用耐火砖砌筑均热炉炉衬的性能要求,均热炉炉盖主要采用粘土砖或高铝砖,一般为吊挂结构,较少使用拱顶。主炉墙普遍采用硅砖砌筑,也有使用高铝砖的。炉墙下都和炉底工作层如有熔渣侵蚀,则用镁砖或镁铬砖砌筑。炉底非工作层或无熔渣侵蚀的工作层,通常采用粘土砖和高铝砖砌筑。炉口因温度骤变较大,一般选用粘土砖或高铝砖。隔热层一般采用硅藻土砖和轻质粘土砖砌筑。如下图为耐火砖砌筑的均热炉示意图。图中,高铝砖的Al2O3含量为60%,硅砖的SiO2含量大于93%;硅藻土砖的使用温度:B1为900℃,B2为1000℃;保温板的使用温度分别为1000℃和650℃。同时,图中还注明了各部位用的材质及其厚度。
各国均热炉砖砌炉墙主要选用硅砖,其理由如下:1)均热炉的使用温度一般为1240~1360℃,液态排渣时可达1480℃。炉坑较深(3~5米),需要承重,而且还有钢锭和夹钳的机械碰撞等作用,因此要求炉衬材料应具有较高的强度和荷重软化温度。硅砖正具有这种特性,其荷重软化温度开始点一般为1580℃左右;2)在使用过程中,硅砖表面仅形成很薄的变质层,不易产生结构剥落,使用寿命较长;3)均热炉装出钢锭时,炉温从1350℃左有降低到约为1100°C,因此要求炉衬材料必须有良好的体积稳定件。硅砖在760℃以上时热膨胀率很小(如下图),即高温体积稳定性好,能适应均热炉的操作。
硅砖的矿物相主要是鳞石英和方石英,还有残存的石英和玻璃相。鳞石英是一种高温稳定的晶型,也是硅砖组成的基础。当炉温升高时,残存石英发生晶型转化、生成方石英和鳞石英,伴随着的晶体体积膨胀15~20%。另外,晶型不同,比重也不同:石英比重为2.65,方石英为2.31~2.32,鳞石英为2.26~2.28。在硅砖中,石英含量愈多,真比重愈大,受热后体积稳定性愈差。因此,选用均热炉硅砖时,真比重应尽量小。在烘炉时,应缓慢进行,特别是晶型转化温度区间,应慎重操作。
根据国内外均热炉的生产经验,硅砖炉墙上胀量一般为30~60毫米。因此,炉子设计和砌筑时,要周密考虑烧嘴与热电偶的孔洞预留位置,以便炉墙上胀后,能与烧嘴中心线相对应。
为了节约能源,均热炉普遍采用干出渣,其炉床料主要用橄榄石和蛇纹石等材料,粒度一股为5~15毫米。炉床料气保护炉底作用,同时钢锭坐在上面也比较稳定。有时辅料中掺入少量的焦炭颗粒。炉床料在高温下不与氧化铁熔渣反应,清除炉渣较为方便。
炉口密封也是十分重要的,目前仍以砂封为主,国外曾试用过气封装置,但未得到推广。在七-年代,随着耐火纤维生产的发展,炉口试用纤维毡密封,能节约燃料,但寿命较短。一般仅为三个月左右。
如上图为我国宝钢均热炉炉体材质示意图。该炉是从日本新日铁公司引进的上部单侧双烧嘴共用炉墙均热炉,每个炉坑的有效尺寸:长7.9米,宽4米,深5米。每个炉子由三个炉坑组成,共计30个炉坑。操作温度为1320°C,干法排渣。钢锭单重为15.4~28.0吨。最大装入量为160吨/坑。每组炉子耐火材料用量约为1700吨,其中耐火砖为1310吨左右,不定形耐火材料约为390吨。
从图中看出,炉墙主要采用硅砖砌筑,烧嘴和炉口等部位的内衬,采用PHH-170耐火可塑料现场捣制,整体性好,能防止砂封用砂漏入炉墙内;炉墙下部和炉底工作层采用镁铬砖砌筑,厚度为115毫米。炉底镁铬砖层以下依次砌筑粘土砖、轻质粘砖(B)和硅藻士砖(B2),共厚300毫米。 炉床料为蛇纹石颗粒(8~25毫米),铺垫厚度为450~500毫米。
均热炉炉坑之间的隔墙有两种:共用墙和单独墙。前者的优点是比较紧凑,散热损尖小,能缩短炉体长度,减少基建投资,但不能单坑检修,只能成组修理或者将邻坑降至200~300°C方可检修;后者砌筑与检修十分方便,但占地多一些,每个炉坑的热损失也较大。
均热炉蓄热室或换热器的砌体材料主要用粘土砖和高铝砖,烟道一般用粘土砖砌筑。
国外均热炉一般为干法出渣,钢锭坐在炉床料上,较少与侧墙接触;采用电子计算机控制操作,废气中的氧含量也可自动分析等。因此,炉温波动较小,加热质量好,炉衬寿命长,就炉衬寿命而言,由于大、中修含义不同,各国情况也不大一样。
日本均热炉大修系指一次更换全部耐火材料的70~80%,中修则指更换碱性砖、烧嘴砖、炉口砖和炉盖内衬等。据新日铁公司资料,均热炉炉衬寿命一般为3~5年。君津第二初轧厂上部单侧双烧嘴共用炉墙均热炉,三个炉坑为一组,炉衬使用七年未进行过大修。我国宝钢均热炉的炉型和材质选用,与该厂基本相同。
美国共和钢铁公司克利夫兰厂均热炉炉衬采用硅砖砌筑,使期寿命一般为10~13个月;另一厂中心换热式均热炉炉墙采用砂岩块砌筑,炉口用粘土砖,炉底用镁铬砖和高铝砖砌筑,炉盖用半硅砖。该炉墙使用寿命为48~64个月;另外,美国均热炉炉墙也采用高铝砖砌筑,经过几次小修,寿命也可达到一年以上。
苏联初轧厂使用的均热炉炉型种类较多,即有蓄热式、炉底中心换热式、上部单侧燃烧式和上部双侧燃烧式等。应用最多的是前三种炉型,而最有发展前途的是上部单侧燃烧式均热炉。下表为苏联1966~1971年均热炉炉衬的平均使用寿命。从表中看出,上部单侧燃烧式均热炉的使用寿命较高,而炉底中心换热式均热炉寿命较低,仅为6.4个月。
我国大型均热炉炉衬一般采用硅砖砌筑,液态排渣时的平均寿命为一年左右,干法排渣时的平均寿命约为15个月;有些中型均热炉采用三等高铝砖作炉衬,干法排渣时的平均使用寿命为一年半左右。应当指出,如能合理地降低烧钢温度,改善操作管理,不但可节约燃料,减少烧损,而且还能延长炉衬寿命。
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