铁合金厂电弧炉的炉衬砌筑检修

14000kv.A 矿热炉的炉衬砌筑检修工艺铁合金冶炼是一个在高温条件下进行的复杂的物理化学过程。

铁合金电炉炉衬在冶炼过程中，不仅要承受强烈的高温作用，而且还要承受炉料、高温炉气、熔融铁水和高温炉渣的物理、化学侵蚀和机械冲刷作用。

矿热炉在连续运行的情况下，其炉衬会受到严重的侵蚀，特别是两个出铁口周围的炉衬损坏更为严重，常常出现铁水刹穿炉壳事件。

1 耐火材料的性能及选用
通常把在高温条件下能承受高温作用、能抵抗铁液、炉渣、炉气侵蚀和机械冲刷作用，但仍能保持原有形状、尺寸和强度的砌炉材料作为耐火材料。

耐火材料性能的好坏，直接关系到矿热炉的使用寿命。

1.1 耐火材料的性能指标
耐火材料从其化学组成来看，它实际是由各种不同化学成份和不同结构的矿物相组成的，所以耐火材料的性能从本质上主要取决于耐火材料的矿物组成、矿物结构和矿物相分布等特征。

耐火材料的性能指标主要有耐火度、荷重软化温度、耐急冷急热性、高温体积稳定性和抗渣性等五项指标。

这些指标也是评定耐火材料使用质量的主要标准。

但是耐火材料在实际使用中，它不一定会同时承受上述各种指标性能作用，我们必须根据实际的工作条件，正确选择耐火材料，既能保证炉衬的使用寿命，又能降低生产维修成本。

所以，耐火材料的选择上必须坚持原则。

1.2 耐火材料的选择原则
1.2.1 选择的耐火材料，必须是能对引起其破坏的最主要因素有良好的抵抗能力。

1.2.2 选择的各种耐火材料之间必须有合适的配合，防止部份位置损坏过早，尽量做到炉衬均衡蚀损。

1.2.3 选择的耐火材料的等级要和使用要求相配合，尽可能降成本。

1.2.4 选择的耐火材料要保证在高温氧化气氛中相互之间不能有反应发生，避免炉体过早损坏。

所以，在铁合金冶炼生产中，选用哪种耐火材料作为炉衬，应取决于冶炼工艺要求、材料性能、资源和成本。

1.3 耐火材料的选用
矿热炉砌筑炉主要选用碳砖、高铝砖为主材，同时选用的辅材主要有冷捣糊、磷酸、石墨粉、玻璃水、耐火泥、耐火粒、石棉板、高温水泥。

2 挖炉
挖炉是指挖（清）出炉膛内未反应的原料、半还原料。

挖炉工序为：清除未烧结原料——水套及电极锁定——风钻打炮眼——放炮炸松炉料——清渣。

放炮时必须请有放炮资格并有炉膛内放炮经验的炮工进行, 放炮打眼深度不宜过深，每次装药量控制1～1.5 节为宜，每次放炮不宜超过3～5 炮，随着挖炉深度的增加，最好减少每次的放炮量。

3 砌筑
炉衬的使用寿命除了与冶炼操作制度和耐火材料的质量有关外，
筑炉的质量是十分重要的影响因素。

炉体的砌筑结构见图1。

3.1 筑炉的基本技术条件
3.1.1 筑炉的所有材料必须符合图纸设计的要求。

3.1.2 砌体的加工应按图纸规定进行。

3.1.3 保持炉内清洁、干燥，不得有水落入炉内，温度应在5℃以上。

3.1.4 砌体材料尽量保证干燥，太潮湿的砌体材料不准使用。

3.1.5 炉底保持平整，其不平度不能大于15mm。

3.2 碳质炉衬的砌筑
3.2.1 碳砖的性能及技术指标碳砖主要是由碎焦炭、无烟煤、煤焦油或沥青制
成，碳砖的主要
性能指标：耐火度大于2273K，荷重软化温度2073K（0.2mpa 时），耐压强度25mpa，耐急冷急热性好，抗碱性渣合格，但抗酸性渣不好，对熔融金属有较好抵抗作用。

所以，从碳砖的性能数据可以看出，碳砖不仅抗压强度大，热膨胀系数小，耐磨性好，高温下机械强度不降低，耐火度和荷重软化温度高等优点。

但是，碳砖在高温条件下极易氧化，而且其导热系数和导电系数都较大，因而把碳砖仅用于炉底铺设两层及出铁口流槽，炉墙全部选用高铝砖。

3.3 筑炉准备工作
材料按要求备齐，严格进行质量验收。

炉底碳砖和出铁口碳砖予加工，炉底碳砖断面及侧面打孔，孔径φ25mm，孔深约50mm即可。

断面打孔5个，侧面打孔视碳砖长度打孔6～8 个。

出铁口碳砖选用长度为1.5 米的，并加工长度为900mm一定斜度的斜面，在斜面中心线上开
φ130mm的半圆流槽。

对炉壳进行检查，其中心和极心圆中心要对准，炉底平面公差控制在15mm以内。

3.4 碳砖的预铺和砌筑
3.4.1 碳砖的预铺
碳砖在砌筑前，先要在炉外进行预铺。

在一块平整的空地上以炉底第一层碳砖直径画园，按第一层碳砖铺设摆放图在园内预铺。

预砌从圆的中心线开始，先铺第一排碳砖，然后分两边预铺碳砖，每排及每块碳砖间的距离为65mm。

预砌时，碳砖多余的部份应去掉，去掉碳砖多余的棱角可以使用风钻钻孔后打掉较大的部份棱角，然后用角磨机安装切割刀片切割修整或用凿子人工修整。

总之，应尽量保证预
铺的碳砖外圆表面平整，制成一定量的不园度。

碳砖加工完毕，在碳砖表面标上顺序记号，以便在炉内砌筑时不打乱相互位置。

预铺的第一层碳砖见图2。

预铺完毕并标上记号后，应在每块碳砖的端面和侧面打孔，打孔可用风钻，孔径φ25～30mm，孔深50～70mm。

用打孔代替开槽，大大提高工效，打孔的目的主要是增强碳砖之间的连接强度，避免在受到一定量的铁水侵蚀时抵抗凸起或控制凸起程度，保持碳砖的表面平整，防止铁水的进一步扩大侵蚀。

打孔位置在碳砖的六个面上均匀排列。

3.4.2 碳砖的砌筑
因炉底粘土砖未拆除，所以在炉底找平和清理干净后，即可进行炉底第一层碳砖的砌筑。

首先在炉壳壁铺石棉板，但不留缓冲层，然后砌碳砖周围的炉墙高铝砖，当砌到400mm高度左右即与碳砖厚度大致相同时，可砌炉底碳砖。

碳砖进入炉底铺设时，应与出铁口方向呈120 度夹角，碳砖与碳砖及与炉壁高铝砖之间的间隙控制在40～50mm。

调整好碳砖位置后，碳砖间隙用木楔子全部固定，防止在碳砖打结时发生移动。

第二层碳砖在第一层碳砖砌筑完毕后即可进行，其方法与第一层碳砖相同。

如图3。

在砌筑第二层碳砖时重点是出铁口碳砖的砌筑，
如图4 所示。

在这里方炉梅主要是对骑马碳砖起保护作用，在出铁开眼制度好的情况下，也可以不用方炉梅，减少出铁口的打结缝，对延长出铁口的寿命是有好处的。

铁合金冶炼也包括硅铁合金的冶炼最宜被侵蚀的其实还是砖缝，打结糊的质量、打结工艺控制、打结方法及打结致密度对碳砖之间的连结、抵御恶劣的工作条件是至关重要的。

本次2 号炉的砌筑选用了宁平生产的碳砖及其配套冷捣糊。

冷捣糊主要由无烟煤、冶金焦粉沥青、蒽油等经特殊处理加工而成，在使用上比底糊要简单，加热工艺要更为便于控制，作业条件也要优于底糊。

冷捣糊在使用前进行加热炒制，炒糊前必须把粗的粘结颗粒捣细，并不得有其他异物混入，炒糊过程中要控制火力，不断翻炒，并用浸湿水的麻袋盖住，便于温度保持及均匀传递，炒糊温度控制在60℃± 5℃范围内，温度过高或过低都会对糊的质量和打结产生较大影响。

炒糊质量可由经验判断，即炒糊时产生的烟为黄色，用手捏糊时能成团，松手后能均匀散开，盛装入桶中时糊松散且有均匀的下沉之感，即本行俗语说的有走动现象。

炒糊地点要尽量选择离使用地较近，这样便于冷捣糊在倒入碳砖缝时还能保持温度不下降，每次加入的捣固料不宜过厚或过薄，控制在80～100mm的厚度为宜，每捣固一层后要扒松表层，再加一层料再捣固，直到捣满后还要高出缝处20～40mm，以备烧结后下缩。

炉底的寿命主要取决于砖缝的处理好坏，施工时一定要认真操作。

砖缝的打结以风镐捣固为主，人工捣固为辅的捣固方式。

风镐动力源使用了环保除尘装置的空压机为风源。

使用的风镐为YT24 型，打结缝前要事先准备好150×500mm、200×30mm、120× 50mm等各种规格的打板。

打板使用前要加热但不能烧红，使用时打板温度低了要及时更换热的打板。

打结缝一直要到捣固料不再下沉为止。

整个捣固操作必须均匀、有力、迅
速。

3.5 炉墙砖的砌砌
炉墙砖选用的是一级高铝砖T3、T19 两种规格。

高铝砖主要由高铝钒土和耐火粘土制成，其性能和技术指标表现为：耐火度1790℃；
使用温度1650～1670℃；荷重软化点（0.2mpa 时）1500℃；抗压机械强度777～1620kg/cm2；氧化性气氛较好，不毁坏；还原性气氛在1800℃以下有较好的抵抗；对熔融金属也有较好的抵抗。

从高铝砖的性能技术数据不难看出，其表现的主要性能特点是：耐火度、荷重软化点温度高，抗渣性好，机械强度大，并且这些性能随着AL2O3 含量的增加提高很快，但也有耐急冷急热性不好的缺点，并且当AL2O3 含
量大于22%时表现最为显著，但这个缺点不对我们的炉子产生大的影响。

3.5.1 灰浆的配制
修筑两个0.6m3的灰浆拌料池，一个为发酵池，一个为取料池。

灰浆用耐火泥、磷酸加水配制而成，发酵拌合比例为耐火泥：磷酸：水等于1：0.25 ：0.25 或1：0.20 ：0.25 。

发酵12 小时以上才能使用，使用时视浆的稠度可适量调剂。

在发酵时要不断对灰浆进行多次搅拌，确保灰浆达到一定的粘稠度，以便于砖的砌砌。

3.5.2 炉墙砖的砌筑
如图一所示，在炉底碳砖周围与炉壁钢壳之间只作石棉（厚度为
б10mm）隔离，并不留耐火颗粒填充的弹性缓冲层，但在第二层碳砖面开始在石棉板与高铝砖之间留有60mm的缓冲弹性缝，用3～8mm耐火颗粒填充，主要是防止炉衬砌体受热膨胀而胀坏炉壳，同时也起到保温隔热和
烘炉时便于气体排出的作用。

炉墙高铝砖砌砌时，先砌三块标准型T3砖，再砌一块楔形T19 砖，并视具体情况调节，主要是要控制好圆度要求，不能砌成椭圆或不规则圆周。

砌砖时要控制砖缝不要过大，一般应小于2mm。

每彻三层砖后应及时在弹性缓冲缝中加入耐火颗粒。

砌砖时还要特别注意不要损坏石棉板，决不允许耐火材料与炉壁钢壳直接接触。

当砖砌到距炉顶平面650mm时向外圆方向收成阶梯形，共分六层收好，其目的有便于捣炉时的操作，防止因捣炉损坏炉墙砖。

3.6 出铁口碳砖的砌筑
出铁口碳砖的砌筑是整个筑炉工作的重要工序步骤。

出铁口常因处理不当而漏炉，或向内加速氧化造成损坏停炉。

出铁流槽使用了长
1.5m 碳砖自制而成，从筑炉和使用经验来看，应选用较长尺寸如
1.8 ～
2.0m 碳砖为宜，这也是充分保护出铁口延长使用寿命的措施之一。

出铁口的砌筑详见图四所示，从图中可以看出，方炉梅起到隔离碳砖与氧气直接接触的作用，重点是对骑马碳砖起到一定的保护作用，但它也增加了出铁口骑马砖的接缝，且该处接缝的打结相对较困难。

筑炉安装出铁口流槽碳砖时，流槽碳砖应伸出出铁口炉壳钢壁
100mm，这是为了便于出铁嘴接缝打结施工。

在流槽两边必须各立一块400×400×800 的碳砖与骑马碳砖等高，超出炉膛内圆的部份要进行修整光圆，保证铁水的流畅。

4 炉体的绝缘监测
因为炉体内大量使用碳质耐火材料，而碳质材料有较强的导电性能，
在筑炉过程中稍有不慎或绝缘监测不到位时，一但在筑炉完毕发现漏电严重时，检查漏电点是一件很困难的事。

所以绝缘检查必须采取工序过程监测的办法，即每一道工序结束后都要进行绝缘测量，如第一层碳砖打结完毕必须进行仔细的绝缘检测才能进行第二层碳砖的工作。

绝缘检测主要是对炉内耐火材料特别碳质材料与炉壳钢壁之间的绝缘检查。

可以用经验法检测，那就是利用电焊来检测，如果电焊条在碰及碳砖时只有轻微的电火花而不能起弧时视为绝缘合格，否则要立即查找接地点并排除。

5 电极极心园的调试
由正三角形配置的三根电极的圆心所形成的圆就是电极极心圆，所以极心圆直径决定了电极的布置位置，直接影响到三相电极间的熔化贯通、功率分布及坩埚区大小，以致影响到冶炼炉况的正常工作。

那么炉内能量消散是按平方关系进行的，电流在离开电极通过电阻作用的周围狭窄地带时，电能转化为热能。

热量由电极尖端表面辐射出来，电极端部区段内形成了最大热量集中区，随着离电极端部距离的增加温度逐渐降低。

这样炉料能否充分熔化还原与此部位距电极的远近有关，可以看出炉子中熔化反应区是沿电极周围呈半球状分布的。

当功率一定，电极直径使用品种一定时，那么不同的电极间距即极心圆直径将会产生不同的结果。

所以它是影响冶炼过程的重要的设备结构参数，因在挖炉前不得不炸断已烧结的电极，加上炉子在长期工作中极心圆会发生变化，对这个参数的调整是非常必要的。

电极极心圆调整适当，三相电极电弧作用这部份相交，炉心三角区能相互串通，这样可以获得“坩埚”大，炉温高，炉心吃料快。

电极极心圆太大，每两相电极间距就会增大，在两相电极间的下部反
应区不能沟通或不能完好沟通，炉心热量不足易造成三相隔绝现象，使坩埚缩小，三相铁水不能流通，铁水流不出来，造成电极上抬，且会因电极靠近炉墙，极易造成炉墙烧坏。

电极极心圆过小，每相反应可达到另一相，三相功率重叠热量过于集中在炉心，使电极之间的炉料电阻降低，电极下插困难，炉心熔化过空，还
会加剧炉内温度分布不均，因温度过高，炉料元素容易挥
发，造成损失。

所以，根据炉膛深度尺寸，炉膛直径，电极直径及负荷使用情况，多方兼顾，按理论公式d 极=K×D电（式中K为经验值，一般取2.25 ～
2.8 ），我们取K 值为2.65 ，即极心圆直径为φ1775.5 mm，相距为870mm，误差不超10mm，属取稍偏大值。

同时在调整电极极心圆时，还要同时调整电极的垂直度，确保电极垂直，可以从炉内测量调整，导向水套测量和上把持装置处测量相结合来进行调试。

6 几点想法
6.1 出铁口流槽和骑马碳砖的尺寸选择
出铁口是侵蚀较严重的部位，出铁口的正常使用虽与开炉制度紧密关联，但在合理的开炉制度下，出铁口的维护工作量也是较大的。

所以，根据炉子的情况，出铁口流槽碳砖最好使用1.8 ～2.0 长的，保持出铁口底部的整体性，可极大地避免接缝侵蚀损坏。

而骑马碳砖的长度受石棉垫层，弹性缓冲间隙，方炉梅、高铝砖厚度等的控制，为保证内圆周的平齐，骑马碳砖的长度尺寸致少应为620mm，购砖时应考虑为700mm长度。

6.2 方炉梅的使用是为了避免骑马碳砖的高温氧化，但市场能购到的方炉梅的尺寸为400×112×228mm，这与400 高的骑马碳砖高度误差了
172mm，即方炉梅顶部空间只能用底糊打结填实。

在生产过程中遇到炉眼上移的情况下，方炉梅易受到损伤，造成该处铁水侵蚀，损坏出铁口。

根据出铁制度少用或不用氧气开炉的情况，可以取消方炉梅而改用全部骑马碳砖，将起到更好的保持出铁口工况的作用
6.3 石棉垫层和弹性缓冲层主要是起绝热作用和满足炉衬热膨胀的要求，避免热膨胀力直接传递给炉壳，产生炉壳炸裂等问题。

但石棉纤维导热系数0.07 ，较大。

如改用矿渣棉（导热系数0.048），硅酸铝耐火纤维毯等材料，可大大降低炉体散热，保温效果要比石棉板好，这些材料的价格较高些，但整体效果是有利的。

如果选用较薄型的耐火纤维毯，并留较小的弹性缓冲间隙，会大大降低成本和增加使用效果，同时还能降低电耗成本。

6.4 施工组织。

筑炉是一项较复杂且劳动强度大的工作，好的施工组织可大大提高工作效率，减小停炉检修时间，其中材料组织特别是主材的组织尤其重要。

以本次筑炉来看，在高铝砖的组织有不妥之处。

该砖从制坯、烧制出窑、分拣等需一个月以上的时间，在采购组织上必须了解它的生产过程，不能急于求成。

否则，难以保证质量，给以后的炉子使用带来不必要的麻烦和损失。

耐火材料内在质量是关键的因素，我们自己无法进行检测，可以申请有能力、资质的第三方检验，确保耐火材料的质量是保障炉子正常使用的基础。