高炉炉衬
关于炉衬耐火材料的选择
关于炉衬耐火材料的选择现代技术的发展，大大地促进了我国高炉技术的进步，高炉一代寿命大大提高。
这除了应归于高炉炉体结构参数趋于合理、操作参数的进一步优化外，还应归功于高炉炉衬耐火材料与施工技术的进步。
我们就国内目前高炉炉衬耐火材料的应用情况，优选了三套比较有代表性的方案。
其中，方案一选择了高导热石墨炭和半石墨化烧成炭砖砌筑炉底：炉缸采用高导热的微孔炭砖；并采用陶瓷杯技术；炉腹、炉腰、炉身下部选用si3N4结合sic砖。
这种结构选择的材料等级较高，造价较贵。
方案二以国产烧炭块代替方案一中的烧成炭砖，并以国内自行研制的与si3N4结合sic砖性能接近，而价格便宜得多铝碳砖部分代替si3N4结合sic砖，以达到降低造价的目的。
方案三采用了与方案二相同的炉底结构，但在炉腹、炉腰、炉身下部直至中部大量采用烧成铝碳砖代替si3N4结合sic砖，进一步降低高炉造价。
下面就有关高炉炉衬耐火材料的选择分别预以说明。
一、炉缸、炉底的耐火材料的选择高炉炉底、炉缸是高炉的重要部位，炉龄的长短，主要取决于这两部位的使用寿命。
因此，近代高炉在此部位均采用炭砖加陶瓷杯的混合结构。
炉底下部全部使用炭砖，上部靠周边冷却壁砌筑环形炭砖，炉缸部位也采用炭砖砌筑，在炉底中央和炭砖内侧砌筑陶瓷质材料的陶瓷标。
采用这种结构形式，其目的是利用炭砖热传导性能好的特点，加强炉底冷却散热，将铁水凝固等温线（1500℃）向上部推移，并把800℃左右的化学反应等温线推至保护层内，从而减缓炉底侵蚀速度，防止环形断层的发生，延长炉底使用寿命，另外，炭砖的最大弱点是抗氧化能力差。
尽管高炉冶炼性属于还原性气氛，但是暴露无遗在与炉气接触的炭砖，仍然非常容易氧化。
因此，采用在炭砖内侧镶砌一层高温理化性能特好的中性陶瓷材料以保护炭砖在烘炉期间和炉役前期不被氧化的陶瓷杯技术，能够有效地阻止液体炉渣和铁水过早地向炭砖渗透接触，间接地延长高炉的使用寿命。
在方案一中，我们推荐了炉底为半石墨化炭砖加高导热石墨炭砖，炉缸侧壁为国产微孔炭砖，整个炭砖内侧为莫来石砖砌筑的陶瓷标的方案。
高炉的主要组成部分
炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉 喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对 炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉 直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适 当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到 控制炉料和煤气流分布为限。
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还起着调节炉料和煤气流分布的作用。
高炉解体
为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中 经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。 在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷 却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉 底的积铁所进行的细致的解体调查，称为高炉解 体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情
况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考 价值。
高炉冷却装置
高炉炉衬内部温度高达 1400℃，一般耐火砖 都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿 命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并 在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性 渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：
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素，选用不同的耐火材料。
炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤 气流冲刷下，条件十分恶劣，维护其圆筒形状不 被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉 喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可 以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护 板则用 100～150mm 厚的铸钢做成。炉喉护板主 要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板
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布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。
炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液 及铁水的静压力，而且受到 1400~4600℃的高温、 机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代 寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁 凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能 阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷 却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉
教案_3.2高炉炉衬3.2.3 高炉炉衬的设计与砌筑
课时教学计划图示图3－7 炉缸砌砖1－砖环；2－炭素填料；3－冷却壁风口、渣口和铁口砖衬以炭砖砌筑时，应设计异型炭砖，见图3－8。
炉缸和炉底均采用光面冷却壁，砌砖与冷却壁之间留有100～150mm缝隙，其中填以炭质填料。
20世纪50年代高炉炉缸烧穿是对我国高炉生产的主要威胁，也是影响高炉寿命的主要限制环节。
当时，炉底、炉缸的砌筑材料是导热性极差的高铝砖和粘土砖，抗不住渣铁的侵蚀和机械冲刷。
50年代末，在我国大高炉开始采用以炭砖为主体的综合炉底，且炉底采用风冷或水冷，炉底、炉缸工作状况大为改观，之后20多年没有发生大高炉炉缸烧穿事故。
进入20世纪80年代以来，情况有了变化，几座强化冶炼水平高（利用系数由六七十年代的1.2～1.5t/m3·d提高到1.8～2.2t/m3·d，甚至更高）的大高炉炉缸（包括被侵蚀后的炉底的围墙部分）纷纷告急，而且出现了大修后一两年内炉缸冷却壁水温差急剧升高，并出现险情，六七十年代那种炉缸炉底一用十几年的现象不复存在了。
对于炉底、炉缸损坏的原因，概括起来有下面几条：热应力导致大块炭砖产生环状断裂；碱腐蚀；液态渣铁冲刷和铁水渗透；机械应力；冷却器漏水；铁水的熔蚀。
常规大尺寸炭砖是以煅烧无烟煤、焦炭为骨料，以沥青焦油为结合剂，经热混合、挤压成形、800～1400℃烧成及机械加工而成。
烧成中结合剂碳化，将炭颗粒粘结并部分挥发逸散，使炭砖形成孔隙。
这些孔隙正是高炉内碱金属入侵的途径。
通常碱金属沿气孔进入炭砖，在750～900℃与碳反应生成层状混合物，使炭砖体积膨胀而裂散。
炉缸常规大炭砖损坏的特征，是在单环环形炭砖内形成环状裂缝。
环状裂缝形成的机理，除碱金属侵蚀外，还与大炭砖导热率较低（10W/m·K）引起的冷热面温度差太大（可达1450℃）有关，它使炭砖在炉缸厚度方向产生不易缓冲的差热膨胀。
工作热面与冷面的体积膨胀差值在同一大炭砖中产生巨大的应力，导致距炭砖热面一定尺寸处形成环状裂缝。
高炉炉衬
渣蚀 裂纹宽度不大于 0.25mm，长度不大于 裂纹宽度 0.26~0.50mm，长度不大于
裂纹宽度>0.50mm，长度不大于
单位
一级
二级
％
±1.0
±1.5
mm
±2
±3
％
±2
±2
mm
±1
±2
mm
1
1
mm
1.5
2
mm
3
5
mm
3
5
mm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
5
不准有 不准有
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； 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。
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。
式中：
D 2a
ns
b
b b1
ns——楔形砖数，砖型确定后，是一常数； a——砖长度，mm；
炼铁原理与工艺6(高炉炉体与维护)
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
② 高炉炉腹、炉腰和炉身耐火材料用陶瓷质耐火 材料的要求： A. 化学成分中AL2O3要高，Fe2O3含量要少。 B. 耐火度要高。测温锥测定 C. 荷重软化点要高。0.2Mpa载荷下的软化温度 D. 重烧收缩率要小。残余收缩，是表示耐火材料 升到高温后产生的裂纹可能性大小的一种性质。 E. 气孔率要低。
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
B. 从从传热学角度讲分为： 综合炉底结构和全碳砖炉底结构两大 流派。综合炉底是绝热和导热的结合，全 碳砖炉底则是完全的导热基理。目前国内 外炉底、炉缸结构主要有以下几种： a. 大块炭砖砌筑，炉底设陶瓷垫。 b. 热压小块炭砖砌筑，炉底设陶瓷垫。 c. 大块或小块炭砖砌筑，炉底和炉缸设陶瓷 杯。
炉型尺寸各符号表示的意义
• • • • • • • • • • • • • • Hu---有效高度 Vu---有效容积 D---炉腰直径 d---炉缸直径 d1---炉喉直径 h0---死铁层高度 h1--炉缸高度 h2---炉腹高度 h3---炉腰高度 h4---炉身高度 h5---炉喉高度 hf---风口高度 α---炉腹角 β---炉身角
NMA
3层大块炭砖
2层刚玉砖
NMD
刚玉砖
炉缸侧壁：
NMA和NMD小块炭砖
NMA
大块炭砖
石墨砖
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
2. 炉腹、炉腰和炉身 ① 破损机理： 炉身、炉腰部位主要是考虑抗热应力 破坏性能，和炉料、煤气的冲刷。一般以 黏土质和高铝质耐火砖，但是在高炉大型 化和强化后也对砖衬材质提高了要求。
6.1高炉本体结构
③ 美国料式高炉的零位是取大钟开启时底 面以下915mm处。零料线位置到风口中 心线之间的容积为工作容积。 欧美也有用高炉全容积的。全容积 是指零料线到炉底砖衬表面之间（包括 死铁层）的容积。
高炉炉衬厚度检测技术
图 6 高炉炉缸、炉底内衬温度分布
图 5 热流传感器照片
1.6 模型推断法 模型推断法通常使用热电偶作为检测元件,应
用传热学等理论建立炉缸和炉底温度场的数学模 型, 通过软件编程和数值分析的方法, 可计算铁水 凝固线和碳砖侵蚀线的大概位置，高炉炉缸、炉底 内衬温度分布见图 6。计算结果的准确性取决于热 电偶埋设位置和数量以及热电偶测温误差、 物性 参 数 、边 界 条 件 等 等 ［6］。 1.7 应力波法
Abstract： Technological principles and devices for detecting the thickness of several kinds of typical linings used by BF are introduced and their existent working conditions are also discussed. And then it is proposed that the developments for improving the detecting technology on nondestructive testing the thickness of the lining in BF in the future should be based on comprehensive applications of different nondestructive testing technologies.
钢铁厂高炉维修施工方案内衬修复与风口更换
钢铁厂高炉维修施工方案内衬修复与风口更换高炉维修施工方案：内衬修复与风口更换维护和修复高炉内衬以及更换风口是钢铁厂日常维护工作中至关重要的一项任务。
本文将介绍针对钢铁厂高炉进行内衬修复和风口更换的施工方案。
通过合理的计划和精确的操作，我们能够确保高炉运行的安全性和稳定性，并提高产能和效益。
1. 施工前准备工作在进行高炉维修施工前，我们需要进行详细的准备工作，包括以下内容：1.1 安全检查和风险评估：工作人员必须对高炉进行全面的安全检查，并评估可能存在的风险。
确保施工过程中的安全性。
1.2 物料和设备准备：准备所需的修复材料、维修设备以及安全保护设备。
1.3 施工计划制定：根据高炉的运行情况和实际需求，制定详细的施工计划，并按计划执行。
2. 高炉内衬修复高炉内衬在长期高温和化学腐蚀的作用下会出现磨损和损坏，因此定期的内衬修复至关重要。
以下是内衬修复的主要步骤：2.1 清理：首先需要对高炉内的杂质和残留物进行清理，保证修复材料能够完全附着在内衬上。
2.2 补强：通过钣金、焊接等方式对损坏的内衬进行修复。
确保修复后的内衬能够承受高温和腐蚀环境。
2.3 防腐蚀处理：在内衬修复后，需要进行防腐蚀处理，以延长内衬的使用寿命。
常用的方法包括涂覆耐高温的防腐漆等。
3. 高炉风口更换高炉风口在高温和高压下工作，承受巨大的热冲击和化学侵蚀，因此风口的质量和性能对高炉运行至关重要。
以下是风口更换的施工方案：3.1 风口拆除：先对原有的风口进行拆除，确保施工过程中不会对高炉和周边设备造成影响。
3.2 加热炉衬和锚固料：在安装新风口之前，要对高炉的炉衬和锚固料进行加热，以确保温度相适应。
这样可以避免因温差过大而引起的炉衬裂纹。
3.3 风口安装：选择符合高炉工艺要求的新风口，并进行精确的安装。
检查风口与炉衬之间的间隙，确保风口安装的牢固性和密封性。
通过以上的施工方案，我们能够确保高炉的内衬得到及时修复，并且顺利更换风口。
这样不仅可以提高高炉的运行效率和产能，还能延长其使用寿命。
教案9_3.2高炉炉衬3.2.3 高炉炉衬的设计与砌筑
课时教学计划图3－3 综合炉底结构示意图1－冷却壁；2－炭砖；3－碳素填料；4－水冷管；5－粘土砖；6－保护砖；7－高铝砖；8－耐热混凝土武钢也曾采用综合炉底结构，在生产中发现有环形裂缝，经分析认为是高铝砖和炭砖膨胀系数不同造成的，所以后来采用全炭砖炉底。
宝钢1号4063m3高炉在大修前采用全炭砖炉底，全炭砖水冷炉底厚度可以进一步减薄。
目前大型高炉普遍采用全炭砖炉底。
包钢实践证明，冶炼含氟矿石应采用全炭砖炉底。
炉衬砌筑和炉衬材质具有同等的重要性，因此，对砌筑砖缝的厚度、砖缝的分布等都有严格要求。
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。
举例分析图示说明分析讨论a 十字形砌砖b 砌砖中心线图3－4 粘土砖和高铝砖炉底砌砖1－出铁口中心线；2－单数层中心线；3－双数层中心线1）满铺炭砖炉底砌筑满铺炭砖炉底的结构见图3－5，炭砖砌筑在水冷管的碳捣层上。
有厚缝和薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列砖砌缝不大于1.5mm，各列间的垂直缝和两层间的水平缝不大于2.5mm。
厚缝连接时，砖缝为35～45mm，缝中以碳素料捣固。
目前的砌法是炭砖两端的短缝用薄缝连接，而两侧的长缝用厚缝连接。
相邻两行炭砖必须错缝200mm以上。
两层炭砖砖缝成90º，最上层炭砖砖缝与铁口中心线成90º。
图3－5 满铺炭砖炉底砌筑a－薄缝；b－厚缝；c－炉壳；d－冷却壁；e－炭砖与冷却壁间填料缝3)综合炉底砌筑综合炉底的砌筑见图3－6，炉底中心部位的高铝砖砌筑高度必须与周围图示说明之间膨胀缝填以碳素填料。
环砌炭砖为薄缝连接，炉底满铺炭砖侧缝为厚缝连接，端缝为薄缝连接。
图示说明图3－6 综合炉底的砌筑1－满铺炭砖；2－薄缝；3－厚缝；4－环砌炭砖；5－高铝砖；6－内环缝；7－外环缝；8－炭捣层；9－水冷管环砌炭砖为楔形炭砖，大小头尺寸由计算而定，厚度为400mm，第一层应能盖上三块半满铺炭砖，以上每层与高铝砖交错咬砌200～300mm，死铁层处炭砖比其下层炭砖长250～300mm。
高炉炉衬破损机理
高炉炉衬破损机理高炉炉衬是承受高温和高压的重要部件，承担着直接与铁水接触的任务。
然而，由于工作环境的极端条件以及冶炼过程中的物理、化学反应，高炉炉衬往往容易发生破损。
下面将对高炉炉衬破损的机理进行详细说明。
1.热应力引起的破损高炉内部存在巨大的温度梯度，这导致了炉衬表面的热应力产生。
具体来说，以下几个方面会引起热应力导致炉衬破损：1.1温度梯度高炉炉衬表面的温度梯度是破损的主要原因之一。
由于高炉上、中、下部分温度差异较大，炉衬表面存在较大的温度梯度。
这种温度梯度会导致炉衬不同部位产生热应力，从而造成炉衬破损。
1.2热膨胀系数差异高炉炉衬由多种材料构成，不同材料的热膨胀系数存在差异。
当高温下的炉衬受到热膨胀作用时，不同材料之间的热膨胀系数差异会导致破损。
1.3温度变化速率高炉的操作过程中，温度会发生剧烈变化，特别是在启停和突然冷却的情况下。
这种温度变化速率的快慢会引起炉衬的热应力，导致破损。
2.化学侵蚀引起的破损高炉冶炼过程中，存在各种物理和化学反应，这些反应会对炉衬造成化学侵蚀，进而引起破损。
2.1酸性物质侵蚀高炉冶炼产生的酸性气体如CO、H2S等，以及炉渣中的硅酸盐等物质，会对炉衬表面进行化学侵蚀。
酸性物质的侵蚀会导致炉衬表面的破损和腐蚀。
2.2渣浆侵蚀高炉冶炼过程中，铁水与炉渣接触形成渣浆，渣浆的流动和侵蚀会对炉衬表面产生冲击和摩擦力，导致破损。
2.3硫化物侵蚀高炉冶炼产生的硫化物如FeS等，会对炉衬进行化学侵蚀。
硫化物的侵蚀会引起炉衬表面的脱层和破损。
3.机械应力引起的破损除了热应力和化学侵蚀外，机械应力也是高炉炉衬破损的原因之一。
3.1冲击载荷高炉冶炼过程中，铁水的注入和喷吹、煤气喷吹等操作会产生冲击载荷。
这些冲击载荷会对炉衬表面造成机械应力，导致破损。
3.2振动和震荡高炉的运行过程中存在振动和震荡现象，尤其是在高炉顶部和煤气系统。
振动和震荡会对炉衬造成机械应力，引起破损。
4.预防措施为了降低高炉炉衬的破损，可以采取以下预防措施：4.1优化冶炼工艺通过优化高炉冶炼工艺，控制温度变化速率，减少温度梯度，降低热应力的产生。
高炉内衬结构和原理
高炉内衬结构和原理
高炉内衬的结构和原理如下：
高炉炉体分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸及炉底等部位。
其中，炉喉、炉腰和炉缸为中空圆柱体，炉身和炉腹则分别为上小下大和上大下小的平截空心圆锥台体，炉底为圆柱体。
高炉各部位的工作温度也不同。
具体来说，炉底、炉缸区的工作温度为1450~1800℃；炉腹、炉腰区域的工作温度为1400~1600℃；而炉身上部的工作温度为600~800℃。
高炉内衬由耐火砖砌筑而成，直接承受高温、化学侵蚀、炉材、气体运动磨损等因素的破坏。
高炉衬里的作用是构成高炉的工作空间，减少热损失，保护炉壳和其他金属结构免受热应力和化学侵蚀。
在炼铁过程中，原料从高炉炉顶加入后，经过预热、铁氧化物的还原和熔化、铁和渣下滴流动分离、焦炭的燃烧及产生煤气等过程而获得生铁。
这一过程是在高温下连续进行的。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询钢铁厂炼铁专家。
实现高炉炉衬的五大秘诀
实现高炉炉衬效率的五大秘诀高效炉炉衬降低总体维护成本，确保设施运行平稳无不必要的收入损失，由于停机的关键。
按照下面的五个秘诀炉衬保持高效运行。
一、评估炉衬使用红外(IR)热成像检查红外(IR)热成像扫描评估炉衬的质量是一个必不可少的步骤。
面料的质量是至关重要的，保护钢热，同时也限制了热量损失，促进整体炉效率。
通常情况下，扫描涉及红外相机指向在几个点上的炉壳，分析外界温度和拣选单位泄漏热或遇到的设计问题，可能无法从外部可见的热点、画面，这是一个特殊的问题，很显然，从外部的扫描是有很大好处，因为单位可以继续操作。
在许多情况下，受过专门训练的应用工程师进行红外成像，红外扫描分析，并提供最合适的修复选项的建议。
二、使用上线保养维修上线保养维修的难度取决于温度，进行上线维修尽可能得到特定区域，或大热点。
大多数维修经理喜欢上线的修复选项，因为它可靠，快速和经济。
毕竟，锅炉和工艺单位创收，所以它是很有价值的，如果可以维修，而单位是在线，这就避免了问题的单位，收入损失以及间接损失关停额外的连接单位。
例如，在红外扫描表明，上线的维修建议，摩根热陶瓷的可泵送Superwool®或Kaowool®的可泵从炉或锅炉，填充裂缝和空隙所造成的绝缘劣化的外侧。
传统的维修，炉必须关闭并冷却，直到对维修人员是安全的，落后于密封件和地板以及烘炉，熔炉及工艺设备的维修。
三、炉重新选择合适的材料建立红外扫描时显示的面积过大，值得关注的是，上线的维修，单位必须为一—炉重衬或过程加热器重衬关闭。
材料的选择是炉改造成功的关键，将提高效率和可靠性并降低维护成本。
材料的特性，包括硬度，密度，机械性或绝缘性的因素，可能会发生变化。
经常通过使用热流量分析软件程序中输入要使用最好的材料来获取信息。
请记住，很多单位都有旧式保温温度和使用因素选择适当的材料，因为有这么现在市场上的许多新的，更有效的绝缘类型，请考虑升级时，你必须重衬炉。
水钢1350m 3高炉薄壁炉衬操作技术
收 稿 日期 ：０７—０ ２０ ４—２ ７
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ
Ｔ ｉ ｉ ｉｇ ｏ ｔｇ ａｅ ｒ ｋ ｎ ｎ ｔ ｖ ｓ ｉ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｈ ｉｈ ｎ ｔｅ ’ ５ ｌ ｔｆ ｒ ａ ｅ ｈ ｎ ｌ ｎ ｆｉ ｅ ｒ ｔｄ ｂ ｃ ｉ ｇ ａ ｄ ｓａ ｅ ｓ ｐ ｌ ｎ Ｓ ｕ ｃ ｅ ｇ Ｓ ｅ ｌ ｓ １３ ０ ｍ３ ｂ ａ ｕ ｎ ｃ ． ｎ ｎ ｉ ｅ ｓ
良好 的 渣 铁 流动 性 ； 范 炉墙 粘 结层 脱 落后 的 处 理 和避 免 大 面 积 脱 落 的 措 施 。 规
关键词
高炉 ； 炉衬 ； 薄壁 操作
Ｔ ５ ６ Ｔ ０ ３＋． Ｆ７ ，Ｆ ６ ４ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０ ６６ （ ０ ７ 增 刊 － ００—０ ０ ３— ５ ３ ２０ ） ０５ ４
高炉炉衬
检测技术在高炉炉衬中的应用朱丽芳 1004240710（西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055）摘要：连续监测、分析和控制高炉耐火材料的侵蚀量是延长高炉寿命的有效手段之一, 是高炉安全生产的重要保障。
本文论述了TDR法、电容法、电阻法、超声波法、声超声回波法(AU-E )、模型推断法等几种高炉炉衬检测技术的基本原理、结构、系统或设备及应用状况。
通过对各种直接测量法和间接推断法的综合比较, 指出了高炉炉衬检测技术的未来发展趋势。
基于炉内热电偶的有效温度读数和应力波发射等先进直接测量技术, 并结合热模拟及结果输出和反馈的检测方法, 将是未来监测生产高炉炉衬侵蚀状况的最完善方法。
关键词：高炉; 炉衬侵蚀; 测厚Application of blast furnace refractory liningdetection techniqueszhu Lifang(College of Metallurgical Engineering , Xi'an University of Architecture &Technology, Xi'an 710055, China)Abstract: The campaign life of amodern blast furnace is mainly determined by the residual thickness of the refractory lining, therefore it is absolutely necessary to examine lining erosion. Several kinds of typical b last furnace lining detection methods, including electric resistance method, ultrasonic method, acoustoul trasonic echo ( AU -E ) technique and mode l inference method, are presented and discussed in de tail in this paper concerning theirbasic principles, application systems or equipment and their application status. On the basis o f comprehensive comparison and evaluation of the various direct measurement methods and the indirect inference methods, further development trends of blast furnace refractory lin ing detection techniques are suggested.The most promising approach to monitoring lining erosion o f an operating blast furnace is recommended to be based on advanced direct measurement methods that are intergraded with thermal modeling and make fulluse of information derived from valid temperature values of thermocouples and output and feedback o f the detection systems.Key words: blast furnace; lining erosion; thickness measurement我国钢铁产量已连续多年稳居世界首位, 大型高炉长寿技术也已取得长足进步[1] , 但高炉使用寿命与国外相比仍存在一定差距, 首要原因之一是我国缺乏先进的高炉检测技术。
高炉炉衬厚度检测技术
高炉炉衬厚度检测技术实时监测高炉的炉衬侵蚀状况，及时调整操作策略，并采取有效护炉措施，可以延长高炉寿命。
现有的高炉炉衬厚度检测技术有：多头热电偶法是在一个保护套管内装有数支长度不等的热电偶，然后将其安装在需要检测的砖衬内，通过测量各支热电偶的温度变化来推断砌体的侵蚀情况。
当各点温度和各点之间的温度梯度基本稳定，当砖衬逐渐被侵蚀至某一部位，该部位电偶就会被破坏，温度信号会出现异常。
2、电阻法是在炉衬内部埋设电阻元件，传感器前端与炉衬内表面对齐，通过引线与测量系统相连接，电阻元件的电阻值与其长度相关，随着电阻元件与炉衬同步损耗，电阻会变化，利用相应的测量仪表测得元件输出的电信号，即可在线测量炉衬的剩余厚度。
3、电容法电容法与电阻法类似，在炉衬内部埋设同轴圆形电容器传感器，电容值与其长度成对应关系，可以通过测量电容值来确定高炉砌体的厚度。
4、超声波法是利用超声在固体介质中传播的特点进行测厚的，在一定温度下超声波入射到炉衬进入炉内，利用超声波在炉衬内入射和反射的传播时间，求出炉衬的残存厚度。
5、热流检测法根据热力学，温差、导热系数和炉墙厚度决定了热流强度，对于高炉炉衬，导热系数是固定的，由温差和热流强度可以获得炉墙厚度。
热流检测传感器安装在炉衬温度较低的部位，通过炉缸冷却壁水温差，计算出热流强度，再结合砖衬内的测温电偶测得的温度数值，计算出炉墙厚度。
6、模型推断法是利用热电偶作为检测元件，应用热力学等理论建立炉缸和炉底温度场地数学模型，通过软件编程和数值分析的方法，可计算出铁水凝固线和碳砖侵蚀线的大概位置。
7、应力波法应力波动信号对结构缺陷有很高的敏感性，当应力波在介质传播时，如遇到孔洞、裂纹等界面不连续处，就会发生反射、折射、散射和模式转换，利用应力波的特性可以确定冷却壁材料的厚度。
未来炉衬测厚的发展趋势是不同方法组合。
高炉炉身、炉腰可采用多头电偶法或电阻法；炉缸、炉底部位可以采用热流检测法或模型推断法；在线监测时，可采用应力波法。
任务2高炉炉体结构
目 录
• 高炉炉体概述 • 高炉炉体主要部件 • 高炉炉体辅助部件 • 高炉炉体结构特点与优势 • 高炉炉体结构维护与保养 • 高炉炉体结构发展趋势与展望
01 高炉炉体概述
定义与功能
01
高炉炉体是高炉炼铁的主体设备 ，用于承载高温高压的冶炼过程 。
02
高炉炉体的主要功能是提供冶炼 空间，使铁矿石在高温下还原成 铁，并分离出铁水和炉渣。
冷却设备的布局和冷却效果直 接影响高炉的寿命和安全运行。
耐火材料
耐火材料是高炉内衬的主要材料，承受着高温和化学侵蚀的考验。
高炉耐火材料通常采用高铝砖、硅砖、镁砖等，具有优良的耐高温性能和抗化学侵 蚀能力。
耐火材料的选用和施工质量直接影响高炉的寿命和产量。
送风系统
送风系统是高炉的重要组成部分， 为高炉提供所需的氧气和燃料。
送风系统通常由鼓风机、热风炉、 送风管道等组成，将空气加热后
送入高炉。
送风系统的稳定性和调节能力对 高炉的产量和能耗具有重要影响。
03 高炉炉体辅助部件
渣口装置
01
02
03
渣口
位于炉缸部位，用于排放 高炉冶炼过程中产生的液 态炉渣。
渣口套
保护渣口免受高温和炉渣 侵蚀的金属套管，通常采 用铜质材料制成。
适应性强
高炉炼铁工艺可适应不同品位 和类型的铁矿石原料，具有较
强的原料适应性。
与其他炼铁设备的比较
与直接还原铁设备的比较
直接还原铁设备主要以气体或固体还原剂还原铁矿石，其能耗和成本较高，且 产品质量不稳定。相比之下，高炉炼铁具有能耗低、产量高、质量稳定等优势。
与熔融还原设备的比较
熔融还原设备是在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其工艺复杂、设备投资 大、运行成本高。而高炉炼铁工艺成熟、设备简单、操作方便，具有更高的经 济效益。
高炉炉衬厚度检测技术
衬 的侵蚀 程度 就 更加 困难 。从 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 以
的 电偶 就会 被损 坏 ， 温度 信号 出现 异常 。
来 ， 内外 研 究 人 员相 继 开 发 出 多 种 高 炉炉 衬 检 １２ 电 阻 法 国 ． 厚 度 检测 技术 ， 得 了一 定 的成 效 ． 取 但也 存 在 一些 电阻 法高 炉炉 衬 测厚 技 术是 在 炉衬 内部埋 设 不 足 ， 没 有形 成一 种普 遍适 用 的方法 。 并 本文 旨在 电阻元 件 ， 电阻 法炉衬 测厚 传感 器见 图 ２ 。其 前 端 对 现 有 的高 炉 炉 衬厚 度 检 测 技 术 作 简要 介 绍 ． 并 与 炉 衬 内表 面对 齐 ， 过 引线 将 元 件 与测 量 系 统 通 相连接 ， 电阻 元件 的电阻 值 与其 长度 相关 ， 随着 高
综合 比较 和评 价， 出高炉 炉衬 无损 检测 技 术 的未 来发 展趋 势 应 为 不 同无损 检 测技 术 的 综合 指
应用。
关 键词 ：高 炉 ； 炉衬 ； 度检 测 厚
中图分 类号 ： Ｆ ６ Ｔ０３
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：１０ — ６ ３ ２ １ ）２ ０ ０ — ４ ０ ６ ４ １ （０ ２ ０ — ０ ５ ０
电偶 的温度 变化 来推 断砌 体 的侵蚀 情况 ＿。 砖衬 １在 ］ 状 况 的检 测 比较 困难 。尤其 是高 炉 的炉 缸 炉底 部 完 好 的状 态下 ，各 点 温度 和 各点 之 间 的温 度梯 度 位， 长期处 于 高温 熔 融态 渣铁 环境 下 工作 。 检测 内 基 本 稳定 ， 当砖衬 逐渐 被 侵蚀 至某 一 部位 ， 部 位 该
Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｆ ｒ Ｄｅ ｅ ｔｎ ｃ ｌ ｇ ｏ ｔ ｃ ｉ ｇ Ｔｈｉ ｋ ｓ ｆｔ ｎｉ ｎ ｃ ｎｅ ｓｏ ｈｅ Ｌｉ ｎｇ ｉ ＢＦ
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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。
3.2.1 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、
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；
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：
二. 高炉常用耐火材料
陶瓷质材料： 粘土砖、高铝砖、刚玉砖和 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。
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：
（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。
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。
受到炉料落下时的撞击作用。用金 属保护板加以保护，又称炉喉钢砖。
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。
3.2.2 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。
115
－
75
G－3
230
150
135
75
楔形砖
G－4
345
150
125
75
G－5
230
150
120
75
G－6
345
150
110
75
2. 砖数计算： （1）炉底： 炉底砖数：砌砖总容积除以每块砖的容积。 每层砖数：用炉底砌砖水平截面积除以每
块砖的相应表面积来计算。 砖的重量：用每块砖的重量乘以砖数。 考虑2～5％的损耗。
用G－4砌环圈需要砖数
2 3.14 345 ns 150 125 87
用G－5砌环圈需要砖数
ns
2 3.14 230 150 120
48
用G－6砌环圈需要砖数
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。 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。
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。
3.2.3 高炉炉衬的设计与砌筑
一. 炉衬设计要考虑的因素： （1）高炉各部位的工作条件及其破损机理； （2）冷却设备形式及对砖衬所起的作用； （3）要预测侵蚀后的炉型是否合理。
缺角深度，不大于 缺棱深度，不大于 熔洞直径，不大于
渣蚀 裂纹宽度不大于 0.25mm，长度不大于 裂纹宽度 0.26~0.50mm，长度不大于
裂纹宽度>0.50mm，长度不大于
单位
一级
二级
％
±1.0
±1.5
mm
±2
±3
％
±2
±2
mm
±1
±2
mm
1
1
mm
1.5
2
mm
3
5
mm
3
5
mm
3
5
不准有 不准有
（2）高炉其它部位：
都是环形圆柱体或圆锥体 ，需要楔 形砖和直形砖配合使用。
一般以G－1直形砖与G－3或G－5楔 形砖配合；G－2直形砖与G－4或G－6楔 形砖相配合。
楔形砖和直形砖配合砖数计算：
总砖数：
n D
b
式中：n——总砖数； b——砖大头宽度，mm； D——环圈外径，mm。
楔形砖数：
（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。
粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重 要，对于制品的尺寸允许偏差及外形分级 规定见下表。
粘土砖和高铝砖尺寸允许偏差及外形分级
允许偏差 长度
炉底砖长度 宽度 厚度 炉底砖，不大于
扭曲 其它部位用砖，不大于
式中：
D 2a
ns
b
b b1
ns——楔形砖数，砖型确定后，是一常数； a——砖长度，mm；
b——楔形砖大头宽度，mm；
b1——楔形砖小头宽度，mm；
每个环圈使用的楔形砖数ns只与楔形砖两头 宽度和砖长度有关，而与环圈直径无关。
用G－3砌环圈需要砖数
ns
2 3.14 230 150 135
97
煤气压力、料柱重量的10～12％； （2）砌砖存在砖缝和裂缝。
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；
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。
（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。mm不限制 Fra bibliotek限制mm
15
15
mm
不准有 不准有
3. 碳质耐火材料：
主要特性： （1）耐火度高，不熔化也不软化，在 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。
二. 砖型与砖数
1. 砖型： 直形砖和楔形砖两种。 砖的厚度一致；长度有230mm和
345mm两种，使错缝方便。
我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸见下表
高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸
砖型
砖号
尺寸，mm
a
b
b1
c
G－1
230
150
－
75
直形砖
G－7
230
115
－
75
G－2
345
150
－
75
G－8
345