通過對礦熱爐爐襯材料發(fā)展的研究和實踐應(yīng)用,結(jié)合挪威埃肯公司爐襯材料研發(fā)和使用經(jīng)驗,針對國內(nèi)礦熱爐爐襯發(fā)展現(xiàn)狀,提出了整體內(nèi)襯設(shè)計方案及其優(yōu)勢。分析了冷凝爐襯和保溫型爐襯溫度分布差異以及對爐襯使用造成的影響。闡述影響爐襯使用壽命的各種因素和操作注意事項,旨在為整個鐵合金行業(yè)爐襯壽命的提升提供更好的解決方案。
礦熱爐爐襯是盛裝爐料和液態(tài)合金的坩堝，需要能承受一定壓力和高溫，同時要經(jīng)受CO和O2等氣體的侵蝕。國內(nèi)從1956年吉林鐵合金誕生之初，主要采用炭磚內(nèi)襯和耐火磚外襯為主的保溫型爐襯，至今大部分鐵合金生產(chǎn)廠家也采用了保溫型爐襯。爐襯材料研發(fā)和使用的目的是要讓爐襯使用壽命更長久，為鐵合金生產(chǎn)企業(yè)減少因爐襯損壞造成的停爐損失。
傳統(tǒng)保溫型爐襯的結(jié)構(gòu)和特點
(1)保溫型爐襯，既能夠承受一定的壓力和高溫，減少爐內(nèi)熱量損失，一定程度上提高能源利用率。
(2)保溫型爐襯溫度分布。模擬結(jié)果可作為實際生產(chǎn)參考，能直觀了解爐襯溫度分布，但不是實際運行過程的真實溫度，存在一定的溫度偏差。耐火磚層和炭質(zhì)內(nèi)襯層界面溫度約在1300℃。普通75#高鋁磚荷重軟化點約在1450℃。耐火磚長期處于高溫狀態(tài)下，隨著爐子運行時間增長，高溫疲勞強度下降。
(3)高溫情況情況下爐襯氣體壓力較大，氣體散發(fā)過程形成較大的通道，成為高溫合金液體滲漏的通道，同時高溫侵蝕也更加嚴(yán)重。
冷凝爐襯的結(jié)構(gòu)和特點
(1)冷凝爐襯是近30年來國外爐襯發(fā)展的主流，其熱量散失原理與保溫型爐襯完全不同。
(2)冷凝爐襯的兩種主流結(jié)構(gòu)。目前應(yīng)用比較廣泛的冷凝爐襯是以美國優(yōu)卡為代表的水冷爐襯和挪威埃肯公司開發(fā)的一種非水冷冷凝爐襯(圖2)，這種爐襯的特點是爐襯厚度比保溫爐襯更薄。兩種冷凝爐襯雖然結(jié)構(gòu)有所不同，但是原理都是相同的。美國優(yōu)卡的水冷冷凝爐襯多用于具有高侵蝕性渣的高碳錳鐵爐和一些特殊爐型。?？系睦淠隣t襯多應(yīng)用于硅錳爐、工業(yè)硅爐、電石爐和硅鐵爐，可以不用水冷即可達到冷凝的效果。
(3)?？侠淠隣t襯的溫度分布。25.5MVA工業(yè)硅爐?？侠淠隣t襯。底部耐火磚層和炭質(zhì)爐襯界面溫度約在870℃左右。
整體內(nèi)襯的特點和發(fā)展
(1)整體內(nèi)襯特點
用炭素搗打料整體打結(jié)而成的坩堝，經(jīng)焙燒成型，無縫隙，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
(2)整體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)特點
整體內(nèi)襯主要特點是不存在縫隙，經(jīng)焙燒成型后成整體坩堝。焙燒后會有細微的雜亂分布龜裂紋，但是不會存在天然的縫隙，能夠有效阻止鐵水滲漏。
(3)國內(nèi)在上世紀(jì)90年代也嘗試著用溫搗糊打結(jié)整體內(nèi)襯，打結(jié)好的爐襯使用效果也能和炭磚接近。但是由于溫搗糊本身性能不夠理想，搗打溫度控制比較嚴(yán)格，大部分案例都不是很成功，最終也未能大規(guī)模推廣。
炭磚和冷搗糊整體內(nèi)襯對比
4.1施工方式
4.2炭磚爐襯滲漏機理
(1)炭磚在爐襯冷卻過程中收縮，炭磚間縫隙變大，起爐時縫隙無法恢復(fù)到原來尺寸，鐵水會從縫隙穿下去。炭磚單體密度高于冷搗糊焙燒后密度，但是無法形成整體內(nèi)襯。
(2)炭磚熱導(dǎo)率比較高，在新爐襯起爐焙燒期間，爐襯溫度上升非?？欤瑑?nèi)部會形成大量氣體，排出過程中形成通道，成為漏爐隱患。
4.3?？侠鋼v糊研究和經(jīng)驗
(1)?？侠鋼v糊是上世紀(jì)90年代，?？蠟榱烁玫匮娱L爐襯使用壽命，經(jīng)由埃肯碳素團隊研發(fā)的世界上最早的冷搗糊產(chǎn)品，經(jīng)過埃肯自有礦熱爐使用驗證其優(yōu)異性能。目前已被世界上眾多鐵合金客戶采用。冷搗糊作為爐襯材料，首先選擇好的產(chǎn)品前提，其次是施工過程可控，最后是正確的焙燒。
(2)冷搗糊的焙燒是在礦熱爐內(nèi)完成，埃肯對冷搗糊在不同的升溫速率下進行了測試，得到了不同速率下的性能對比數(shù)據(jù)，認為在10℃/小時左右的升溫速率，能夠獲得最佳的焙燒性能。
(3)冷搗糊施工過程必須是可控。骨料的粒度，粘結(jié)劑用量和溫度等決定了施工后的密度，?？蠈κ┕ず罄鋼v糊密度進行測試試驗研究，研發(fā)出了適合產(chǎn)品特性的測量密度儀，全程控制施工后冷搗糊密度。
結(jié) 語
(1)礦熱爐爐襯冷凝爐襯的優(yōu)勢是以延長爐襯壽命為目的，減少由于爐襯頻繁大修和新筑造成經(jīng)濟損失。國內(nèi)冷凝爐襯的發(fā)展相對比較緩慢，主要是和鐵合金廠家對冷凝爐襯的認知程度，冶煉技術(shù)以及設(shè)備參數(shù)匹配有關(guān)。
(2)整體內(nèi)襯單體密度低于炭磚，但是能夠形成整體坩堝，沒有天然存在的縫隙，有效防止鐵水滲漏。整體內(nèi)襯所有冷搗糊需要爐內(nèi)焙燒，是一個緩慢傳熱的過程，爐內(nèi)氣體能夠有效排除。
(3)礦熱爐爐襯在使用過程中需要精心維護，啟停爐過程降溫速度越慢，爐襯應(yīng)力得到充分釋放，降低開裂風(fēng)險。爐子運行過程中需要注意電極長度，避免電極電弧燒損爐襯。配料碳平衡非常重要，缺碳操作會引起炭質(zhì)爐襯的消耗。
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