大型锰硅合金矿热炉炉衬耐火砖砌筑

 

矿热炉是铁合金冶炼的主要设备，随着我国铁合金产业的飞速发展和受对高耗能企业的宏观调控，以及近年来矿热炉容量大型化的发展，炉衬作为炉体的重要部分，在冶炼过程中承受高温高热及炉料、炉渣的机械冲刷和物理化学侵蚀。因此，合理的设计、良的选材、精心的砌筑是延长矿热炉寿命的关键。

 

1、炉衬的工作环境和砌炉材料的选择

 

炉衬的质量直接影响炉龄的长短，炉衬应具有一定的强度和良好的绝热性能，不仅要承受炉料、高温炉气、熔融铁水的机械冲刷和炉渣的物化侵蚀，还要保证有良好的热震稳定性，如果选材不当或砌筑质量不达标，炉衬就会加快熔化、侵蚀甚至崩裂，从而导致穿铁漏炉，直接影响冶炼过程正常进行。

 

所以，炉衬的砌筑需根据各部位的温度差异和不良因素进行耐火材料的合理选用以达到提高炉衬的综合性能和使用寿命的目的，这是炉衬砌筑的基本原则。主要选用的材料有：石棉板、高铝骨料、高铝细粉、高铝砖、炭砖、黏土砖、粗缝糊、耐火泥、浇注料、碳素胶泥等。砌筑材料标准：具有较高耐火度，一定的强度（特别是高温强度），体积膨胀系数小，具有很高的抗热震性；耐物理化学侵蚀性能好；保温蓄热性能好等；加工精度高，外形符合标准；各材料保持清洁，不得混有泥土、灰尘等杂物，防止受潮、损坏。

 

2、矿热炉砌筑层次及选材

 

砌筑前合理设计图纸，如图所示。组织砌炉队伍及工具，按要求选购各种材料。目前，大型矿热炉炉衬的砌筑方法通常采用水冷炉壁和保温炉衬两种，本31.5MVA锰硅合金矿热炉炉衬的砌筑方式采用保温炉衬。

 

 

图注：矿热炉砌筑前图纸设计

 

1)绝缘层。

采用绝缘效果较好的石棉板，厚度10mm，共两层。炉墙也一样。

 

2)弹性层。

在绝缘层上面铺60～80mm厚的高铝骨料，炉墙绝缘层与耐火砖层预留100mm宽缝隙，填充高铝骨料，高铝骨料粒度范围3～12mm。

 

3)炉底及炉墙环炭耐火砖层。

大型矿热炉采用不少于10层炉底，本电炉采用12层炉底，由三种不同牌号的高铝砖砌筑，炉底耐火砖层厚度约900mm。炉墙环炭耐火砖采用双环砌筑，每环厚度230mm，总厚度为460mm。

 

4)工作层-炭砖层。

炉底炭砖共三层，自下而上，各层依次为预焙炭砖，两层半石墨炭砖，总厚度约l 200mm，炉墙环砌炭砖为半石墨炭砖，厚度为400mm。炭砖做好防氧化措施。矿热炉炉壳厚度30mm，内径12200mm，炉衬砌筑完工后炉膛深度3685mm，炉膛直径10200mm。出铁口炉眼下留铁层厚度200mm，电炉共设2个出铁口，出铁口短溜槽长度l000mm，出铁口夹角150°。炉底耐火砖第7层预埋4个测温热电偶（炉底中心1个，三根电心正下方各1个），炉墙四周预埋6个测温热电偶（环砌耐火砖第16层水平分布3个，分别正对三根电，第23层水平分布3个，与第16层3个垂直错位2m左右分布）。

 

整个电炉的砌筑要保证耐火材料的紧密性和炉衬整体性，足够的弹性层可确保炉衬的热胀冷缩性。炉底和炉墙的厚度以及均匀分布的测温热电偶可以减小穿铁漏炉的几率，提高炉衬保温蓄热能力，在热停炉或负荷较大时保证炉衬的热稳定性，确保正常冶炼。

 

3、炉衬砌筑

 

砌筑前首先对炉底进行清扫、除湿，炉底开6个小排气孔，按照图纸在炉壳对应位置计算并标注各层，特别是炉口位置。

 

1)炉底耐火砖砌筑

 

自下而上依次是两层石棉板的绝缘层，起绝缘隔热作用，在绝缘层上面铺80mm厚度的高铝骨料作为弹性层，在炉底弹性层捣固找平后确定炉体中心线、边线、分砖，该31.5MVA锰硅合金矿热炉采用12层炉底耐火砖层，砌筑顺序自下而上分别为：LZ-55高铝砖7层、LZ-65高铝砖2层、LZ-75高铝砖3层。砖型采用G-2型（尺寸为：345mm×150mm×75mm），砌筑方法为干砌法，砖层呈十字形交错，每层交错300~45。压住砖缝。砖缝≤2mm，每层砖缝由高铝细粉填充。炉底耐火砖层与炉墙绝缘层预留100mm宽缝隙作为弹性层并填充高铝骨料。炉衬干砌法水分少，利于烘炉，但是填充料孔隙度大，炉衬松散，不利于保证炉衬整体性。相比较，湿砌法用耐火泥浆砌筑砖缝，利于提高炉衬整体性，但因水分过多，烘炉期间消耗热量较多，不利于温度的稳定。

 

2)炉墙耐火砖环砌

 

炉墙耐火砖采用保温法砌筑，炉壳内壁铺两层石棉板，采用高铝磷酸盐耐火泥浆粘贴。预留80mm左右缝隙弹性层以高铝骨料填充，环砌砖采用高铝磷酸盐火泥浆湿砌，内外两环，选用LZ-65高铝砖，由G-1和G-3砖型以2：1的比例为基础砌筑配合弧度（G-1砖型尺寸：230mm×150mm×75mm；G-3砖型尺寸：230mm×150mm/135mm×75mm）)。环砌砖层共33层，当环砌砖耐火砖层达到一定高度时准备砌炉底炭砖。

 

3)炉底炭砖砌筑

 

炭砖厂家按照图纸设计制作加工，预拼装后做好编号，现场按编号砌筑。炉底炭砖共三层，自下而上，先平砌两层，然后待炉墙环砌炭砖完成后再砌第三层炭砖。每层炭砖砌筑前先清理干净，底下均匀涂上碳素胶泥，按炭砖编号先预砌，采用宽缝（50mm）砌筑方式，相邻炭砖之间错缝，各层炭砖错30°~45°码放，缝隙先用木楔顶住，待炭砖全部码放完后再微调砖缝，后以粗缝糊填充并捣实抹平，炭砖截面尺寸为410mm×400mm，两侧各加工两条宽60mm、深30mm的沟槽，各槽高低位置一致，以便打结粗缝糊及炉底烧结后砖缝接触更加牢固。

 

4)出铁口炭砖及炉墙炭砖环砌

 

出铁口炭砖采用半石墨碳化硅砖和预焙炭块组合砖，组合砖共四块，各块之间清理干净并均匀涂抹碳素胶泥，按编号码放砌筑，出铁口炭砖砌筑完毕后砌筑炉墙外出铁口短溜槽，采用LZ-65高铝砖湿砌法。炉眼砖砌筑时需和开堵眼机调试对接良好。出铁口炭砖两侧约750mm宽度耐火砖采用单环砌筑，约750mm×350mm×1800mm缝隙不留弹性层，采用刚玉浇注料浇注捣实。

 

炉底两层炭砖砌筑完毕后要进行炉墙炭砖的环砌，炉墙炭砖镶嵌于炉底第二层炭砖上方。砌筑方式采用无缝砌筑，砌筑前清理干净炭砖底部并均匀涂抹碳素胶泥，然后按编号码放。炉墙环砌炭砖与耐火砖之间留有50mm缝隙，在内侧摆放环砌炭砖，缝隙先用木楔顶住，待环砌炭砖全部码放完后以粗缝糊填充并捣实，环砌炭砖尺寸：l800mm×400mm/370mm×400mm，梯形截面保证环砌的弧度，两个出铁口将整个环砌分成两段，环砌时应先在出铁口炭砖两侧按照编号码放两块炭砖，每段均由出铁口炭砖两侧向中间砌筑，直到后中间会出现一处不规格尺寸的开口-合门，合门炭砖砌筑完毕后至此炉墙炭砖环砌结束。

 

5)炉底第三层炭砖砌筑

 

炉墙环砌炭砖完毕后砌炉底第三层炭砖，砌筑方法与前两层一样。此层炭砖按出铁口中心线两侧对称砌筑。第三层炭砖表面用粗缝糊铺100mm厚度并找平。此层粗缝糊作用是保护炭砖在烘炉期间不被氧化。

 

6)炉墙上部耐火砖层砌筑

 

环砌耐火砖层上面平铺高铝浇注料与环砌炭砖找平后开始砌炉墙上部耐火砖，采用LZ-55高铝砖，炉口法兰下部1000mm部位采用PN40黏土砖，炉壳与砌体间隙填充弹性层高铝骨料，炉口法兰下部约600mm部位开始收口。高铝砖与黏土砖砖型采用G-1、G-2、G-3、G-4搭配平砌(G-1砖型尺寸：230mm×150mm×75mm；G-2砖型尺寸：345mm×150mm×75mm；G-3砖型尺寸：230mm×150mm/135mm×75mm；G-4砖型尺寸：345mm×150mm/130mm×75mm)，砌法为湿砌法，用高铝磷酸盐火泥浆压缝砌筑。

 

7)炉底、炉墙保护层砌筑

 

炉墙上部耐火砖砌筑完成后，砌筑炉底和炉墙保护层，炉底保护层为在100mm厚的粗缝糊上面平砌一层PN-40黏土砖，炉墙保护层为一层PN-40黏土砖，采用立砌+侧砌，湿砌法，砖型为T-3型（230mm×114mm×65mm）。