铁合金矿热炉炭质炉衬砌筑维护及开炉要点

铁合金冶炼矿热炉能否长期稳定顺利运行，炉衬寿命是关键。炉衬寿命长短取决于炉衬的砌筑、开炉、日常维护，笔者针对炭质炉衬这几方面以往存在的问题有针对性的提出了相应的砌筑、开炉、维护要点，从而解决炭质炉衬使用寿命不理想问题，为矿热炉长期稳定运行提供有力保障。

炉衬砌筑方式及使用材料

炭质炉衬砌筑按冷却方式分:保温炉衬砌筑、冷却炉衬砌筑和冷热混合炉衬砌筑。

炭质炉衬按整体性分:有缝砌筑、无缝砌筑和整体捣打炉衬。

目前使用炭质炉衬的各铁合金品种基本采用以上三种。合金品种不同采用冷却方式不同:硅铁、工业硅基本都采取保温炉衬有缝、无缝砌筑;锰硅合金、碳素锰铁既有保温无缝、有缝砌筑又有冷却无缝或整体捣打砌筑，目前大部分采用复合砌筑，底部用一层炭砖，上部使用冷捣糊(1~1.2m)。

砌炉所用炭质材料:普通炭砖、电极糊、自焙炭砖、冷捣糊、微孔高导热炭砖。

其他砌炉材料:黏土砖、高铝砖、碳化硅砖、黏土粉、黏土粒、石棉板。

各种砌筑方式炉衬砌筑图

高碳锰铁、高碳铬铁等的常用炭质UC冷凝炉衬、电炉冷捣糊(炭砖)保温炉衬结构图以及锰硅合金电炉冷却炉衬砌筑内衬图如图1至图3所示。

1/6/ 18-高强磷酸盐耐火混凝土 ； 2-微孔石墨-碳化硅铁口砖 ； 3-炭素捣打料 ； 4/7/ 16-黏土砖 ； 5-1520 ℃冷凝等温线 ； 8-轻质黏土砖 ； 9-喷淋水围管 ； 10/ 15-高铝砖 ； 11-石墨捣打料 ； 12-低气孔率焙烧炭块 ； 13-高导热石墨瓦 ； 14-高导热石墨块 ； 17 炉底集水槽

图1 常用炭质UC冷凝炉衬

1-石棉板 ； 2-轻质保温砖 ； 3-普通耐火砖 ； 4-高铝砖 ； 5-保温炭素糊 ； 6-微膨胀冷捣糊 ； 7-石墨、半石墨砖或碳化硅砖 ； 8-碳化硅刚玉浇注料 ； 9-细缝糊 ； 10-保护砖 ； 11-弹性层

图2 电炉冷捣糊(炭砖)保温炉衬结构图

1-耐火砖 ； 2/15-弹性层 ； 3/5/18-炭砖 ； 4/12/19-冷捣糊 ； 6-硅酸铝板 ； 7-半石墨碳化硅铁口砖 ； 8-糊料 ； 9-盖砖；10/11-刚玉浇注料 ； 13-速凝炭素捣料 ； 14-石棉板 ； 16-黏土砖 ； 17-高铝砖

图3 锰硅合金电炉冷却炉衬砌筑内衬图

炭质炉衬常规砌筑流程

3.1炉底预砌

先在炉体附近的空地上用木板铺平，在木板上以炉底第一层炭砖半径画一圈，全部炭砖都要在此圈上预砌。预砌从圆的中心线开始，先铺第一排炭砖，然后两边分别砌筑炭砖，每排及每块炭砖间的距离为40~50mm。预砌时，应去掉炭砖多余的部分。炭砖加工完毕后，在砖面上标好顺序记号以便砌筑(预砌可以由炭砖生产厂家根据提供的尺寸来完成)。

3.2炉底砌筑

在炉底紧靠钢板上先铺一层10mm厚的石棉板，石棉板接触缝要叠放;然后在石棉板上铺一层80~100mm黏土粒(粒度3~8mm)后找平炉底，黏土粒既可缓冲炉体加热后所产生的膨胀力又能起到加强保温的作用。

在炉底黏土粒层上干砌第一层耐火砖，砖缝应小于2mm，水平砌公差小于5mm，检查合格后再砌第二层。第二层、第三层干砌(不宜湿砌)。在炉墙四周，从炉墙开始直至炉口砌筑8~12个(大电炉适当增加)排气孔。

炉底砖一般采用人字形砌法，每层砌砖方向与前一层错开30~50°，共砌8~10层(各台电炉有所差异，按实际砌筑，大电炉为提高炉底耐火度，炉底上部可大部分采用高铝砖)。砌炉底黏土砖的同时放炉墙石棉板，留出弹性层的空间位置(80~100mm)。每砌完三层黏土砖填充一次黏土粒。

砌完炉底黏土砖层后，砌炭砖围墙黏土砖层(围墙宽度230mm)，与炉壳之间的弹性层同炉底一样，砌到一定高度后，铺第一层炭砖。炭砖之间、炭砖与围墙之间留40~50mm的缝隙。砌第一层炭砖时，砌筑炭砖方向应与一侧出铁口方向交错成120°，此后每层炭砖都交错60°，第三层炭砖正对出铁口;摆放炭砖之前铺水平糊(石墨粉与水玻璃之比为2∶1)10~15mm，炭砖摆正，摆好每层炭砖后，砖缝之间用木楔紧固，以免发生移动。底糊(挥发分相对低)加热良好，倒入炭砖立缝，每次倒入厚度不超100mm，分层捣固夯实。每条缝要求填满、填平捣实(使用化糊机化糊需要使用喷灯加热进一步使挥发分挥发)。第三层炭砖必须与一侧出铁口中心线平行，中间的一行炭砖从出铁口伸出100mm(高度与方向皆合适)，作为与出铁口流槽炭砖接口。

3.3炉墙砌筑

炉底炭砖砌完并检查合格(水平公差不超过±5mm)后，砌炉墙围墙黏土砖，放石棉板，黏土砖与石棉板之间留80~100mm弹性层。每砌3~5层填充一次黏土粒。

炉底两层炭砖砌筑好后(也可在炉底三层炭砖)，开始砌筑炉墙炭砖。炉墙炭砖距黏土砖50~80mm，其内用热电极糊(与炉底捣打糊相同)充填。

炉墙炭砖底下仍用水平糊充填，其厚度小于5mm。为延长炉衬寿命，炉墙炭砖缝捣固后，炭砖上部炉口部位要采用优质黏土砖(高铝砖)砌筑成阶梯形。为了补偿炉底炭砖立缝底糊加热后的收缩，在底糊缝面上铺打宽约100mm、高约30mm的筋条，边缘直角处也用底糊填充打结。炉墙炭砖上表面水平公差为±8mm，其与炉底炭砖接缝处小于5mm，立缝内侧为40mm，外侧为70mm左右;炭砖和围墙间立缝为40~50mm(捣打糊)。

炉墙炭砖上面砌黏土砖(高铝砖)，逐渐向炉壳方向收缩砌成梯形，在上面三层砖的外侧不留弹性层，排气孔至炉墙上沿，其出口处用砖覆盖住。

3.4出铁口流槽砌筑

在流槽铁板上面铺一层石棉板，其上放两块加工过的小炭砖(400mm+600mm)，两侧用黏土砖卡住，外炭砖必须比流槽铁板长100~150mm，炭砖缝隙与流槽表面填电极糊，使其烧结牢固。

炭质炉衬的剖面图如图4所示，炭砖砌筑图如图5所示，炉墙炭砖砌筑图如图6所示。

1-排气孔 ； 2-炭砖 ； 3-补偿帽 ； 4-黏土砖 ； 5-石棉板 ； 6-弹性层 ； 7-黏土砖层 ； 8-炉壳

图4 炭质炉衬的剖面图

1-弹性层 ； 2-黏土砖围墙 ； 3-出铁口流槽炭砖 ； 4-出铁口流槽炭砖底糊缝 ； 5-出铁口流槽黏土砖 ； 6-出铁口炉底炭砖 ； 7-炉底成行排列炭砖 ； 8-炉底炭砖糊缝 ； 9-围墙与炭砖间底湖缝;10-出铁口炉底炭砖与围墙间底糊缝 ； 11-出铁口流槽

图5 炭砖砌筑图

1-出铁口流槽 ； 2-出铁口黏土砖围墙与炉墙炭砖之间底糊层 ； 3-炉墙炭砖 ； 4-炉墙炭砖之间立缝 ； 5-炉膛 ； 6-弹性层

图6 炉墙炭砖砌筑图

各种方式衬砌筑要点

4.1保温炉衬

4.1.1炉底干砌

炉底黏土砖或高铝砖原则上不采用湿砌，尽量避免含水，防止未来受热水汽蒸发无法外排而引起炉底向上膨胀造成炭砖结构破坏而导致漏炉。

4.1.2炉底耐火材料先期烘干

如果采用湿砌或砖含水较高，必须在炉底黏土砖或高铝砖砌完后采用煤或木材烘干，一般烘干24h以上，水汽基本排出后再砌炭砖或捣打冷捣糊，保证炉底干燥;即使干砌因为耐火材料也含有不等的水分，受热后所含水分外排，与其烘炉送电后外排不如在未砌炉底炭质材料之前排除(易排出)，使炉衬送电后更安全，否则，开炉后危害炉衬的炉内外排水汽基本来自炉底耐火砖，是漏炉根本原因。

4.1.3对材质水分要求

黏土砖或高铝砖进厂前必须和供货单位协调好，作为砌炉底(与砌炉墙分开)使用，含水在要求范围内(<0.2%)。从源头控制水分，超标不允许使用，否则隐患巨大。

4.1.4炉壳打排气孔

砌炉前在炉底耐火砖层(中、上部)炉壳纵向打两排、横向打16个方形排气孔(100mm×100mm，内部有网)，为后期升温排气做准备(适用于所有砌筑方式，尤其冷却砌筑)，送电后气体排完将此方孔用原炉壳板重新焊好(新增加排气通道)。

4.1.5炉墙黏土砖排气孔

传统保温炉衬从炉底黏土砖层以上，炉墙黏土砖(230mm)要均匀留排气孔14~16个，一直留到炉墙顶端，作为主要排气通道(次要排气通道)。

4.1.6留好炉墙弹性层

凡留弹性层的部位弹性层厚度要合理且其填充物为有一定粒度黏土粒(8~20mm)，起到弹性层和排气作用，不宜过薄(应留80~100mm)或使用小粒度填充物(影响弹性层透气性)。

4.1.7炉墙排气孔

采用冷捣糊捣打或冷却炉衬砌筑，自冷捣糊或高导热炭砖之上，均匀留排气孔14~16个。

4.1.8炉墙重点部位砌筑

炉墙一般立炭砖高度1200mm，出铁口及电极小面上部因炉底易上涨(尤其高硅)对黏土砖或高铝砖侵蚀严重，为此，这几个部位可以在原有立炭砖基础上捣打600~800mm电极糊(炉墙炭质材料砌筑为长城形状)，或采用夹心方式中间用电极糊捣打两侧砌砖，防止烧穿;黏土砖在抗渣侵蚀上较高铝砖好，耐火度不如高铝砖，原则上使用黏土砖。夹缝中灌糊电极糊时要求电极糊基本挥发到70%~80%，人工捣实，使用化糊机化糊则需分层用烤枪加热挥发。

4.1.9有缝砌筑时缝糊的选择

采用有缝砌筑时，不宜使用冷捣糊(或细缝糊)填充炭砖间缝隙(软化点低、挥发分大、未提前熔化挥发)，易导致渣铁渗透而引起翻炉底;应采用低挥发分电极糊(填充前熔化挥发至70%)填充捣实(炭砖缝下部可以填充石墨粉捣实约1/2高度)。

4.1.10 炉底夹层砌筑

三层炭砖在1~2，2~3层之间打结50~70mm已经化好的电极糊(冷捣糊或电极糊熔化挥发不低于50%，挥发不好易鼓包、气孔率大蓬松)，捣实捣平后在上面砌筑第二层炭砖，每一水平层炭砖之间采用有缝砌筑，使三层炭砖形成一个整体。存在问题:主要有打结电极糊熔化程度控制、烘炉速度，如何保证电极糊烧结良好，挥发空隙少不鼓包，不发生事故。

4.1.11炉壳密封

保持炉壳及出铁口密封良好，防止炉墙和出铁口碳质材料氧化。

4.2冷凝炉衬(高导热砖)

冷却炉衬炭质材料特别是紧贴炉壳材料，需具有优良的导热性能，确保耐火材料的热面温度低于它的临界温度。靠近热面工作的耐材还应具有优良的抗侵蚀性和较好的挂渣性，则既能降低热面耐材的侵蚀温度，又利于形成渣皮(即假炉衬)来保护耐材。冷却法炉衬技术就是依靠不同导热系数的耐火材料，砌筑成复合炉衬结构，通过形成温度梯度，将炉内热面温度降低到渣和铁的熔点之下，形成稳定的保护层，达到炉衬长寿的目的。

4.2.1炉底结构

最下层为三层高铝砖，主要起支撑和隔热作用，保护炉底钢板，其上为高导热石墨块，再上为超微孔炭块，超微孔炭块顶层采用防漂浮斜形砌筑，最上层为陶瓷类耐火材料保护层。由于炉底采用了高导热石墨块，使炉底的热负荷能够均匀地向四周传导，有效地降低了炉底耐火材料的使用温度，防止化学侵蚀和铁水渗透。

4.2.2炉墙结构

炉墙结构采用薄炉衬加炉外喷淋技术。紧贴炉壳是高导热石墨瓦，石墨瓦内侧为超微孔炭砖(此种材料既导热又易挂上渣皮)，利用导热性能把渣铁的温度降下来，使渣铁变稠形成渣壳。最内层为保护层，在烘炉和投料时起到保护作用。

4.2.3出铁口结构

出铁口砖是电炉炉衬的重要组成部分，只有出铁口砖的寿命和炉衬的寿命同步，才能实现真正意义的长寿炉衬。出铁口设计时采用复合结构，应用整体钻孔的铝-碳化硅砖，内镶嵌高导热、耐冲刷、抗热震性能优良的圆柱型石墨芯，同时又可以随时更换。

4.3 常温冷捣糊整体捣打

常温冷捣糊具有良好的塑性，在筑炉过程中不需预热，没有气体产生，可改善筑炉环境、减轻筑炉劳动强度、降低筑炉成本。可间断式施工，捣打质量明显优于加温冷捣糊，而且避免了加温冷捣糊在烘炒过程中因生炒过炒现象造成局部与局部之间的质量差异，整个炉衬的捣打质量均一。具有以下优点:

(1)降低加温冷捣糊的软化点使施工温度由40℃降到常温(-10℃也能施工)，筑炉不需预热。

(2)增加冷捣糊烧结后的抗压强度与真密度。

(3)炉底无裂隙抗渗透性能强，无分层现象，热膨胀系数小，各项技术参数强于炭砖。

(4)筑炉操作工艺简单，施工容易，材料费低，筑炉工期短，质量易保证。

(5)炉衬砌筑。炉底钢板以上铺两层石棉板，石棉板铺80~100mm黏土粒找平，黏土粒上部砌高铝砖(与炉墙留80~100mm弹性层)，高铝砖上部砌一层(400mm)预备炭砖，预备炭砖上捣打1000mm常温冷捣糊，自第一层预备炭砖开始于炉壳接触部位全部使用常温冷捣糊捣打(不留弹性层)，炉墙厚度500~600mm，高度根据电炉大小而定，环形炉墙以上砌几层高铝砖，高铝砖上部砌黏土砖(留弹性层)。

(6)整体捣打的出铁口。如果使用碳化硅等砖砌筑出铁口与冷捣糊交接处难成一体，易导致交界处出现裂缝而漏炉。为此，应使用耐氧化冷捣糊(掺部分碳化硅，炉墙也使用)，真正使炉衬成为一体的整体捣打炉衬。两侧出铁口捣打料单独进行焙烧处理(炉眼内侧加热)。

炉衬维护

5.1炉底通风

炉底通风与电炉相匹配，保证电炉上部传导下来的热及时从炉底排出炉外，使炉衬在不同时期相对处于热的动平衡状态，提高炉底使用寿命;炉底通风既要考虑通风冷却保护炉衬又要考虑热量损失过多影响指标，不同时期控制不同风量，将温度控制在合理设定范围，风机选用变频风机，如图7所示。

图7 封闭炉底通风

5.2炉墙水(风)冷

炉墙高温区采用水冷降温(喷淋或封闭水冷或风冷)，促使炉墙内侧形成假炉墙，防止炉墙氧化和渣铁侵蚀，创造永久性炉衬氛围，(保温炉衬可以不用)，如图8所示。

图8 封闭炉墙水冷

5.3合理布置热电偶监控炉底炉墙重点部位

炉底:一般采用两层布置，每层四个，分别布置到中心和三个电极下部。上层布置在炭砖与黏土砖(或高铝砖)结合处，下层布置在第一层黏土砖上面。上层监控炉衬炭砖下部温度，下层监控炉衬黏土砖(或高铝砖)中后期温度。

炉墙:冷凝炉衬在立炭砖高度内放两层热电偶，每层放两排，每排放6~8个(每层炉墙内按200mm，400mm布置)，如图9所示。

图9 热电偶监控炉底炉墙部位

开炉正常后3个月左右，各层热电偶温度达到稳定(控制不超900℃)。

炉底及炉墙采用普通黏土砖砌筑，黏土砖耐急冷急热及抗炉渣冲刷侵蚀、水解性能好于高铝砖且价格低，大电炉可以考虑第一层炭砖下面砌筑2~3层高铝砖。

5.4 合理控制工艺操作

(1)控制合理电极长度，防止电极过长弧光侵蚀炉底及电极过短(电极下插浅)炉底上涨侵蚀耐火材料炉墙。

(2)保证炉壳整体尤其出铁口周围不漏气，防止炭质材料氧化。

(3)电炉平稳运行，防止因事故导致热停时间较长，稳定炉衬温度(避免急冷急热对炉衬造成危害)。

(4)加强日常出铁口维护，使用无水泥球深堵(堵满)，减少使用氧气开眼避免氧气对出铁口碳质材料氧化损坏，定期修眼及溜槽;及时倒眼(每炉或每班)。

(5)做好炉底炉墙测温记录，发现异常及时处理。

开炉

6.1烘炉

捣打炉衬开炉时要控制好炉底及炉墙升温速度，在300~450℃期间，挥发物逸出量最大(约需两天时间)，如果升温过快，挥发物挥发的过快，就会造成鼓起、孔洞或裂纹、烧结糊料疏松;普通保温炉衬可以减少烘炉时间，以有缝糊正常烧结为准，炉底及炉墙可以按正常渠道挥发。

6.2烘炉曲线

采用冷捣糊砌炉需按厂家规定，炉底平铺300~400mm的焦炭，按照给定的烘炉曲线及烘炉时间进行送电烘炉，确保炉衬受热均匀，一般最后烘炉温度达到400℃左右(冷捣糊表面温度)。

6.3电极焙烧

采用有缝或无缝炭砖砌筑无需木材、煤、焦烘炉，电极焙烧可与烘炉同时进行，电极基本焙烧完转为电烘炉继续烘炉至烘炉结束。

6.4电烘炉

电烘炉期间随着电流增加，可以带料烘炉，控制炉膛温度及提升炉底温度，电烘炉最大电流不超正常电流1/3，时间一般控制在24h左右，新开炉电炉在电烘炉期间每隔2~4h间歇一次(10~15min，释放水汽)，新砌筑电炉适当延长烘炉时间，保证炉底炉衬水分充分挥发。

6.5加料

电烘炉后开始正常加料，控制加料速度，以压住弧光和电流、炉膛温度可控为准，一般至出第一炉合金时将料面控制在炉膛深度1/2左右，第一炉耗电为正常出炉量的2.5~3倍(以炉前为准)，提前带渣铁堵眼，保证第二炉开眼。

6.6封料面

第三炉或第四炉封料面，转入正常(硅铁除外，硅铁一般需要一到两周)料面。

6.7负荷

封料面后电流基本给满但不超负荷，随着出炉次数增加，炉温逐渐增加，电炉趋于正常，电压逐渐增加，一般出炉两周后电压略低于正常电压和投补偿操作，一个月后转入正常操作。

6.8星角转换使用

电烘炉焙烧电极采用星接，低电压、大电流、低功率有利于电极焙烧和控制炉内温度，加料后应转为角接，逐渐提电压有利于增加入炉功率、提高炉底温度。

6.9开炉后升负荷速度

目前大部分电炉开炉出铁后，长期低电压、低负荷运行易导致炉底上涨，电极下插过深导致三相电极下部局部过热炉底炭砖受侵蚀等;负荷快慢取决于炉衬砌筑，砌筑得当，气体少并能及时排出对炉底不会造成危害，加快炉衬蓄热有利于保护炉衬;砌筑不当，气体多且不能及时排出，即使慢升负荷也易出问题;漏炉与否关键在砌筑。

6.10常温冷捣糊整体炉衬

不同于炭砖炉衬，常温冷捣糊整体炉衬烘炉和投产初期乃至使用半年内，炉内热量自焙仍在进行，冷捣层结焦、炭化是一系统工程。严格控制电极工作端长度，特别是开炉初期三相电极应均衡插入炉内，不得超负荷生产。生产过程中尽量不缺碳操作，减少水分高、料粉多的原料入炉，保证炉况稳定，减少刺火塌料对炉底、炉墙和出铁口的冲刷。

6.11冷捣糊烘炉

按设计的烘炉曲线进行烘炉，保证达到送电要求。

结语

近几年来大电炉开炉漏炉比比皆是，根在砌炉，严重制约了电炉的顺利开炉。电炉砌筑时生产企业应参与砌炉方案制定，把企业日常操作习惯与专业砌筑相结合(出炉次数、电压电流使用、开堵眼习惯、渣型、品种等)，只有有机结合才能有针对性砌炉，弥补生产与砌炉矛盾。

文章来源：百度文库