如何根據(jù)高爐熱風爐的工作特性選擇內(nèi)襯耐火材料

高爐熱風爐是高爐的重要附屬設備之一，它是一種蓄熱式的熱交換器，能為高爐的有效操作提供一定溫度的熱風，也就是說它將鼓入高爐中助焦炭燃燒的空氣由常溫加熱到高 溫(約1200?1350°C)，其風量應充足，供給要連續(xù)。因此，每座高爐一般需配備3?4 座熱風爐，以便加熱與送風能交替進行。

      近來，高爐煉鐵技術現(xiàn)代化的內(nèi)容之一就是采用高風溫技術，也是煉鐵生產(chǎn)必不可少 的重要條件之一。所以，無論國外、國內(nèi)都始終把提高熱風爐風溫工作擺到重要日程上來。實踐經(jīng)驗證明，熱風溫度提高，不僅可以降低焦比，而且還能增加鐵水量，同時，高風溫是高爐噴煤的必要條件。現(xiàn)場表明：在一定溫度范圍內(nèi)，高爐風溫每提高100°C，每噸鐵可降低焦比15?20kg，提高產(chǎn)量3%。國外不少高爐長期使用的風溫均已超過 1200°C。


 

 熱風爐爐體用耐火材料

      熱風爐要達到高風溫，除了高爐的操作條件、高溫熱源、熱風爐結(jié)構(gòu)等因素外，必須要有既能長期承受高溫，又能滿足熱風爐工藝需要的耐火材料作保障。熱風爐用耐火材料 要能經(jīng)受住高溫和高壓，高溫抗蠕變性好，磚的熱容量大，熱傳導性好，有利于熱交換和提高風溫。熱風爐用耐火材料的選擇主要是由熱風溫度決定的，當熱風溫度低于900°C時， 一般選用黏土磚砌筑;當風溫髙于900°C時，髙溫部位的爐襯和格子磚則采用高鋁磚、莫 來石磚、硅線石磚和硅磚等。

      熱風爐內(nèi)各部位操作條件及破損特征不同，所用耐火材料理化性能的要求也不同。熱 風爐用磚基本上可以分為高溫區(qū)及中低溫區(qū)兩大部分。

      髙溫區(qū)用磚包括：燃燒室上部磚，蓄熱室上部格子磚及上部大墻磚，爐頂磚等。中低 溫用磚區(qū)包括：燃燒室中下部磚，蓄熱室中下部格子磚及中下部大墻磚，各出口用磚等。

      中低溫區(qū)用磚量大，占全部熱風爐內(nèi)用磚量的三分之二左右，這部分可用比較致密的 黏土磚或高鋁磚。高溫區(qū)因生產(chǎn)操作及風溫水平的差異，對耐火磚理化性能的要求也有所 區(qū)別。如對爐頂磚的熱穩(wěn)定性應特別重視，以防止因溫度急變而剝落或斷磚堵死格孔;燃 燒室及蓄熱室上部要求有較高的高溫結(jié)構(gòu)強度，較低的重燒線收縮，良好的抗渣性等，以 防止燃燒室的高溫變形、傾斜及格子磚的沉陷、格孔錯亂等。對格子磚還要求熱傳導性 好，熱容量大，吸熱和放熱都比較快。這些要求應根據(jù)熱風爐的風溫水平而定。

      熱風爐在工作時，爐襯受到熱交換過程中溫度急劇變換的作用，高爐煤氣帶入灰塵 的化學侵蝕作用，機械荷載作用，燃燒氣體的沖刷作用等。

      熱風爐爐襯的損毀原因主要有：

     (1) 熱應力作用。熱風爐在加熱時，燃燒室的溫度很高，爐頂溫度可達到1500? 1560°C，從爐頂沿爐墻和格子磚向下，溫度逐漸降低;送風時，高速冷風從蓄熱室底部吹 進，并逐漸被加熱。由于熱風爐不停的加熱送風、熱風爐爐襯和格子磚經(jīng)常處于急冷急熱 變化之中，砌體出現(xiàn)裂紋、開裂和剝落。         (2) 化學侵蝕作用。煤氣和助燃空氣中含有一定數(shù)量的堿性氧化物，燃燒后的灰分中 含有20%的氧化鐵、20%氧化鋅和10%的堿性氧化物，這些物質(zhì)的絕大部分是排出爐外的，但少數(shù)成分粘附在砌體表面，并向磚體內(nèi)滲透。日積月累，從而導致磚襯組織受損，發(fā)生龜裂，強度降低。

     (3) 機械荷載作用。熱風爐是一種較高的構(gòu)筑物，其高度一般在35?50m之間。蓄熱室格子磚下部承受的最大靜荷重達0.8MPa，燃燒室下部承受的靜荷重也較高，在機械荷重和高溫作用下，砌磚體發(fā)生收縮變形和產(chǎn)生裂紋，影響了熱風爐的使用壽命。

     (4) 壓力作用。熱風爐周期性地進行燃燒和送風，燃燒期內(nèi)處于低壓狀態(tài)，送風期處 于高壓狀態(tài)。傳統(tǒng)的大墻和拱頂結(jié)構(gòu)，其拱頂與爐殼間留有較大的空間，大墻與爐殼設置 的填料層在長期高溫作用下收縮及自然壓實后也留下一定的空間。由于這些空間的存在， 受高壓氣體的壓力作用，砌體承受了很大的向外推力，易造成砌體傾斜、開裂和松動，然后砌體外的空間周期性地通過磚縫進行充壓和卸壓，進而加劇對砌體的破壞。

       熱風爐用耐火材料的作用是隔熱和承受高溫荷載，故確定各部位用爐襯材料的材質(zhì)和 厚度時，應根據(jù)砌體所承受的溫度、負荷和隔熱的要求，以及煙氣對砌體的物理、化學作用等條件而定。

 

        西歐國家熱風爐爐頂、爐墻和格子磚上部，普遍采用硅磚砌筑;熱風爐的中、下部爐 墻和格子磚，則分別采用高鋁磚和黏土磚。俄羅斯高爐熱風爐的傳統(tǒng)材質(zhì)為：爐頂和上部 砌體采用ω (Al203)為62%?72%的髙鋁磚砌筑，中下部砌體則用ω (Al203)為38% 的黏土磚;最近，熱風爐的風溫顯著提高，因此爐頂和上部6?7m高的部位一般采用低 膨脹性硅磚砌筑，其余部位根據(jù)溫度的不同，分別采用莫來石磚、剛玉磚、高嶺土磚和黏 土磚。

       日本熱風爐根據(jù)不同的使用部位，選用了不同品種和牌號的耐火磚，做到物盡其用， 同時，要充分考慮耐火磚的高溫蠕變性能，以便在長期工作中，確保生產(chǎn)安全。表4為日本高爐熱風爐用耐火磚的性能和使用部位。

 

1爐頂

        熱風爐爐頂是熱風爐內(nèi)的高溫區(qū)，爐頂部位的耐火材料，特別是直接與熱空氣和熱煙氣接觸的砌磚層，必須要具有良好的抗熱震性和抗蠕變性。一般采用硅磚或低蠕變高鋁磚，隔熱層則為黏土隔熱磚。選用隔熱材料時，應特別注意工作的熱面溫度應不高于其允 許使用溫度。

2熱風爐大墻

        熱風爐大墻即熱風爐爐體圍墻，其爐襯包括工作層耐火磚、隔熱層輕質(zhì)磚和填料。大 墻的上部承受較高的溫度，中下部承受的風溫較低。大墻上部工作層一般采用低蠕變高鋁磚或硅磚，大墻中下部一般采用高鋁磚和黏土磚。隔熱層，一般根據(jù)不同部位采用不同等級的隔熱磚、耐火陶瓷纖維或填料。

 3 熱風爐隔墻

       熱風爐隔墻是將燃燒室和蓄熱室分隔開來的耐火墻。隔墻與爐頂不能完全砌死相互抵觸，要留有一定的膨脹縫(200?250mm)，為使氣流分布均勻，隔墻要比蓄熱室格子磚高400?700mm。隔墻的下部，兩側(cè)溫差很大，熱膨脹的差值也很大，使隔墻砌體不斷產(chǎn)生彎曲而出現(xiàn)裂縫。隔墻的上部一般采用低蠕變高鋁磚或硅磚，中下部一般采用高鋁磚和黏土磚。

 4 燃燒器

       燃燒器是用來將煤氣和空氣混合并送進燃燒室燃燒的設備。就材質(zhì)來講，有金屬(機械)燃燒器和陶瓷燃燒器。目前多采用陶瓷燃燒器。 送風期，陶瓷燃燒器上表面溫度略低于風溫;燃燒期，稍高于空氣、煤氣入燃燒器前 溫度，因此，在一個周期里燃燒器上部溫差很大，特別是在換爐瞬間，燃燒器上部溫升 (或降)特別迅速。為了保證燃燒器砌筑體的氣密性、整體性和使用壽命，要求耐火材料的線膨脹系數(shù)小、抗蠕變性好。20世紀80年代以前，我國陶瓷燃燒器幾乎都用高鋁質(zhì)磷 酸耐火澆注料或礬土耐火澆注料預制件，經(jīng)過20多年生產(chǎn)實踐，這種材質(zhì)對中、小高爐熱風爐和風溫1100°C左右的陶瓷燃燒器是適用的。在使用高鋁質(zhì)磷酸鹽耐火澆注料時， 砌筑前應烘烤到600°C左右，以防止在安裝和使用中預制體開裂。進入90年代以后，由于熱風爐大型化和高風溫的要求，現(xiàn)在多采用高鋁堇青石耐火材料，少數(shù)陶瓷燃燒器用莫來石堇青石材料，陶瓷燃燒器下部，除少數(shù)用硅線石材料外，幾乎都用高鋁或黏土耐火材料。

  5 格子磚和耐火球

      蓄熱室高溫區(qū)域格子磚最主要的要求是具有較好的高溫體積穩(wěn)定性、耐侵蝕性以及抗蠕變性能，硅磚正好具備這些方面的特性且價格便宜，因此在國內(nèi)外高風溫熱風爐上得到廣泛的應用。根據(jù)國內(nèi)的具體情況，當熱風爐爐頂設計溫度不小于 1400°C，在高爐燃料燃燒好、操作水平高的前提下，熱風爐高溫區(qū)優(yōu)先選用的耐火材料應是硅磚，同時對硅磚的殘余石英必須控制在不大于2%。采用硅磚的熱風爐 需要注意必須仔細確定其硅磚使用的下限，并在此設置可靠的溫度檢測裝置，保證在生產(chǎn)操作(包括休風停爐)過程中硅磚最低使用溫度不低于800°C。當熱風爐爐頂設計溫度不高于1400°C時，采用低蠕變、高密度的高鋁質(zhì)耐火材料更適合我國的實際，并可充分利用我國豐富的鋁礬土資源。目前，國外高鋁質(zhì)耐火材料的抗蠕變指標已達到較優(yōu)的水平，如荷蘭霍戈文的HD磚在1350°C，0. 2MPa，50h條件下， 其蠕變率不大于0.2%;日本品川的AC-8M磚指標1300°C，0.2MPa，50h蠕變率 不大于0. 2%;目前我國高鋁質(zhì)耐火材料的蠕變率指標在相應條件下均為不大于 1%，同世界先進水平相比還有較大的差距，同時鑒于我國生產(chǎn)低蠕變高鋁磚的現(xiàn)狀，在嚴格考核磚的蠕變指標的同時還必須控制制品所含雜質(zhì)，特別是堿金屬與堿土金屬的含量。

    對蓄熱室中、下部格子磚，通常采用高鋁質(zhì)和黏土質(zhì)耐火材料。隨著大型熱風爐蓄熱室高度的增加，上部格子磚對下部耐材的壓力也越來越大，另外，根據(jù)國外對大型高溫熱風爐格子磚的破損調(diào)查，下部格子磚因周期溫度波動引起格子磚的龜裂、破碎的現(xiàn)象在不斷增加，因此對下部黏土磚除必須繼續(xù)控制其蠕變特性外，對制品常溫耐壓強度、熱震穩(wěn) 定性次數(shù)(耐急冷急熱性)提出了更高的要求。 球式熱風爐的蓄熱室中釆用耐火球代替格子磚。用耐火球代替格子磚的球式熱風爐， 在小型高爐有應用。耐火球擁有熱表面積大、熱容量大、熱交換面積大、風溫高等優(yōu)越的熱工特性。在高溫區(qū)選用的耐火球材質(zhì)常見的是高鋁質(zhì)耐火材料，低溫區(qū)選用黏土質(zhì)耐火材料。

  6 熱風爐各孔組合磚

    熱風爐孔口較多，工作條件十分惡劣，因而孔口的砌體壽命在其整體結(jié)構(gòu)中往往是薄弱環(huán)節(jié)。為了提高其壽命，人們想方設法從各方面提高其整體性、穩(wěn)定性及所用耐材的高 溫特性。組合磚技術就是集這幾方面措施為一體的一項綜合技術。組合磚技術在國外應用 較廣泛，我國自寶鋼引進該技術后也迅速得到推廣并廣泛應用。

  7熱風爐爐殼噴涂和耐酸涂層

    為了降低熱風爐爐殼及各種管道的表面溫度，以延長其使用壽命和減少熱損失，目 前，大多數(shù)熱風爐都采用了多種材質(zhì)的耐火噴涂料。 如寶鋼4座4000m3級高爐，在熱風爐燃燒室、蓄熱室球頂部和聯(lián)絡管部位噴涂了耐酸質(zhì)噴涂料(厚度為50?70mm)，燃燒室直筒部位及蓄熱室中部噴涂了中重質(zhì) 噴涂料，厚度為45?77mm;蓄熱室下部噴涂礦渣棉材料，厚 46?51mm;唐鋼1260m3高爐的熱風爐高溫區(qū)噴涂了耐酸涂料，厚65mm;中 低溫區(qū)噴涂了涂料，厚度為50mm;馬鋼2500m3高爐熱風爐也采用了先進的噴 涂技術和噴涂料，其中熱風爐球項為130耐酸噴涂料，其他部位為普通噴涂料。