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程，對所使用的耐火材料和砌爐過程中的細節(jié)做了簡明剖析。 針對砌爐過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，隨著我國鐵 合金產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和受國家對高耗能企業(yè)的宏 觀調(diào)控，以及近年來礦熱爐容量大型化的發(fā)展，爐 襯作為爐體的重要部分，在冶煉過程中承受高溫高 熱及爐料、爐渣的機械沖刷和物理化學(xué)侵蝕。因此，合理的設(shè)計、優(yōu)良的選材、精心的砌筑是延長礦 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短，爐襯應(yīng)具有一定的強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)量不達標，爐襯就會加快熔化、侵蝕甚至 崩裂，從而導(dǎo)致穿鐵漏爐，直接影響冶煉過程正常 進行。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 和不良因素進行耐火材料的合理選用以達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。
砌筑材料標準 : 具有較高耐火度，一定 的強度 (特別是高溫強度) ，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，外形符合國家標準 ; 各材料保持 清潔，不得混有泥土、灰塵等雜物，防止受潮、損壞。
砌爐隊伍及工具，按要求選購各種材料。 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 個出鐵口，出鐵口短溜槽長度 1 000 mm，出鐵口夾角 150° 。爐底耐火磚第7 層預(yù)埋4 個測溫?zé)犭?/span> 偶(爐底中心 1 個，三根電極極心正下方各 1 個) ， 爐墻四周預(yù)埋 6 個測溫?zé)犭娕?環(huán)砌耐火磚第 16 層 水平分布 3 個，分別正對三根電極，第 23 層水平分 布 3 個，與第 16 層 3 個垂直錯位 2 m 左右分布) 。 整個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， 在熱停爐或負荷較大時保證爐襯的熱穩(wěn)定性，確保 正常冶煉。
3 爐襯砌筑
砌筑前首先對爐底進行徹底清掃、除濕，爐底 開 6 個小排氣孔，按照圖紙在爐殼對應(yīng)位置計算并 標注各層，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，每層交錯 30°～45°壓住磚縫。磚縫≤2 mm，每層 磚縫由高鋁細粉填充。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)砌磚耐火磚層達到一定高度 時準備砌爐底炭磚。
3.3 爐底炭磚砌筑
炭磚廠家按照圖紙設(shè)計制作加工，預(yù)拼裝后做 好編號，現(xiàn)場按編號砌筑。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，按炭磚編號先預(yù)砌，采用寬縫(50 mm) 砌筑方式，相鄰炭磚之間錯縫，各層炭磚錯
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。爐眼磚砌筑時需和開堵眼機調(diào)試對接 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。
爐底兩層炭磚砌筑完畢后要進行爐墻炭磚的環(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，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，兩個出鐵口將整個環(huán)砌分成兩段，環(huán)砌時應(yīng)先 在出鐵口炭磚兩側(cè)按照編號碼放兩塊炭磚，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、爐墻保護層砌筑
爐墻上部耐火磚砌筑完成后，砌筑爐底和爐墻 保護層，爐底保護層原計劃在 100 mm 厚的粗縫糊 上面平砌一層 PN-40 黏土磚，因烘爐計劃有變，取消
此層黏土磚，爐墻保護層為一層 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，整個爐襯砌筑完畢。
4 存在問題及改進方法
對于 31.5 MVA 錳硅合金礦熱爐爐襯的砌筑設(shè) 計存在的幾點不足和改進方法。
依照圖紙彈性層高鋁骨料的厚度為 60～80 mm， 現(xiàn)場砌爐人員初定鋪 60 mm 厚度，根據(jù)電爐實際情 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，考慮到大型電爐對爐 底絕熱性和抗氧化性的要求比較嚴格，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 爐襯耐火磚砌筑均采用國標 G 型大塊磚，爐底耐火 磚層采用平砌法而沒有采用側(cè)砌法，這樣減少了砌筑過程中的縫隙，提高了爐襯的整體性和結(jié)構(gòu)強度。
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)系著爐齡的長短和企業(yè)效益，希望同行們在砌爐 的選材、方式及開爐方案上仔細謹慎，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。
