[科普中国]-高炉炉底

简介

高炉炉底砌体受到的高温、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。我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力1。

炉底内衬结构及耐火材料根据对炉底侵蚀机制的分析，要延长寿命，应该为炉缸和炉底选择合理的结构和耐火材料。

炉缸和炉底内衬结构国内外高炉炉底、炉缸采用的内衬结构形式大致可分为两大类：一类是全炭砖结构，另一类是炭砖与陶瓷材料结合的结构。从传热角度来说，全炭砖炉底结构为完全导热型，通常称之为散热型结构；而炭砖与陶瓷材料结合的炉底结构为隔热与导热的结合，通常称之为保温型结构。

全炭砖结构全炭材料的炉底结构是按高导热原理设计的薄壁结构，它强调通过高热导率的半石墨质炭块将热量传递给冷却系统而实现热平衡，同时利用良好的导热性在炉缸内侧壁部位降低工作面（热面）温度，并形成渣皮状附着物，将800 ℃等温线推至炭砖以外，从而保护炉缸内壁，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。

陶瓷复合结构炭砖－陶瓷复合结构是按隔热原理设计的厚壁结构，它强调在采用高热导率的炭块将炉缸热量传递给冷却系统的同时，通过增加具有耐高温、抗渣碱侵蚀、耐冲刷和良好抗热震性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，将炉缸内的炭质材料与铁水及混合物分隔，从而在相当一段时间内杜绝了铁水对炭质材料炉缸的侵蚀，实现了炉缸系统的安全、高效、长寿2。

炉底耐火材料的材质高炉耐火砖衬的寿命，特别是高炉炉底的寿命，决定着高炉的寿命。在选择高炉耐火材料时，不仅要考察耐火材料的强度、气孔率等基本性能，还要从与侵蚀介质的适应性方面考虑，如抵抗铁水、炉渣和碱金属的侵蚀以及导热等性能。

炭砖我国高炉炉底用炭砖主要是从国外进口的微孔焙烧大炭砖和热压小炭砖。热压小炭砖主要是NMA、NMD（70%石墨质）；微孔大炭砖主要是3RD－N 微孔炭砖及7RD－N 超微孔炭砖和BC－7S 微孔炭砖、BC－8SR 超微孔炭砖。国内的炭砖产品也得到了较快的发展，典型的有半石墨炭砖、微孔炭砖、低气孔自焙炭砖等。

国产半石墨质焙烧炭砖和微孔炭块的性能，如平均孔径、耐碱性、铁水熔蚀指数等实测指标已接近或达到先进水平，但一些指标与国外相比仍有较大差距：

(1) 进口优质炭砖的热导率明显高于国内炭砖的，约高20%；

(2) 德国SGL 公司炭砖的尺寸公差在±0.2 mm 以内，且砖表面基本看不到局部疏松、孔洞、缺棱、掉角等缺陷；但国内炭砖尺寸公差都在± 0.4 mm 左右，且砖表面还有局部疏松、孔洞、缺棱、扭曲、掉角等缺陷；

(3) 大块微孔炭砖内部的孔隙直径，外先进水平是陶瓷材料

炉底陶瓷垫一般选用刚玉－莫来石材料。国产刚玉－莫来石材料的性能与进口材料的接近，完全可以满足陶瓷垫的使用要求，而且价格便宜。炉缸陶瓷杯壁用法国MONOCORAL 大预制块较好，虽然国产刚玉－莫来石、复合棕刚玉材料在性能上达到要求，但因其块小，砌筑要求高，且在受热后应力分布不均匀，易造成局部坍塌、漂浮而破损。

炭素捣打料炭素捣打料主要用于炉底炭砖以下及炉缸炭砖与冷却壁之间的缝隙。由于炭砖热导率大，而且应用了铜冷却壁，如果捣打料的热导率仍然很低，将严重影响冷却壁的冷却速度，大大降低冷却效果，阻碍炭砖和铜冷却壁高导热性能的发挥，最终影响高炉寿命。高炉上使用了炭素捣打料。这种捣打料虽具有热导率高，常温施工无有害气体逸散，施工劳动条件较好等特点，但其主要原料为人造石墨，由于人造石墨的固有特性，施工捣固密实度低，找平较困难，从而影响了炉底的传热条件。

充分利用我国质优、价廉的半石墨化高温电煅无烟煤资源（根据使用要求，还可以生产石墨化度> 30%、灰分质量分数2% ～ 3% 的高温电煅无烟煤），并加入超微粉添加剂生产的炭素捣打料，在热导率与日本炭素捣打料相当的情况下，捣打密实度提高了15% ～ 20%，施工捣固速度加快，并提高了炭捣体的质量。在实际生产中，严格检查炭素捣打料的质量和捣打密实度，对于大型高炉炉缸和炉底的安全、长寿具有极为重要的作用3。

炉底的维护高炉稳定顺行生产实践表明，长期稳定顺行的炉况，不仅是高炉高产、低消耗的先决条件，也是延长寿命的必要条件。在冶炼过程中，各种炉况失常，都不可避免地导致炉底热负荷的大幅度波动。有些处理措施对炉底还有直接的破坏作用，如加洗炉剂洗炉。因此，要维护好炉底，必须要使高炉稳定顺行，减少炉况波动。

控制好生铁成分铁水中硅和硫含量的高低直接影响铁水的流动性: 流动性太好，则对炉底的侵蚀加剧；流动性太差，则影响高炉的生产，造成炉况的波动，也对炉缸、炉底造成损坏。根据高炉的运行情况，一般控制硅含量在0.5%( w) 左右，硫含量控制在0.02%( w) 左右，并根据高炉顺行情况和炉底侵蚀状态随时调整。

减少碱金属的富集为了减少碱金属等有害元素在炉内的富集，应采取以下措施：

(1) 优化配料，合理配矿，限制入炉碱金属负荷。

(2) 控制煤气流分布。根据炉况及时调整相关操作制度，以“发展中心气流排碱”为手段，调整热制度和造渣制度，以确保铁水温度和良好的炉渣流动性，有利于碱金属等有害元素随炉渣及时排出，减少其在炉内的停留时间。

(3) 适当降低炉温。碱金属硅酸盐的还原是个强吸热过程，反应要在较高的温度下进行。对高炉渣中（K2O + Na2O）与[Ti]含量的数据进行的回归分析表明，炉温升高有利于生成钾和钠蒸气。因此，降低炉温有利于炉渣排碱，但对脱硫和炉渣流动性都不利。

(4) 控制炉渣成分，适当提高渣量。提高渣中MgO 含量，可改善炉渣流动性；适当提高渣量，不仅可增加有害元素随炉渣的排出量，还有利于降低渣的Al2O3含量1。

炉底压浆炉缸和炉底部位侧面的热胀冷缩使砖衬中产生缝隙，在休风时可以有计划地采用压浆处理。针对炉缸铁口处工作环境最恶劣的特点，加强铁口处的压浆，将铁口煤气火压到最小。一般采用与环形炭砖同材质的耐火泥浆压入铁口处。在正常生产过程中对炉缸进行在线压浆维护，能有效消除炉缸砖衬间的间隙，提高炉缸冷却系统的冷却效果，减缓炉缸砖衬的侵蚀。

压浆料必须具备以下基本性能：首先应具有良好的流动性和压入施工性能，便于压入施工的顺利进行；其次，压浆料的膨胀系数、热导率等应与炉缸、炉底所用炭砖的基本相似。为此，压浆料多选择炭素胶质浆料，其主要原料为焦油、炭粉、电极粉、煤粉等1。