淺談大型錳硅合金礦熱爐爐襯耐火材料的砌筑

姚新杰  王洪濤  楊秀春

(吉鐵鐵合金有限責(zé)任公司  內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn) 012199)

摘  要  介紹了 31.5 MVA 錳硅礦熱爐爐襯的砌筑過(guò)程，對(duì)所使用的耐火材料和砌爐過(guò)程中的細(xì)節(jié)做了簡(jiǎn)明剖析。 針對(duì)砌爐過(guò)程中的不足之處提出合理化建議，為解決大型錳硅礦熱爐因爐襯結(jié)構(gòu)的不合理而發(fā)生的漏爐、爐齡短

等問(wèn)題提供一些思路。

關(guān)鍵詞  礦熱爐爐襯  砌筑  耐材

前言                                    

   1 爐襯的工作環(huán)境和砌爐材料的選擇

礦熱爐是鐵合金冶煉的主要設(shè)備，隨著我國(guó)鐵 合金產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和受國(guó)家對(duì)高耗能企業(yè)的宏 觀調(diào)控，以及近年來(lái)礦熱爐容量大型化的發(fā)展，爐 襯作為爐體的重要部分，在冶煉過(guò)程中承受高溫高 熱及爐料、爐渣的機(jī)械沖刷和物理化學(xué)侵蝕。因此，合理的設(shè)計(jì)、優(yōu)良的選材、精心的砌筑是延長(zhǎng)礦 熱爐壽命的關(guān)鍵，結(jié)合吉鐵鐵合金有限責(zé)任公司 31.5 MVA 錳硅礦熱爐實(shí)例，從耐火材料的選擇到砌筑技術(shù)方面加以概述。

爐襯的質(zhì)量直接影響爐齡的長(zhǎng)短，爐襯應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和良好的絕熱性能，不僅要承受爐料、 高溫爐氣、熔融鐵水的機(jī)械沖刷和爐渣的物化侵 蝕，還要保證有良好的熱震穩(wěn)定性，如果選材不當(dāng)或砌筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，爐襯就會(huì)加快熔化、侵蝕甚至 崩裂，從而導(dǎo)致穿鐵漏爐，直接影響冶煉過(guò)程正常 進(jìn)行。所以，爐襯的砌筑多采用特殊的建筑材料、 耐火材料及絕緣材料，并且根據(jù)各部位的溫度差異 和不良因素進(jìn)行耐火材料的合理選用以達(dá)到提高爐襯的綜合性能和使用壽命的目的。這是爐襯砌筑 的基本原則。筆者采用砌筑保溫爐襯方案，主要選 用的材料有 : 石棉板、高鋁骨料、高鋁細(xì)粉、高鋁耐火磚、 炭磚、黏土磚、粗縫糊、耐火泥、澆注料、碳素膠泥等。

砌筑材料標(biāo)準(zhǔn) : 具有較高耐火度，一定 的強(qiáng)度 (特別是高溫強(qiáng)度) ，體積膨脹系數(shù)小，具有很高的抗熱震性 ; 耐物理化學(xué)侵蝕性能好 ; 保溫蓄熱性能好; 加工精度高，外形符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ; 各材料保持 清潔，不得混有泥土、灰塵等雜物，防止受潮、損壞。

砌爐隊(duì)伍及工具，按要求選購(gòu)各種材料。 目前，大型礦熱爐爐襯的砌筑方法通常采用水冷爐壁和保 溫爐襯兩種，該公司 31.5 MVA 錳硅合金礦熱爐爐襯

2 礦熱爐砌筑層次及選材                   

砌筑前合理設(shè)計(jì)圖紙，如圖 1 所示。組織專業(yè)的砌筑方式采用保溫爐襯。 

( 1) 絕緣層。采用絕緣效果較好的石棉板，厚 度 10 mm，共兩層。爐墻也一樣。

(2) 彈性層。在絕緣層上面鋪 60～80 mm 厚的高鋁骨料，爐墻絕緣層與耐火磚層預(yù)留 100 mm 寬縫隙，填充高鋁骨料，高鋁骨料粒度范圍 3～12 mm。

(3) 爐底及爐墻環(huán)炭耐火磚層。大型礦熱爐采用不少于 10 層爐底，本電爐采用 12 層爐底，由三種 不同牌號(hào)的高鋁磚砌筑，爐底耐火磚層厚度約 900 mm 。爐墻環(huán)炭耐火磚采用雙環(huán)砌筑，每環(huán)厚度230 mm，總厚度為 460 mm。

(4) 工作層 － 炭磚層。爐底炭磚共三層，自下 而上，各層依次為預(yù)焙炭磚，兩層半石墨炭磚，總厚 度約 1 200 mm，爐墻環(huán)砌炭磚為半石墨炭磚，厚度為 400 mm 。炭磚做好防氧化措施。

礦熱爐爐殼厚度 30 mm，內(nèi)徑 12 200 mm，爐襯 砌 筑 完 工 后 爐 膛 深 度 3 685 mm ，爐 膛 直 徑 10 200 mm。出鐵口爐眼下留鐵層厚度 200 mm，電爐 共設(shè) 2 個(gè)出鐵口，出鐵口短溜槽長(zhǎng)度 1 000 mm，出鐵口夾角 150° 。爐底耐火磚第7 層預(yù)埋4 個(gè)測(cè)溫?zé)犭?/span> 偶(爐底中心 1 個(gè)，三根電極極心正下方各 1 個(gè)) ， 爐墻四周預(yù)埋 6 個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?環(huán)砌耐火磚第 16 層 水平分布 3 個(gè)，分別正對(duì)三根電極，第 23 層水平分 布 3 個(gè)，與第 16 層 3 個(gè)垂直錯(cuò)位 2 m 左右分布) 。 整個(gè)電爐的砌筑要保證耐火材料的緊密性和爐襯  整體性，足夠的彈性層可確保爐襯的熱脹冷縮性。

爐底和爐墻的厚度以及均勻分布的測(cè)溫?zé)犭娕伎?/span> 以減小穿鐵漏爐的幾率，提高爐襯保溫蓄熱能力， 在熱停爐或負(fù)荷較大時(shí)保證爐襯的熱穩(wěn)定性，確保 正常冶煉。

3   爐襯砌筑

砌筑前首先對(duì)爐底進(jìn)行徹底清掃、除濕，爐底 開 6 個(gè)小排氣孔，按照?qǐng)D紙?jiān)跔t殼對(duì)應(yīng)位置計(jì)算并 標(biāo)注各層，特別是爐口位置。

3.1   爐底耐火磚砌筑

自下而上依次是兩層石棉板的絕緣層，起絕緣 隔熱作用，在絕緣層上面鋪 80 mm 厚度的高鋁骨料 作為彈性層，在爐底彈性層搗固找平后確定爐體中 心線、邊線、分磚，該公司 31.5 MVA 錳硅合金礦熱爐 采用 12 層爐底耐火磚層，砌筑順序自下而上分別為 : LZ-55 高鋁磚 7 層、LZ-65 高鋁磚 2 層、LZ-75 高 鋁磚 3 層。磚型采用 G-2 型 (尺寸為 : 345 mm ×150mm ×75 mm) ，砌筑方法為干砌法，磚層呈十字形交 錯(cuò)，每層交錯(cuò) 30°～45°壓住磚縫。磚縫≤2 mm，每層 磚縫由高鋁細(xì)粉填充。爐底耐火磚層與爐墻絕緣 層預(yù) 留 100 mm 寬縫隙作為彈性層并填充高鋁骨 料。爐襯干砌法水分少，利于烘爐，但是填充料孔 隙度大，爐襯松散，不利于保證爐襯整體性。相比較，濕砌法用耐火泥漿澆注磚縫，利于提高爐襯整體性，但因水分過(guò)多，烘爐期間消耗熱量較多，不利于溫度的穩(wěn)定。

3.2   爐墻耐火磚環(huán)砌

爐墻耐火磚采用保溫法砌筑，爐殼內(nèi)壁鋪兩層 石棉 板，采用高鋁磷酸鹽耐火泥漿粘貼。預(yù) 留 80 mm左右縫隙彈性層以高鋁骨料填充，環(huán)砌磚采 用高鋁磷酸鹽火泥漿濕砌，內(nèi)外兩環(huán)，選用 LZ-65 高

鋁磚，由 G-1 和 G-3 磚型以 2∶1 的比例為基礎(chǔ)砌筑 配合弧度(G-1 磚型尺寸 :230 mm ×150 mm ×75 mm ;G-3 磚型尺寸 :230 mm ×150 mm /135 mm × 75 mm) 。 環(huán)砌磚層共 33 層，當(dāng)環(huán)砌磚耐火磚層達(dá)到一定高度  時(shí)準(zhǔn)備砌爐底炭磚。

3.3   爐底炭磚砌筑

炭磚廠家按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)制作加工，預(yù)拼裝后做 好編號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)按編號(hào)砌筑。爐底炭磚共三層，自下 而上，先平砌兩層，然后待爐墻環(huán)砌炭磚完成后再 砌第三層炭磚。每層炭磚砌筑前先清理干凈，底下

均勻涂上碳素膠泥，按炭磚編號(hào)先預(yù)砌，采用寬縫(50 mm) 砌筑方式，相鄰炭磚之間錯(cuò)縫，各層炭磚錯(cuò)

30°～45°碼放，縫隙先用木楔頂住，待炭磚全部碼放 完后再微調(diào)磚縫，最后以粗縫糊填充并搗實(shí)抹平，炭磚截面尺寸為 410 mm×400 mm，兩側(cè)各加工兩條 寬 60 mm 深 30 mm 的溝槽，各槽高低位置一致，以便打結(jié)粗縫糊及爐底燒結(jié)后磚縫接觸更加牢固。

3.4    出鐵口炭磚及爐墻炭磚環(huán)砌

出鐵口炭磚采用半石墨碳化硅磚和預(yù)焙炭塊 組合磚，組合磚共四塊，各塊之間清理干凈并均勻 涂抹碳素膠泥，按編號(hào)碼放砌筑，出鐵口炭磚砌筑 完畢后砌筑爐墻外出鐵口短溜槽，采用 LZ-65 高鋁 磚濕砌法。爐眼磚砌筑時(shí)需和開堵眼機(jī)調(diào)試對(duì)接 良好。出鐵口炭磚兩側(cè)約 750 mm 寬度耐火磚采用 單環(huán)砌筑，約 750 mm ×350 mm×1 800 mm 縫隙不留 彈性層，采用剛玉澆注料澆注搗實(shí)。

爐底兩層炭磚砌筑完畢后要進(jìn)行爐墻炭磚的環(huán)砌，爐墻炭磚鑲嵌于爐底第二層炭磚上方。砌筑 方式采用無(wú)縫砌筑，砌筑前清理干凈炭磚底部并均 勻涂抹碳素膠泥，然后按編號(hào)碼放。爐墻環(huán)砌炭磚 與耐火磚之間留有 50 mm 縫隙，在內(nèi)側(cè)擺放環(huán)砌炭磚，縫隙先用木楔頂住，待環(huán)砌炭磚全部碼放完后以粗縫糊填充并搗實(shí)，環(huán)砌炭磚尺寸 : 1800mm×400mm /370 mm ×400 mm，梯形截面保證環(huán)砌的弧度，兩個(gè)出鐵口將整個(gè)環(huán)砌分成兩段，環(huán)砌時(shí)應(yīng)先 在出鐵口炭磚兩側(cè)按照編號(hào)碼放兩塊炭磚，每段均 由出鐵口炭磚兩側(cè)向中間砌筑，直到最后中間會(huì)出 現(xiàn)一處不規(guī)格尺寸的開口－合門，合門炭磚砌筑完畢后至此爐墻炭磚環(huán)砌結(jié)束。

3.5   爐底第三層炭磚砌筑

爐墻環(huán)砌炭磚完畢后砌爐底第三層炭磚，砌筑 方法與前兩層一樣。此層炭磚按出鐵口中心線兩 側(cè)對(duì)稱砌筑。第三層炭磚表面用粗縫糊鋪 100 mm 厚度并找平。此層粗縫糊作用是保護(hù)炭磚在烘爐 期間不被氧化。

3.6   爐墻上部耐火磚層砌筑

環(huán)砌耐火磚層上面平鋪高鋁澆注料與環(huán)砌炭磚找平后開始砌爐墻上部耐火磚，采用 LZ-55 高鋁磚，爐口法蘭下部 1 000 mm 部位采用 PN-40 黏土磚，爐殼與砌體間隙填充彈性層高鋁骨料，爐口法 蘭下部約 600 mm 部位開始收口。高鋁磚與黏土磚 磚型采用 G-1、G-2、G-3、G-4 搭配平砌 ( G-1 磚型尺寸 :230 mm ×150 mm ×75 mm ; G-2 磚型尺寸 : 345 mm ×150 mm ×75 mm ; G-3 磚型尺寸 : 230 mm ×150 mm /

135 mm ×75 mm ; G-4 磚型尺寸 : 345 mm ×150 mm /130 mm ×75 mm) ，砌法為濕砌法，用高鋁磷酸鹽火泥漿壓縫砌筑。

3.7   爐底、爐墻保護(hù)層砌筑

爐墻上部耐火磚砌筑完成后，砌筑爐底和爐墻 保護(hù)層，爐底保護(hù)層原計(jì)劃在 100 mm 厚的粗縫糊 上面平砌一層 PN-40 黏土磚，因烘爐計(jì)劃有變，取消

此層黏土磚，爐墻保護(hù)層為一層 PN-40 黏土磚，采用 立砌 + 側(cè)砌，濕砌法，磚型為 T-3 型 (230 mm ×114 mm ×65 mm) 。至此，整個(gè)爐襯砌筑完畢。

4   存在問(wèn)題及改進(jìn)方法

對(duì)于 31.5 MVA 錳硅合金礦熱爐爐襯的砌筑設(shè) 計(jì)存在的幾點(diǎn)不足和改進(jìn)方法。

依照?qǐng)D紙彈性層高鋁骨料的厚度為 60～80 mm， 現(xiàn)場(chǎng)砌爐人員初定鋪 60 mm 厚度，根據(jù)電爐實(shí)際情 況，為滿足大型電爐爐襯的熱膨脹需要，避免熱膨脹力直接傳遞給爐殼，造成爐殼炸裂，經(jīng)與砌爐人 員協(xié)商，最后決定彈性層厚度鋪 80 mm。

爐底耐火磚層原定自下而上分別為 : LZ-55 高 鋁磚 7 層、LZ-65 高鋁磚 5 層，考慮到大型電爐對(duì)爐 底絕熱性和抗氧化性的要求比較嚴(yán)格，將爐底耐火 磚最上面 3 層 LZ-65 高鋁磚替換為 LZ-75 高鋁磚。

礦熱爐爐殼高 5 900 mm，內(nèi)徑 12 200 mm，整個(gè) 爐襯耐火磚砌筑均采用國(guó)標(biāo) G 型大塊磚，爐底耐火 磚層采用平砌法而沒(méi)有采用側(cè)砌法，這樣減少了砌筑過(guò)程中的縫隙，提高了爐襯的整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

5  結(jié)論

砌爐是鐵合金行業(yè)的首要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的好壞 關(guān)系著爐齡的長(zhǎng)短和企業(yè)效益，希望同行們?cè)谄鰻t 的選材、方式及開爐方案上仔細(xì)謹(jǐn)慎，以免給企業(yè) 造成損失。按本文砌筑的爐襯，采用電烘方式開 爐，期間蓄熱、隔熱良好，保證了爐襯整體性，滿足 冶煉要求。