长寿技术，NMD热压小块碳砖具有更高的导热系数，能更好地与高炉第二、三段冷却壁(“蒜头状”侵蚀区域)强化冷却相匹配，有利于在炉缸侧壁形成凝铁层保护。根据使用要求采用了不同的NMA和NMD组合配砖结构和厚度。

本实用新型关键部位选用高导耐侵蚀的优质炭砖就是要强化冷却，所以在冷却水量上节约而不是制约，在冷却流量的设计能力上考虑充分的调节能力。冷却流量控制应根据生产实践的实际情况实施，从而达到节能降耗的目的，而不能在设计能力上过分炫耀冷却水量小，说明设计先进，从而导致调节能力不足，在检测到炉缸炉底温度或热负荷异常时诸多措施难以实施。

Claims (3)

1、一种高炉炉缸炉底内衬组合结构，由高导热大块炭砖、微孔大块炭砖、UCAR热压小炭块、刚玉莫来石砖砌筑而成；其特征在于，炉底满铺高导热大块炭砖，在其上部满铺微孔大块炭砖，最上部中心区域砌筑刚玉莫来石砖，炉缸周边区域砌筑UCAR热压小炭块；炉缸上部风口组合砖下部环砌微孔大块炭砖。

2、按照权利要求1所述的高炉炉缸炉底内衬组合结构，其特征在于，炉底满铺2层高导热大块炭砖、2层微孔大块炭砖、3层国产刚玉莫来石，炉缸上部风口组合砖下部1层环形炭砖采用微孔大块炭砖。

3、按照权利要求1所述的高炉炉缸炉底内衬组合结构，其特征在于，所述的高导热大块炭砖的尺寸为：长350mm～1800mm，宽400mm，高400mm；所述的微孔大块炭砖的尺寸为：长350mm～1800mm，宽400mm，高400mm。

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