專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高爐設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)， 尤其涉及一種加強(qiáng)配套冷卻技術(shù)的高導(dǎo)熱碳磚爐缸結(jié)合剛玉莫來(lái)石陶瓷墊綜合爐底
的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，適用于大型高爐的爐缸爐底內(nèi)襯。
背景技術(shù)：
當(dāng)前為延長(zhǎng)高爐爐缸爐底壽命，國(guó)際上流行著兩種解決方案"導(dǎo)熱法"和"耐 火材料法"。這兩種技術(shù)體系的技術(shù)原理和措施不盡相同，但二者都是延長(zhǎng)高爐爐缸 爐底壽命的可行措施。
1、 熱壓炭磚爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)即導(dǎo)熱法爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案。其特點(diǎn)在于 在爐缸"蒜頭狀"異常侵蝕區(qū)采用"熱壓法"生產(chǎn)的熱壓小塊炭磚，由于熱壓炭磚具 有很高的導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性、抗化學(xué)侵蝕性以及耐機(jī)械沖刷性等特點(diǎn)，借助冷卻 壁的冷卻作用，可將1150'C等溫線(xiàn)(鐵水凝固線(xiàn))盡量推向爐缸中心，且在碳磚熱面 能夠形成一層保護(hù)性"渣皮"或"鐵殼"，使炭磚免受鐵水滲透、沖刷和堿金屬的化 學(xué)侵蝕及熱應(yīng)力破壞，以延長(zhǎng)其使用壽命。但此種結(jié)構(gòu)由于對(duì)冷卻系統(tǒng)要求較高，且 熱壓炭磚具有高導(dǎo)熱性，在未達(dá)到熱平衡時(shí)(即渣皮或鐵殼未形成時(shí))，爐缸熱損失
較大。另外最初形成的渣皮或鐵殼，在爐況波動(dòng)的情況下較不穩(wěn)定，很容易脫落。
2、 陶瓷杯爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)即耐火材料法爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案。這種結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)是在高爐爐缸爐底區(qū)域采用微孔大塊炭磚砌筑，爐缸壁環(huán)形炭磚內(nèi)側(cè)砌筑大型 棕剛玉預(yù)制塊，爐底炭磚上面砌筑2 3層莫來(lái)石磚，在此區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)杯狀的陶
瓷質(zhì)內(nèi)襯，即所謂"陶瓷杯"。陶瓷杯的主要特點(diǎn)是利用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，將1150 。C等溫線(xiàn)阻滯在陶瓷層中，使炭磚避開(kāi)800 1100。C脆性斷裂溫度區(qū)間。由于陶瓷杯 的存在使鐵水不直接與炭磚接觸，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上緩解了鐵水和堿金屬對(duì)炭磚的滲透、 沖刷和化學(xué)侵蝕等破壞。所用的莫來(lái)石、棕剛玉等都是低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，具有較 高的抗鐵水滲透性、抗機(jī)械沖刷性等，且爐缸熱損失小，可提高鐵水溫度18 25。C。 但由于這種結(jié)構(gòu)采用微孔大塊炭磚，在爐缸陶瓷杯消失以后，炭磚仍將和鐵水直接接 觸，微孔大塊炭磚的一些缺陷將暴露出來(lái)，仍存在著形成"蒜頭狀"異常侵蝕和爐缸 環(huán)裂的隱患。
在爐缸與爐底侵蝕中最危險(xiǎn)的是爐缸與爐底交界處侵蝕，這已形成共識(shí)，該區(qū)域 同樣受沖刷、化學(xué)侵蝕、鐵水滲透熔蝕、熱應(yīng)力等侵蝕，其薄弱在于較其它區(qū)域受最 大最復(fù)雜的熱應(yīng)力作用(同時(shí)受來(lái)自于爐缸爐底上下縱向和爐底材料膨脹形成的徑向 應(yīng)力)，其侵蝕表現(xiàn)為通常所說(shuō)的"蒜頭狀"侵蝕，容易造成危險(xiǎn)的爐缸過(guò)度侵蝕， 威脅高爐的安全生產(chǎn)。
3上述兩種設(shè)計(jì)方案都不能很好地解決此問(wèn)題，不能使?fàn)t缸爐底侵蝕向"鍋底狀" 均勻侵蝕的方向發(fā)展，均存在局限性。對(duì)于現(xiàn)代化的大型高爐，其壽命應(yīng)達(dá)到15年
以上，因此采用優(yōu)質(zhì)新型耐火材料，改進(jìn)爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，是延長(zhǎng)高爐壽命的 有效措施。同時(shí)如何合理選擇熱壓小塊炭磚和爐底用磚的配磚技術(shù)以及配套冷卻技術(shù) 成為高爐長(zhǎng)壽的技術(shù)關(guān)鍵。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，解決了通常所說(shuō)的"蒜 頭狀"侵蝕問(wèn)題。走出一般設(shè)計(jì)理念的誤區(qū)，從而設(shè)計(jì)出一種更能滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)要求，
其壽命達(dá)到或超過(guò)15年的新型爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型由高導(dǎo)熱大塊炭磚、微孔大塊炭磚、UCAR熱壓小炭塊、剛玉莫來(lái)石 磚砌筑而成。爐底滿(mǎn)鋪高導(dǎo)熱大塊炭磚，在其上部滿(mǎn)鋪微孔大塊炭磚，最上部中心區(qū) 域砌筑剛玉莫來(lái)石磚(陶瓷墊)，爐缸周邊區(qū)域砌筑UCAR熱壓小炭塊；爐缸上部風(fēng) 口組合磚下部環(huán)砌微孔大塊炭磚。爐缸爐底采用有針對(duì)性的強(qiáng)化冷卻。
本實(shí)用新型所述的高導(dǎo)熱大塊炭磚的尺寸為長(zhǎng)350mm 1800mm，寬400mm， 高400mm。所述的微孔大塊炭磚的尺寸為長(zhǎng)350mm 1800mm，寬400mm,高400mm。
本實(shí)用新型采用"高導(dǎo)熱炭磚爐缸+剛玉莫來(lái)石陶瓷墊綜合爐底"結(jié)構(gòu)，同時(shí)強(qiáng) 化了爐缸爐底冷卻，充分發(fā)揮高導(dǎo)熱優(yōu)質(zhì)炭磚的作用。爐缸、爐底交界處即"蒜頭狀" 異常侵蝕區(qū)，引進(jìn)國(guó)內(nèi)目前尚不能生產(chǎn)的先進(jìn)耐火材料一美國(guó)UCAR公司的高導(dǎo)熱、 高抗鐵水滲透性NMA和NMD熱壓炭塊。此設(shè)計(jì)高爐選擇爐缸爐底烘爐和開(kāi)爐保護(hù) 材料時(shí)，適當(dāng)強(qiáng)化了 "蒜頭狀"區(qū)域的材料性能，在高爐"蒜頭狀"區(qū)域使用A1203 含量大于65%的普通高爐高鋁磚，其它區(qū)域使用普通高爐粘土磚。高鋁磚質(zhì)量性能優(yōu) 于粘土磚，高鋁磚不僅在高爐烘爐和開(kāi)爐過(guò)程中起到保護(hù)作用，同時(shí)在高爐投產(chǎn)后保 護(hù)爐缸碳磚，熱電偶溫度變化顯示高鋁磚可以在高爐爐缸中存在大約一年時(shí)間，有利 于高爐長(zhǎng)壽。爐底滿(mǎn)鋪2層國(guó)產(chǎn)高導(dǎo)熱大塊炭磚+2層國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)微孔大塊炭磚+3層國(guó) 產(chǎn)性能優(yōu)化的剛玉莫來(lái)石陶瓷墊，爐缸上部風(fēng)口組合磚下部1層環(huán)形炭磚釆用國(guó)產(chǎn)優(yōu) 質(zhì)微孔大塊炭磚。此設(shè)計(jì)中高爐爐底采用軟水冷卻；爐缸第二、三段冷卻壁位于爐缸、 爐底交界處即"蒜頭狀"異常侵蝕區(qū)，采用中壓工業(yè)凈循環(huán)水強(qiáng)化冷卻，保護(hù)UCAR 熱壓炭塊減少侵蝕。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于,該爐缸爐底組合內(nèi)襯將導(dǎo)熱法和耐火材料法爐缸爐底內(nèi) 襯設(shè)計(jì)體系溶為一體，集中了高導(dǎo)熱炭磚和陶瓷墊的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，二者相互補(bǔ)充，能夠 滿(mǎn)足高爐長(zhǎng)壽要求，預(yù)計(jì)其壽命可達(dá)到15年以上，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
1、 防止鐵水滲透由于采用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)耐火材料，使115(TC等溫線(xiàn)被阻滯在 陶瓷層內(nèi)，加之對(duì)陶瓷墊的材料性能優(yōu)化，熱膨脹使磚縫緊縮，最大限度減少鐵水對(duì) 炭磚的滲透侵蝕。
2、 減輕鐵水的流動(dòng)沖刷必須有合理的死鐵層深度， 一般約為爐缸直徑的20%， 死鐵層深度合理，可使鐵水在爐缸內(nèi)的流動(dòng)方向有所改變，因而可以減少鐵水對(duì)爐底和爐缸壁的機(jī)械沖刷。
3、強(qiáng)化冷卻。熱壓炭磚直接同鐵水接觸，由于熱壓炭磚具有很高的導(dǎo)熱性、抗 鐵水滲透性、抗化學(xué)侵蝕性，仍能依靠有效的冷卻作用，使其熱面生成保護(hù)性的渣皮 或鐵殼，最大限度地延長(zhǎng)高爐壽命。
4、爐缸爐底高導(dǎo)熱炭磚一陶瓷墊組合內(nèi)襯結(jié)構(gòu)集中了導(dǎo)熱法和耐火材料設(shè)計(jì)體 系的精華，揚(yáng)長(zhǎng)避短，只在爐缸爐底的關(guān)鍵部件(如"蒜頭狀"異常侵蝕區(qū))引進(jìn)了 國(guó)內(nèi)尚不能生產(chǎn)的熱壓炭磚等優(yōu)質(zhì)新型耐火材料，而爐缸爐底的大部分區(qū)域則采用國(guó) 產(chǎn)的高導(dǎo)熱大塊炭磚、微孔大塊炭磚、剛玉莫來(lái)石磚、高鋁磚、粘土磚等，節(jié)約了大 量的外匯投資，符合中國(guó)國(guó)情和各企業(yè)的實(shí)際條件。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，風(fēng)口組合磚1、剛玉莫來(lái)石陶瓷墊2、國(guó) 產(chǎn)微孔大塊炭磚3、國(guó)產(chǎn)高導(dǎo)大塊炭磚4、麗A+NMD磚5、 二、三段冷卻壁6,爐底水 冷管7; A為熱電偶中心線(xiàn)，B為鐵口中心線(xiàn)。
圖2是NMA熱壓小塊碳磚導(dǎo)熱系數(shù)變化圖。
圖3是NMD熱壓小塊碳磚導(dǎo)熱系數(shù)變化圖。
具體實(shí)施方式

圖1為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
以有效容積2650立的高爐為例。爐底滿(mǎn)鋪高導(dǎo)熱大塊炭磚和微孔大塊炭磚之上， 中心區(qū)域砌筑剛玉莫來(lái)石磚(陶瓷墊)，周邊區(qū)域砌筑UCAR熱壓小炭塊(NMA和 NMD兩種型號(hào)組合配磚)，爐缸上部風(fēng)口組合磚下部環(huán)砌微孔大塊炭磚。這種爐缸 爐底內(nèi)襯的特點(diǎn)是在爐缸"蒜頭狀"異常侵蝕區(qū)砌筑熱壓小塊炭磚，在爐底滿(mǎn)鋪炭磚 上部砌筑剛玉莫來(lái)石磚陶瓷墊，兼具熱壓炭磚和陶瓷墊的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā) 揮二者各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以阻止鐵水滲透、減輕鐵水機(jī)械沖刷，消除"蒜頭狀"異 常侵蝕和爐缸環(huán)裂，同時(shí)還可以降低爐缸熱損失，提高鐵水溫度，可大幅度延長(zhǎng)高爐 壽命。
高爐爐底侵蝕原因單一，主要是鐵水的侵蝕和鐵水沖刷，剛玉莫來(lái)石具有良好的 耐鐵水的溶蝕性能，因此剛玉莫來(lái)石質(zhì)耐火材料是綜合爐底的首選。高爐爐底傳熱方 式為傳導(dǎo)傳熱，高溫鐵水的熱量通過(guò)耐火材料傳導(dǎo)到爐底水冷管，經(jīng)冷卻水帶走。在 高爐使用期間的有限時(shí)間段，可以把爐底的傳熱過(guò)程看作是一個(gè)穩(wěn)定傳熱過(guò)程，在穩(wěn) 定傳熱條件下材料的導(dǎo)熱系數(shù)和溫降成反比，因此選擇高爐爐底耐火材料的指導(dǎo)思想 應(yīng)該是越靠近爐底水冷管耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)該越大，盡可能使?fàn)t底115(TC等溫線(xiàn)的 位置向上推移，延長(zhǎng)爐底壽命。
由于剛玉莫來(lái)石本身具有比較好的強(qiáng)度性能，采取進(jìn)一步提高強(qiáng)度性能提高耐鐵 水侵蝕和鐵水沖刷性能的潛力是有限的，因此剛玉莫來(lái)石性能優(yōu)化的重點(diǎn)應(yīng)是提高材 料的整體性和穩(wěn)定性，重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了材料重?zé)€(xiàn)變化率指標(biāo)為0~O.l% (150(TCX 3hr)，使高爐爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程保持微膨脹，提高爐底結(jié)構(gòu)性能。為匹配好爐底碳質(zhì)材料和爐底冷卻結(jié)構(gòu)，剛玉莫來(lái)石性能優(yōu)化的另一方面是通過(guò)優(yōu)化材料綜合性 能優(yōu)化其導(dǎo)熱系數(shù)。爐底剛玉莫來(lái)石陶瓷墊確定后，爐底水冷管至陶瓷墊之間的材料 選擇和匹配就顯得更為關(guān)鍵，相臨材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)該有一個(gè)合理的梯度變化。
高爐微孔碳磚具有較好的微孔性和透氣性，抗鐵水侵蝕性能好，同時(shí)微孔碳磚導(dǎo) 熱系數(shù)能較好的與陶瓷墊匹配過(guò)度，適用于高爐爐底部位，因此在陶瓷墊下部?jī)?yōu)選使 用微孔碳磚。
為了滿(mǎn)足爐底結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化要求，本實(shí)例新型采用了高導(dǎo)熱大塊碳磚，高導(dǎo)熱碳 磚具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，熱傳導(dǎo)性能好(比半石墨碳磚導(dǎo)熱系數(shù)高)。
爐底的厚度一般為2800—3000mm，爐底材料材質(zhì)確定后，各層材料的厚度也會(huì) 對(duì)爐底溫度場(chǎng)的分布產(chǎn)生重要影響，在綜合爐缸死鐵層厚度要求、高爐長(zhǎng)壽技術(shù)要求、 耐火材料加工技術(shù)和高爐工程施工技術(shù)的條件下，確定爐底各層材料厚度自上而下為 剛玉莫來(lái)石陶瓷墊3層(厚度400mm+500mm+500mm);微孔炭磚2層(厚度400 mm +400 mm);高導(dǎo)熱炭磚2層(厚度400 mm+400 mm)。爐底總厚度3000mm，爐 缸死鐵層厚度2100mm。
通過(guò)以上爐底結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新優(yōu)化和完善，使高爐爐底兼有了"綜合爐底"和"全碳 爐底"性能優(yōu)勢(shì)。
美國(guó)UCAR公司生產(chǎn)的熱壓小塊碳磚分為NMA和NMD兩個(gè)品種，兩種熱壓小 塊碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)有比較大的區(qū)別，所以配磚技術(shù)很重要。高爐爐缸側(cè)壁使用UCAR 熱壓小塊碳磚，屬于碳質(zhì)爐缸熱解決高爐長(zhǎng)壽技術(shù)，NMD熱壓小塊碳磚具有更高的 導(dǎo)熱系數(shù)，能更好地與高爐第二、三段冷卻壁("蒜頭狀"侵蝕區(qū)域)強(qiáng)化冷卻相匹 配，有利于在爐缸側(cè)壁形成凝鐵層保護(hù)。根據(jù)使用要求采用了不同的NMA和NMD 組合配磚結(jié)構(gòu)和厚度。
本實(shí)用新型關(guān)鍵部位選用高導(dǎo)耐侵蝕的優(yōu)質(zhì)炭磚就是要強(qiáng)化冷卻，所以在冷卻水 量上節(jié)約而不是制約，在冷卻流量的設(shè)計(jì)能力上考慮充分的調(diào)節(jié)能力。冷卻流量控制 應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)際情況實(shí)施，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，而不能在設(shè)計(jì)能力上過(guò) 分弦耀冷卻水量小，說(shuō)明設(shè)計(jì)先進(jìn)，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)能力不足，在檢測(cè)到爐缸爐底溫度 或熱負(fù)荷異常時(shí)諸多措施難以實(shí)施。
權(quán)利要求1、一種高爐爐缸爐底內(nèi)襯組合結(jié)構(gòu)，由高導(dǎo)熱大塊炭磚、微孔大塊炭磚、UCAR熱壓小炭塊、剛玉莫來(lái)石磚砌筑而成；其特征在于，爐底滿(mǎn)鋪高導(dǎo)熱大塊炭磚，在其上部滿(mǎn)鋪微孔大塊炭磚，最上部中心區(qū)域砌筑剛玉莫來(lái)石磚，爐缸周邊區(qū)域砌筑UCAR熱壓小炭塊；爐缸上部風(fēng)口組合磚下部環(huán)砌微孔大塊炭磚。
2、 按照權(quán)利要求l所述的高爐爐缸爐底內(nèi)襯組合結(jié)構(gòu)，其特征 在于，爐底滿(mǎn)鋪2層高導(dǎo)熱大塊炭磚、2層微孔大塊炭磚、3層國(guó)產(chǎn) 剛玉莫來(lái)石，爐缸上部風(fēng)口組合磚下部1層環(huán)形炭磚采用微孔大塊炭 磚。
3、 按照權(quán)利要求l所述的高爐爐缸爐底內(nèi)襯組合結(jié)構(gòu)，其特征 在于，所述的高導(dǎo)熱大塊炭磚的尺寸為長(zhǎng)350mm 1800mm，寬400ram， 高400咖;所述的微孔大塊炭磚的尺寸為長(zhǎng)350mm 1800mm，寬400mm， 高400mm。
專(zhuān)利摘要一種高爐爐缸爐底耐火材料內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，屬于高爐設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，適用于大型高爐的爐缸爐底內(nèi)襯。由高導(dǎo)熱大塊炭磚、微孔大塊炭磚、UCAR熱壓小炭塊、剛玉莫來(lái)石磚砌筑而成。其特征在于，爐底滿(mǎn)鋪高導(dǎo)熱大塊炭磚，在其上部滿(mǎn)鋪微孔大塊炭磚，最上部中心區(qū)域砌筑剛玉莫來(lái)石磚，爐缸周邊區(qū)域砌筑UCAR熱壓小炭塊；爐缸上部風(fēng)口組合磚下部環(huán)砌微孔大塊炭磚。優(yōu)點(diǎn)在于，該爐缸爐底組合內(nèi)襯將導(dǎo)熱法和耐火材料法融為一體，能夠滿(mǎn)足高爐長(zhǎng)壽要求，預(yù)計(jì)其壽命可達(dá)到15年以上，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C21B7/00GK201265017SQ20082011039
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者尤文全, 楊立宗, 王尉平, 王建民, 蘆文凱, 鄭敬先, 錢(qián)世崇, 馬金芳, 晉 黃 申請(qǐng)人:河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司;首鋼總公司