任务3 炉衬结构

（3）美国UCAR热压小碳砖炉缸——散热型
常规大碳砖与热压小碳砖的主要性能比较见下表
常规大碳砖与热压小碳砖的主要性能比较
体积 项目 密度， g/cm3 常规大 碳砖 热压碳 砖 NMA 1.6 1.62 常温抗压 强度， MPa 17.9 30.5 抗折 强度， MPa 4.1 8.1 透气 率，毫 达西 800 9 600℃ 10.4 18.4 800℃ 10.4 18.8 1000℃ 10.5 19.3 1200℃ 10.9 19.7 导热率， W/m• K
司的陶瓷杯技术 。炉缸结构如图 ：
首钢1号高炉炉底、炉缸结构
炉腹、炉腰和炉身下部
（1）炉腹： 一般砌一层高铝砖或粘土砖， 厚度为345mm。
（2）炉腰
炉腰有三种结构形式： 厚壁炉腰、薄壁炉腰和过渡式炉腰。
炉腰结构形式 a－薄壁；b－厚壁；c－过渡式
厚壁炉腰结构： 优点是热损失少，但侵蚀后操作炉 型与设计炉型变化大。
3500℃升华； （2）抗渣性能好；
（3）高导热性； （4）热膨胀系数小，体积稳定性好；
（5）致命弱点是易氧化，对氧化性气
氛抵抗能力差。
4. 不定形耐火材料： 捣打料：用于炉底炭砖与水冷管之间、风 口、铁口、渣口周围及铁沟。 喷涂料：炉壳。
泥浆：把耐火砖粘结成为致密的整体炉衬。
要求泥浆的化学成分与耐火砖的相近。
第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。 铁水中的碳将砖中二氧化硅还原成 硅，并被铁水所吸收。
影响炉底寿命的因素：
（1）是承受的高压； （2）是高温； （3）是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底 的冲刷； （4）砖衬在加热过程中产生温度应力引起 砖层开裂； （5）在高温下渣铁对砖衬的化学侵蚀，特 别是渣液的侵蚀更为严重。
7. 决定炉衬寿命的因素：
（l）炉衬质量，是关键因素。
（2）砌筑质量。
（3）操作因素。 （4）炉型结构尺寸是否合理。
高炉用耐火材料
一. 对耐火材料的要求：
（l）耐火度要高。
耐火度是指耐火材料开始软化的温度。
（2）荷重软化点要高。 荷重软化点是指将直径36mm，高50mm 的试样在0.2Mpa荷载下升温，当温度达到某 一值时，试样高度突然降低，这个温度就是 荷重软化点。
综合炉底的厚度为炉缸直径的0.3倍。
结构见下图：
综合炉底结构示意图 1－冷却壁；2－碳砖；3－碳素填料；4－水冷管； 5－粘土砖；6－保护砖；7－高铝砖；8－耐热混凝土
（3）全碳砖炉底：
全炭砖水冷炉底设计思想用“导热法”， 炭砖抗铁水性和导热性好，与炉底冷却相 配合，向炉底传递更多的热量，将1150它 的铁水凝固等温线上移，在炉底及早形成 一道挡铁墙，铁水渗入减少了；同时炭砖 温度降低了，热应力破坏、碱金屑、锌侵 蚀速度就降低了。
2. 炉缸
1）结构形式： （1）粘土砖或高铝砖炉底——小高炉
（2）碳砖炉缸——大中型高炉
2）炉缸砌筑： （1）粘土砖或高铝砖炉缸的砌筑：
①炉缸各层皆平砌；
②同层相邻砖环的放射缝应错开；
③上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开；
炉缸砌砖
1－砖环；2－炭素填料；3－冷却壁
（2）碳砖炉缸砌筑 ①每层厚400mm; ②每层块数为整数；
陶瓷杯结构及理论等温线分布图
陶瓷杯作用：保温和保护碳砖。 碳砖的高导热性可以将陶瓷杯输入 的热量，很快传导出去 。 陶瓷杯炉底炉缸结构的优越性 ：
①提高铁水温度；
②易于复风操作 ；
③防止铁水渗漏。
（5）热压小碳砖——陶瓷杯技术
1994年首钢1号高炉（2536m3）引进
美国UCAR公司的热压碳砖和法国Savie公
满铺碳砖炉底砌筑
a－薄缝；b－厚缝；c－炉壳；d－冷却壁；e－碳砖与冷却壁间填料缝
碳砖砌筑的原则： ①相邻两行碳砖必须错缝，一般在 200mm以上；
②上下两层碳砖砖缝成90º ；
③最上层碳砖砖缝与铁口中心线成90º 。
（3）综合炉底砌筑 ①炉底中心部位的高铝砖砌筑高度必须与 周围环形碳砖高度一致，为400mm； ②高铝砖与环砌碳砖间的连接为厚缝，环 砌碳砖为薄缝连接； ③炉底满铺碳砖侧缝为厚缝连接，端缝为 薄缝连接。 ④环砌碳砖为楔形碳砖。
2. 炉缸：
（1）渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降， 大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是 主要的破坏因素； （2）化学侵蚀； （3）风口带为最高温度区。
3. 炉腹： （1）高温热应力作用很大；
（2）由于炉腹倾斜故受着料柱压力和
崩料、坐料时冲击力的影响； （3）承受初渣的化学侵蚀。
4. 炉腰 （1）初渣的化学侵蚀； （2）上、下折角处高温煤气流的冲刷 磨损。 （3）高温热应力的影响；
填料 ：用来填充炉壳与冷却壁、冷却壁与砌砖
之间的间隙，起密封和补偿收缩作用。
பைடு நூலகம்
优点：
工艺简单、能耗低、整体性好、抗 热震性强、不易剥落，可以减小炉衬厚 度。
高炉各部位炉衬设计与砌筑
1. 炉底 1）结构形式： （1）粘土砖或高铝砖炉底——小高炉 炉底厚度大于炉缸直径的0.6倍 。
（2）综合炉底 综合炉底是在风冷管碳捣层上满铺几 层400mm碳砖，上面环形碳砖砌至风口中 心线，中心部位砌数层400mm高铝砖，环 砌碳砖与中心部位高铝砖相互错台咬合。
薄壁炉腰结构：
热损失大些，但操作炉型与设计炉 型近似。 过渡式炉腰结构：处于两者之间。
（3）炉身下部 炉身下部砌砖厚度为690～805mm，目
前趋于向薄的方向发展，有的炉衬厚度采
用575mm或345mm。
倾斜部分按三层砖错台一次砌筑。
4. 炉身上部和炉喉 ： 炉身上部：
一般采用高铝砖或粘土砖砌筑。
1. 粘土砖：
基本特性：
（1）良好的物理机械性能；
（2）抗渣性好；
（3）成本较低。
2. 高铝砖： AL2O3含量大于48%的耐火制品。
基本特性：
（1）比粘土砖有更高的耐火度和荷重软 化点； （2）由于AL2O3为中性，故抗渣性较好；
（3）加工困难，成本较高。
3. 碳质耐火材料： 主要特性：
（1）耐火度高，不熔化也不软化，在
（3）Fe2O3含量要低。 （4）重烧收缩要小。 重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材 料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺 度。 （5）气孔率要低。 （6）外形质量要好。
二. 高炉常用耐火材料 粘土砖、高铝砖、刚玉砖和 陶瓷质材料： 不定型耐火材料等； 碳质材料 ： 碳砖、石墨碳砖、石墨碳化 硅砖、氮结合碳化硅砖等。
高炉炉衬
概念： 按照设计炉型，以耐火材料砌筑的
实体为高炉炉衬。 作用：
（1）在于构成高炉的工作空间； （2）减少高炉的热损失； （3）保护炉壳和其它金属结构免受热应
力和化学侵蚀的作用。
炉衬破损机理
1. 炉底：
炉底破损分两个阶段，初期是铁 水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑；
铁水渗入的条件：
（1）炉底砌砖承受着液体渣铁、 煤气压力、料柱重量的10～12％； （2）砌砖存在砖缝和裂缝。
砌砖与炉壳间隙为100～150mm， 填以水渣——石棉隔热材料。为防止填 料下沉，每隔15～20层砖，砌二层带砖 即砖紧靠炉壳砌筑，带砖与炉壳间隙为 10～15mm。
炉喉： 炉喉钢砖或条状保护板：为铸铁或铸钢件。
炉喉圆周有几十块保护板，板之间留
20～40mm膨胀缝。炉喉高度方向只有一块。
五、炉衬维护 1、灌浆或压入泥料 2、喷补
5. 炉身：
炉身中下部： （1）热应力的影响； （2）受到初渣的化学侵蚀； （3）碱金属和Zn的化学侵蚀。 在炉身上部： （1）下降炉料的磨损； （2）夹带着大量炉尘的高速煤气流的 冲刷。
6. 炉喉： 受到炉料落下时的撞击作用。 1）炉料冲击； 2）高速粉尘煤气流的冲刷； 3）温度频繁变化产生的热应力等。 用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖。
灰份， %
8.0 10.0*
透气率：为常规大碳砖的1%左右； 导热率：比常规大碳砖几乎高一倍
美国UCAR热压小碳砖炉缸结构 1－高铝质耐火砖；2－大碳砖；3－混凝土；4－热压小碳砖
特点： 提高炉衬的导热性能，又称导热炉衬。
缺点：
增大了炉缸的热损失。
（4）法国“陶瓷杯”——隔热保温型 概念： 所谓“陶瓷杯”是指炉底砌砖的下部 为垂直或水平砌筑的碳砖，碳砖上部为1～ 2层刚玉莫莱石砖。炉缸壁是由通过一厚度 灰缝（60mm）分隔的两个独立的圆环组成， 外环为碳砖，内环是刚玉质预制块。炉底 采用水冷、油冷或空气冷却系统
2）炉底砌筑 （1）粘土砖和高铝砖炉底的砌筑：
①均采用立砌，层高345mm；
②砌筑由中心开始，成十字形，结构如图。
③上下两层的十字中心线成22.5º ～45º ；
④上下两层中心点应错开半块砖。
⑤最上层砖缝与铁口中心线成 22.5º ～45º 。
十字形砌砖
砌砖中心线
Kj炉底最后一页
（2）满铺碳砖炉底砌筑 有厚缝和薄缝两种连接形式： 一般是碳砖两端的短缝用薄缝，而 两侧的长缝用厚缝。 满铺碳砖炉底的结构见下图 ：
③同层相邻砖环的放射缝应错开；
④上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开； ⑤在碳砖炉缸的内表面设有保护层。过 去砌一层高铝砖，近来用涂料代替高铝 砖，涂料层厚5～8mm。
炉缸厚度： 一般规定铁口水平面处的厚度为 小高炉： 575mm（230＋345）；
中型高炉：920mm（230＋345×2）；
大型高炉：1150mm（230×2+345×2） 或更厚些。