徐瑞圖  何汝生  曹永國（北京瑞爾非金屬材料有限公司）

摘  要  本文介紹了在高爐(lu)(lu)(lu)爐(lu)(lu)(lu)缸環(huan)形炭(tan)磚(zhuan)與陶瓷襯體之(zhi)間(jian)設置隔(ge)熱(re)夾(jia)層(ceng)的(de)(de)(de)新(xin)(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸內襯。隔(ge)熱(re)夾(jia)層(ceng)降低了環(huan)形炭(tan)磚(zhuan)的(de)(de)(de)工作溫(wen)度，提高了陶瓷襯體的(de)(de)(de)冷(leng)端(duan)溫(wen)度，同時(shi)減小了二者所承受的(de)(de)(de)熱(re)應(ying)力，消除了堿(jian)金屬(shu)對碳質材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)嚴(yan)重威脅，因(yin)此(ci)能(neng)夠獲(huo)(huo)得較傳(chuan)(chuan)統形式的(de)(de)(de)爐(lu)(lu)(lu)缸內襯更長(chang)的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用壽(shou)命。同時(shi)，含有(you)(you)隔(ge)熱(re)夾(jia)層(ceng)的(de)(de)(de)新(xin)(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸內襯的(de)(de)(de)熱(re)損失較傳(chuan)(chuan)統形式小，具有(you)(you)明顯的(de)(de)(de)企(qi)業效(xiao)益(yi)和(he)社(she)會效(xiao)益(yi)。這種新(xin)(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸內襯已經在宣鋼(gang)9號、沙鋼(gang)1號高爐(lu)(lu)(lu)得到實際應(ying)用。在宣鋼(gang)9號高爐(lu)(lu)(lu)使(shi)(shi)用6年后，環(huan)形炭(tan)磚(zhuan)和(he)陶瓷杯幾乎未受到侵蝕，獲(huo)(huo)得了明顯的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用效(xiao)果(guo)。瑞爾公司已就(jiu)此(ci)新(xin)(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸內襯提出了專利申(shen)請（201210148028.0，201220214932.2）。

1  問題的提出

現代高爐建(jian)設中，為給(gei)越來越長的(de)壽命(ming)目標奠(dian)下良好(hao)的(de)技(ji)(ji)術(shu)基(ji)礎(chu)，爐缸內襯(chen)中炭磚和陶瓷杯耐(nai)材的(de)技(ji)(ji)術(shu)性能、爐缸內襯(chen)的(de)結構始(shi)終(zhong)是(shi)建(jian)設者的(de)關注焦點(dian)，成為形式和品種(zhong)取舍的(de)重(zhong)要依據。主要的(de)關注點(dian)有：

爐缸側壁用炭磚的(de)熱導率(lv)、抗鐵(tie)水(shui)侵蝕(shi)性(xing)、抗堿性(xing)等是(shi)這些材料的(de)性(xing)能焦點。根(gen)據含碳制(zhi)品在爐缸環境下的(de)侵蝕(shi)機(ji)理，若炭磚的(de)工作(zuo)溫度足夠低時，鐵(tie)水(shui)的(de)滲(shen)透與(yu)溶蝕(shi)、堿金屬的(de)滲(shen)透與(yu)侵蝕(shi)速(su)率(lv)等都(dou)會處在較低的(de)程度，甚至停滯。

由經典的(de)傅里(li)葉導熱定(ding)律(lv)可以分(fen)析出影響炭磚(zhuan)內部固定(ding)一點溫度的(de)因素：

Q=（λ×（Tn+1-Tn））/S

Tn=Tn+1-Q×S/λ

其(qi)中：Q：炭磚(zhuan)傳熱方向(xiang)的熱通量，w/m.k；

λ：炭磚的導(dao)熱系數，w/m.k ；

Tn：炭磚(zhuan)內固定一點的溫度，℃；

Tn+1：炭磚(zhuan)的熱面溫度，℃；

S：炭磚內固(gu)定(ding)一點到熱面(mian)的距(ju)離，m，在此為常量；

由(you)此可見，降低炭(tan)磚的(de)(de)(de)工作(zuo)溫度Tn的(de)(de)(de)途徑有三：1.加強對炭(tan)磚的(de)(de)(de)冷(leng)卻，使得通(tong)過炭(tan)磚的(de)(de)(de)熱(re)(re)流強度或稱熱(re)(re)通(tong)量(liang)Q提(ti)高；2.進一步提(ti)高炭(tan)磚的(de)(de)(de)導(dao)熱(re)(re)系數λ，以(yi)期在足夠的(de)(de)(de)冷(leng)卻強度下獲得更高的(de)(de)(de)熱(re)(re)流強度；3.努力(li)降低碳磚的(de)(de)(de)熱(re)(re)面溫度Tn+1。

無論(lun)是(shi)(shi)對于(yu)一(yi)座已有的(de)(de)(de)(de)高(gao)爐(lu)或者(zhe)新建的(de)(de)(de)(de)高(gao)爐(lu)，調整其爐(lu)缸冷(leng)卻(que)強度的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)總是(shi)(shi)有限(xian)的(de)(de)(de)(de)，而(er)且是(shi)(shi)需要(yao)付出(chu)相當的(de)(de)(de)(de)經濟代價的(de)(de)(de)(de)。所以，在其它條件未改(gai)變時，難(nan)于(yu)通(tong)過加強冷(leng)卻(que)來(lai)明顯降低(di)(di)炭磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)溫度。炭磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)導熱(re)(re)率是(shi)(shi)由其制造工藝技術所決定的(de)(de)(de)(de)固有物理性質(zhi)，如現(xian)代主(zhu)流(liu)微孔、超微孔炭磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)導熱(re)(re)率一(yi)般為13~20(w/m.k)，難(nan)于(yu)進一(yi)步提高(gao)。石墨磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)或者(zhe)半石墨磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)雖能(neng)達到(dao)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)導熱(re)(re)率，但這些材料的(de)(de)(de)(de)抗鐵水溶蝕性差(cha)，不(bu)能(neng)用作(zuo)(zuo)爐(lu)缸內(nei)襯的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)層(ceng)。于(yu)是(shi)(shi)，通(tong)過降低(di)(di)炭磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)面(mian)溫度來(lai)實現(xian)降低(di)(di)炭磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)工作(zuo)(zuo)溫度的(de)(de)(de)(de)途徑是(shi)(shi)十分值得探討的(de)(de)(de)(de)。因此需要(yao)研究：

問題1，如(ru)何(he)盡可能地(di)降(jiang)低(di)(di)炭磚的(de)熱面溫度，進(jin)而降(jiang)低(di)(di)炭磚的(de)工作溫度，使得鐵水(shui)、堿(jian)金屬和水(shui)蒸氣等對炭磚的(de)破(po)壞(huai)受到(dao)抑制(zhi)？

爐(lu)缸陶瓷襯體(ti)具(ju)有的隔熱(re)性，能夠(gou)在(zai)一(yi)定(ding)周期中降低炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱(re)面(mian)的溫(wen)度(du)。然而，這只是對問題1的部分答(da)案。一(yi)般情況(kuang)下，較好(hao)的爐(lu)缸陶瓷杯能將(jiang)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱(re)面(mian)的溫(wen)度(du)控制在(zai)600~700℃，具(ju)體(ti)決(jue)定(ding)于陶瓷杯所用結構、厚度(du)和材(cai)料性能等。在(zai)各決(jue)定(ding)因(yin)(yin)素(su)中，陶瓷杯的材(cai)料厚度(du)是占有最大(da)權重的參數(shu)。陶瓷杯厚度(du)減薄，爐(lu)缸炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱(re)面(mian)溫(wen)度(du)也隨之(zhi)逐漸上升。因(yin)(yin)此需要(yao)研(yan)究：

問題2，如(ru)何盡(jin)可能地(di)在相當長的(de)周期中將炭磚的(de)工作(zuo)溫(wen)度、或者熱面溫(wen)度保持在較低狀態？

2  解決問題的技術方案

前已述(shu)及，降低(di)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)工作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)三個主要(yao)因素中，進一(yi)步提高爐缸冷卻強度(du)和炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)率受到較大的(de)(de)(de)(de)限制。可見，①降低(di)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)側的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)是(shi)技術方(fang)案的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)。再者，實際應用中的(de)(de)(de)(de)陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)厚度(du)總是(shi)隨冶煉進程而逐漸減(jian)少，炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)隨陶(tao)(tao)瓷杯厚度(du)減(jian)薄而升(sheng)高。因此(ci)，②顯著弱化炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)對(dui)陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)厚度(du)的(de)(de)(de)(de)關(guan)聯性是(shi)技術方(fang)案的(de)(de)(de)(de)又一(yi)關(guan)鍵(jian)。這兩個技術關(guan)鍵(jian)的(de)(de)(de)(de)實質是(shi)隔(ge)熱(re)(re)(re)。在爐缸炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)與陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)之間設置性能適(shi)宜(yi)的(de)(de)(de)(de)隔(ge)熱(re)(re)(re)層(ceng)時，隔(ge)熱(re)(re)(re)層(ceng)可減(jian)少通過陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)傳(chuan)遞到炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)量(liang)。若隔(ge)熱(re)(re)(re)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)率較陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)率呈(cheng)數量(liang)級降低(di)時，炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)對(dui)陶(tao)(tao)瓷襯體(ti)(ti)(ti)厚度(du)的(de)(de)(de)(de)敏感性即(ji)會得到降低(di)。

根據上述技術關(guan)鍵與(yu)原(yuan)理，研究設(she)計了含有隔熱(re)夾層的新型爐缸內(nei)(nei)襯，結構示意見圖1。這種新型爐缸內(nei)(nei)襯中，爐缸冷卻(que)壁前沿仍然砌(qi)筑(zhu)環(huan)形炭(tan)(tan)磚，爐內(nei)(nei)側設(she)置陶瓷襯體，在(zai)環(huan)形炭(tan)(tan)磚與(yu)陶瓷襯體之間(jian)為隔熱(re)層。

從理(li)論上看(kan)，具(ju)有一定強度、導熱率(lv)較低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)隔(ge)熱材(cai)料均可用(yong)作(zuo)隔(ge)熱層。但是考慮到隔(ge)熱夾(jia)層位于高爐(lu)爐(lu)缸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特殊環(huan)境，所以(yi)構成隔(ge)熱夾(jia)層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料應該具(ju)有很好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)鐵(tie)水等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)侵(qin)蝕性(xing)、體積(ji)密(mi)(mi)度≥3g/cm3和空隙率(lv)≤10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)(mi)性(xing)、綜合導熱率(lv)≤0.5w/m.k等技術特性(xing)。不(bu)言而(er)喻，不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)隔(ge)熱層會有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)效(xiao)果。將不(bu)致(zhi)密(mi)(mi)、抗(kang)(kang)鐵(tie)水侵(qin)蝕和滲透(tou)性(xing)不(bu)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)、導熱率(lv)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料用(yong)作(zuo)隔(ge)熱夾(jia)層時，非(fei)但達(da)不(bu)到預期的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)效(xiao)果，反而(er)會影響爐(lu)缸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安全與壽命。由特種材(cai)料構成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)隔(ge)熱夾(jia)層已經得(de)到了長(chang)期的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實際(ji)應用(yong)，獲得(de)優秀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)效(xiao)果。

3  新型內襯的技術特性

圖1所示的新型爐缸內襯(chen)中的隔熱夾層(ceng)，改變了傳統形式的爐缸內襯(chen)的傳熱條件和溫度(du)分布，使(shi)其具有(you)了不同于傳統形式內襯(chen)的技(ji)術特點。

3.1 磚襯溫度更加有利于(yu)延(yan)長內(nei)襯壽命

環形炭磚(zhuan)與(yu)陶瓷襯體之間設置(zhi)了(le)熱阻較(jiao)大的隔(ge)(ge)熱層后(hou)，爐缸(gang)磚(zhuan)襯的溫度(du)分布較(jiao)沒(mei)有隔(ge)(ge)熱層時的分布更加合(he)理。主要為：

1)通過爐缸內(nei)襯(chen)的(de)熱通量下降。

2)環(huan)形炭(tan)磚(zhuan)的熱面溫度顯著降低，炭(tan)磚(zhuan)的平均工(gong)作溫度下降。

3)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)襯體的(de)冷面(mian)溫(wen)度上(shang)升，熱(re)面(mian)溫(wen)度保持不變，陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)襯體上(shang)的(de)溫(wen)度梯度，亦即陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)襯體承受的(de)熱(re)應(ying)力顯(xian)著降低(di)。

上述三個(ge)主要方面(mian)因素(su)的(de)變化程度(du)與高(gao)爐(lu)(lu)(lu)容積、爐(lu)(lu)(lu)襯(chen)(chen)(chen)(chen)材料特性以及冷卻系統(tong)的(de)設計均有關聯。以2500m3級高(gao)爐(lu)(lu)(lu)為(wei)例，按(an)正常(chang)技術配置(zhi)，推(tui)測了(le)傳統(tong)形(xing)(xing)(xing)式的(de)爐(lu)(lu)(lu)缸(gang)內(nei)(nei)襯(chen)(chen)(chen)(chen)、含隔(ge)熱夾層(ceng)(ceng)新(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸(gang)內(nei)(nei)襯(chen)(chen)(chen)(chen)的(de)溫(wen)(wen)度(du)分布(bu)情況。圖2是在(zai)環(huan)形(xing)(xing)(xing)炭磚(zhuan)與陶(tao)瓷杯襯(chen)(chen)(chen)(chen)體之間未設置(zhi)隔(ge)熱夾層(ceng)(ceng)的(de)傳統(tong)形(xing)(xing)(xing)式爐(lu)(lu)(lu)缸(gang)內(nei)(nei)襯(chen)(chen)(chen)(chen)的(de)溫(wen)(wen)度(du)分布(bu)，圖3是在(zai)環(huan)形(xing)(xing)(xing)炭磚(zhuan)與陶(tao)瓷襯(chen)(chen)(chen)(chen)體之間設置(zhi)了(le)隔(ge)熱夾層(ceng)(ceng)時的(de)新(xin)型爐(lu)(lu)(lu)缸(gang)內(nei)(nei)襯(chen)(chen)(chen)(chen)的(de)溫(wen)(wen)度(du)分布(bu)。上述溫(wen)(wen)度(du)分布(bu)的(de)推(tui)測中，選用的(de)主要邊界參數為(wei)：

1)工藝條件，鐵水溫(wen)度：1500℃；鑄鐵冷卻壁(bi)、冷卻水溫(wen)度33℃；

2)環形炭磚，厚度：950mm、導熱率(lv)：14~16w/m.k；

3)陶瓷襯體，厚度(du)：350mm、導(dao)熱率：3.5 w/m.k；

4)隔熱層，厚度：60mm、導熱率：0.5w/m.k。

1-陶瓷杯(bei)，2-炭磚，3-碳搗(dao)料，4-冷卻壁

圖(tu)2  傳統(tong)形式爐缸內襯的溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)

1-陶瓷杯，2-隔熱夾層，3-炭磚，4-碳搗料(liao)，5-冷卻(que)壁(bi)

圖3  新型內(nei)襯的溫度分布例(li)

比較圖2、圖3，可(ke)以看(kan)到：

1)通過新型爐缸內襯的(de)(de)熱通量較傳(chuan)統形式的(de)(de)爐缸內襯降低(di)了~2020w/m2。

2)新型爐缸內襯(chen)的(de)陶(tao)瓷(ci)杯(bei)的(de)冷面溫度為(wei)812℃，較傳(chuan)統形式的(de)爐缸內襯(chen)的(de)陶(tao)瓷(ci)杯(bei)冷面的(de)610℃提高了202℃。

3)新型(xing)爐缸內襯的(de)炭(tan)磚的(de)熱面溫度為453℃，較傳統形式(shi)的(de)爐缸炭(tan)磚熱面的(de)610℃降低(di)了157℃，平均(jun)工作溫度降低(di)了~89℃。

3.2 陶(tao)瓷襯體、炭磚的熱應力降(jiang)低

如(ru)前所(suo)述，在爐(lu)缸(gang)環形炭磚(zhuan)與(yu)陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體之(zhi)間設置隔熱夾層后，炭磚(zhuan)的(de)熱面溫度和平均工(gong)(gong)作(zuo)溫度得(de)以降(jiang)(jiang)低，陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體的(de)冷(leng)面溫度與(yu)平均工(gong)(gong)作(zuo)溫度提高。這樣，環形炭磚(zhuan)、陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體在熱傳(chuan)遞方向上（即最大溫差方向上）的(de)溫度梯(ti)度得(de)以減(jian)小，即環形炭磚(zhuan)、陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體在工(gong)(gong)作(zuo)中承受的(de)熱應(ying)力下降(jiang)(jiang)。表1，是前例中炭磚(zhuan)、陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體的(de)溫差比較表。

表1 環形炭磚、陶瓷杯襯體的溫度梯度

表1可見，隔熱(re)夾層內襯(chen)中的(de)炭(tan)磚、陶瓷襯(chen)體的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)較傳(chuan)統(tong)形(xing)式降(jiang)(jiang)低(di)(di)了(le)27%。從材(cai)料(liao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)力(li)與溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)正比關系(xi)(xi)、材(cai)料(liao)線膨脹系(xi)(xi)數和彈性模(mo)量無明顯(xian)變(bian)化等可知：含(han)隔熱(re)夾層的(de)新型爐缸內襯(chen)中的(de)炭(tan)磚、陶瓷襯(chen)體所承(cheng)受的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)力(li)較傳(chuan)統(tong)形(xing)式減低(di)(di)了(le)27%。尤其是陶瓷襯(chen)體的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)、熱(re)應(ying)力(li)的(de)大幅(fu)降(jiang)(jiang)低(di)(di)，將顯(xian)著地延長使用(yong)壽命。

3.3 陶(tao)瓷杯厚度(du)對炭磚溫度(du)的(de)影響性降低

圖(tu)4、圖(tu)5為前例的爐缸(gang)側壁內襯在傳統結構(gou)、新型(xing)結構(gou)下，熱通量、炭磚熱面溫度與(yu)陶瓷襯體厚度的關系。

圖4 熱通量與陶瓷杯厚度關系 

圖5 炭磚熱面溫度與陶(tao)瓷杯厚度關系(xi)

從圖4、圖5可見(jian)，具(ju)有(you)隔熱夾層的(de)(de)(de)新型結(jie)構中，熱通(tong)量、炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱面(mian)溫(wen)度(du)隨(sui)陶瓷(ci)襯體(ti)厚度(du)減少而(er)上升的(de)(de)(de)速率低于(yu)傳(chuan)統形(xing)式(shi)的(de)(de)(de)爐缸(gang)內襯。并且(qie)，隨(sui)著陶瓷(ci)襯體(ti)厚度(du)減少到(dao)一定(ding)程度(du)之(zhi)后，兩種形(xing)式(shi)之(zhi)間的(de)(de)(de)差別愈加(jia)明顯(xian)。在(zai)(zai)具(ju)有(you)隔熱夾層的(de)(de)(de)新型結(jie)構中，即使(shi)陶瓷(ci)襯體(ti)的(de)(de)(de)厚度(du)減薄(bo)至110mm，炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱面(mian)溫(wen)度(du)仍然低于(yu)700℃；而(er)傳(chuan)統結(jie)構中，陶瓷(ci)襯體(ti)厚度(du)減薄(bo)至260mm時，炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)熱面(mian)溫(wen)度(du)已達(da)700℃。可見(jian)，新型的(de)(de)(de)爐缸(gang)內襯能在(zai)(zai)更長周(zhou)期中保護炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)免予受到(dao)堿金(jin)屬等(deng)的(de)(de)(de)侵(qin)蝕。

3.4 降低堿金屬、Zn等侵(qin)蝕氣態的(de)堿(jian)(jian)金屬(shu)、Zn等存在(zai)于爐(lu)缸部位，并明(ming)顯侵(qin)蝕爐(lu)缸碳質內襯已在(zai)近年的(de)高(gao)爐(lu)實踐中得到(dao)進一(yi)步證實。而且(qie)，隨著(zhu)高(gao)爐(lu)原(yuan)燃料品質的(de)降低(di)，入爐(lu)的(de)堿(jian)(jian)金屬(shu)、Zn的(de)數量較過去明(ming)顯上升，且(qie)在(zai)很長(chang)(chang)一(yi)段時(shi)期中都難以得到(dao)根本改觀(guan)，高(gao)爐(lu)長(chang)(chang)壽變(bian)得更加艱(jian)巨(ju)。

上述隔熱夾層降低炭(tan)磚熱面(mian)溫度(du)至堿(jian)金(jin)屬(shu)、Zn的氣化溫度(du)以下，它們(men)再難(nan)以氣態滲入至炭(tan)磚，從而可(ke)減(jian)輕高爐長壽(shou)目前(qian)乃至將來很長一(yi)段時間內面(mian)臨的堿(jian)金(jin)屬(shu)、Zn的侵蝕問題(ti)。

3.5 降(jiang)低了高(gao)爐(lu)系統(tong)的能源消耗

從以(yi)2500m3高爐為(wei)例(li)的(de)(de)圖2、圖3和圖4可(ke)以(yi)看到，具有隔(ge)熱(re)(re)夾層(ceng)的(de)(de)新型爐缸內襯的(de)(de)熱(re)(re)通量(liang)(liang)較傳統形式的(de)(de)爐缸內襯的(de)(de)熱(re)(re)通量(liang)(liang)降(jiang)低了(le)(le)2020w/m2以(yi)上(shang)，也即減(jian)少了(le)(le)爐缸的(de)(de)熱(re)(re)損失。以(yi)11500mm爐缸直徑、4700mm爐缸高度(du)等(deng)工藝條件，熱(re)(re)通量(liang)(liang)降(jiang)低2020 w/m2測算(suan)時(shi)，每年降(jiang)低的(de)(de)能耗相當于(yu)節省了(le)(le)434萬(wan)度(du)電，折合~350萬(wan)元(yuan)直接經濟效益。

4  新型爐缸內襯的實踐應用

4.1 新型(xing)爐缸內襯(chen)在(zai)宣鋼(gang)9高(gao)爐的應用

宣鋼9高爐(lu)的(de)(de)有效容積為(wei)1940m3,于(yu)2005年10月24日點(dian)火投產。該高爐(lu)采用整體式陶瓷(ci)杯、優質炭(tan)磚構(gou)成(cheng)的(de)(de)爐(lu)缸、爐(lu)底(di)內襯(chen)。圖6為(wei)爐(lu)缸爐(lu)底(di)內襯(chen)結構(gou)示意圖。

爐(lu)(lu)底(di)、爐(lu)(lu)缸內襯(chen)中，爐(lu)(lu)底(di)最下層為(wei)石墨磚(zhuan)，爐(lu)(lu)底(di)最上層為(wei)微孔(kong)炭(tan)磚(zhuan)，它們(men)之間(jian)為(wei)三層半石墨質炭(tan)磚(zhuan)；爐(lu)(lu)缸側壁共設置10層微孔(kong)炭(tan)磚(zhuan)，鐵口局部為(wei)超微孔(kong)炭(tan)磚(zhuan)。

爐(lu)底(di)炭(tan)磚上(shang)沿設(she)置雙向錯臺形狀的(de)莫來石質大塊制(zhi)品RL70MLC構成(cheng)的(de)“整體(ti)”陶瓷(ci)墊(dian)，采用(yong)同心(xin)圓互鎖方(fang)式砌筑的(de)單層結構、高度為800mm；爐(lu)缸(gang)側(ce)(ce)壁的(de)炭(tan)磚內側(ce)(ce)由RL89MNC材(cai)質的(de)大塊灰(hui)剛(gang)玉砌為陶瓷(ci)杯襯(chen)體(ti)。

爐缸環形炭磚、陶瓷(ci)杯側(ce)壁之(zhi)間設(she)置由特(te)種材料構成的(de)“隔熱(re)夾(jia)層(ceng)”，隔熱(re)夾(jia)層(ceng)的(de)厚度為60mm。

圖中：1-陶瓷墊，2-陶瓷杯(bei)壁，3-隔熱層，4-微(wei)孔(kong)炭磚(zhuan)，5-超(chao)微(wei)孔(kong)炭磚(zhuan)

圖6  宣鋼(gang)9高爐(lu)爐(lu)底、爐(lu)缸內襯結(jie)構示意圖

9號(hao)高爐投產之(zhi)后，一直以較(jiao)高的(de)冶煉(lian)強度生產。磚(zhuan)(zhuan)襯測(ce)溫(wen)(wen)熱(re)電偶監(jian)測(ce)到(dao)陶(tao)瓷墊下(xia)表面(mian)的(de)溫(wen)(wen)度不超過(guo)500℃，鐵口以下(xia)的(de)爐缸側壁(bi)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)的(de)熱(re)面(mian)溫(wen)(wen)度低(di)(di)于(yu)300℃、炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)冷面(mian)檢(jian)測(ce)點的(de)溫(wen)(wen)度~100℃。2011年10月(yue)22日(ri)，在鋼鐵市場比較(jiao)低(di)(di)迷的(de)環境下(xia)，9號(hao)高爐停爐檢(jian)修(xiu)。此時(shi)，9號(hao)高爐已經安全運(yun)行2188天（5.99年）。圖(tu)7為(wei)停爐之(zhi)前(qian)的(de)2011年10月(yue)8日(ri)的(de)磚(zhuan)(zhuan)襯實測(ce)溫(wen)(wen)度，圖(tu)8為(wei)降料面(mian)后觀察到(dao)的(de)風口下(xia)沿(yan)環形炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)和(he)陶(tao)瓷杯實物。

圖中：數字為所在位置實(shi)測溫(wen)度（℃）

圖7  宣鋼9號(hao)高爐爐底、爐缸磚襯實測(ce)溫度（2011年10月8日）

圖8  宣鋼9號高爐爐缸炭(tan)磚、陶瓷杯使用6年時的實際狀(zhuang)態

從圖 8的炭磚(zhuan)、陶瓷(ci)杯壁的實物情況，可以(yi)看到這些部位(wei)的陶瓷(ci)杯壁在(zai)經過(guo)了6年的冶(ye)煉生產(chan)之后，幾(ji)乎(hu)未出(chu)現侵蝕，仍然保持為砌(qi)筑時的原始狀態(tai)。圖7所示(shi)的鐵口以(yi)下環形炭磚(zhuan)的熱(re)面(mian)(mian)溫度(du)不超過(guo)300℃，說明(ming)在(zai)隔熱(re)夾層(ceng)熱(re)面(mian)(mian)側的陶瓷(ci)杯壁與爐缸上部的情況相似，幾(ji)乎(hu)未出(chu)現厚度(du)減(jian)少。

更為(wei)可喜的(de)是，從圖8所見的(de)風口下沿爐缸(gang)環(huan)形碳磚，在經歷了(le)近6年的(de)使用以(yi)后(hou)，磚縫清晰干凈，完全看不到任何堿金屬或者(zhe)水(shui)蒸氣通(tong)過的(de)痕跡(ji)（通(tong)常(chang)堿金屬或者(zhe)水(shui)蒸氣經過炭(tan)(tan)磚會留下標志性的(de)白色斑跡(ji)）。這說明炭(tan)(tan)磚外側的(de)陶(tao)瓷(ci)杯，在“隔熱夾(jia)層”的(de)幫(bang)助(zhu)下，很好的(de)實現(xian)了(le)對炭(tan)(tan)磚的(de)“隔絕”保護。

陶瓷(ci)杯在冶(ye)煉過程中，受(shou)到冶(ye)煉產物(wu)的(de)化學侵(qin)蝕、機械磨損(sun)和(he)熱(re)破壞等的(de)綜合作(zuo)用。這些綜合作(zuo)用會使(shi)得(de)陶瓷(ci)杯的(de)工(gong)作(zuo)厚度逐漸減薄(bo)(bo)，隨之(zhi)炭磚(zhuan)(zhuan)熱(re)面(mian)溫度逐漸上升(sheng)。宣鋼9號高(gao)爐(lu)的(de)爐(lu)缸內(nei)襯的(de)結構和(he)材質(zhi)與其它高(gao)爐(lu)基本相似，唯一的(de)特點是在環形炭磚(zhuan)(zhuan)和(he)陶瓷(ci)杯壁(bi)之(zhi)間設置了“隔熱(re)夾(jia)層”。經歷6年運(yun)行后的(de)陶瓷(ci)杯厚度幾乎未曾減薄(bo)(bo)的(de)上述結果，說明該高(gao)爐(lu)的(de)“隔熱(re)夾(jia)層”充分發揮(hui)了前述功效。

4.2 新型爐缸內襯在沙鋼1號高爐的(de)應用

沙鋼1號(hao)高爐的(de)有效容積為2500m3,大(da)修后于2011年(nian)3月20日點火(huo)投產。該高爐本(ben)次大(da)修時采(cai)用整體(ti)式陶瓷杯、優質炭磚形式的(de)爐缸(gang)、爐底內襯(chen)，見(jian)圖9。

圖(tu)中：1-陶瓷(ci)墊，2-陶瓷(ci)杯壁，3-隔熱層，4-超微孔炭磚

圖(tu)9  沙鋼1高(gao)爐爐底(di)、爐缸(gang)內襯結構(gou)示意圖(tu)

爐底最下層(ceng)(ceng)為(wei)石墨(mo)磚，其上(shang)2層(ceng)(ceng)為(wei)超微孔(kong)(kong)炭磚；爐缸中(zhong)下部為(wei)8層(ceng)(ceng)超微孔(kong)(kong)炭磚，爐缸上(shang)部為(wei)3層(ceng)(ceng)微孔(kong)(kong)炭磚。

爐缸環形炭(tan)磚、陶瓷杯側壁之間設置由(you)特種材料構成的“隔熱夾層”，厚(hou)度為(wei)60mm。

1號高(gao)爐(lu)投產(chan)(chan)之(zhi)后，一直以(yi)較高(gao)的冶煉強度生產(chan)(chan)。磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)襯(chen)測(ce)(ce)溫熱電偶監測(ce)(ce)到爐(lu)底最上層(ceng)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)下表面溫度在250℃以(yi)下，爐(lu)缸側壁(bi)炭(tan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)冷端檢測(ce)(ce)點(dian)的溫度在150℃以(yi)下（測(ce)(ce)溫點(dian)據冷卻壁(bi)熱面距離~220mm）。圖10為2011年11月21日的磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)襯(chen)實測(ce)(ce)溫度。

圖中(zhong)：數字為所在位置實測溫度（℃）

圖10 沙鋼1號高爐(lu)(lu)(lu)爐(lu)(lu)(lu)底、爐(lu)(lu)(lu)缸磚襯(chen)實測溫度(du)（2011年11月21日）

圖10所示實測溫度(du)表(biao)明，雖然該高爐投(tou)產時間(jian)不到1年，但(dan)實測溫度(du)與前述的宣(xuan)鋼(gang)(gang)9號(hao)(hao)高爐的監測結(jie)果(guo)的特點十分相(xiang)似(si)，較好地重現了(le)“隔熱夾層”在宣(xuan)鋼(gang)(gang)9號(hao)(hao)高爐的使用情況。預(yu)計正常(chang)情況下，沙鋼(gang)(gang)1號(hao)(hao)高爐也(ye)將取得(de)類似(si)宣(xuan)鋼(gang)(gang)9號(hao)(hao)高爐的使用效果(guo)。

5  結語

1)在爐缸環形炭(tan)磚(zhuan)與陶瓷襯體之間(jian)設(she)置的(de)隔熱夾(jia)層(ceng)降低了(le)環形炭(tan)磚(zhuan)的(de)熱面溫(wen)(wen)度和(he)平均溫(wen)(wen)度，減小了(le)環形炭(tan)磚(zhuan)的(de)冷熱端溫(wen)(wen)差(cha)和(he)應(ying)力，延長了(le)環形炭(tan)磚(zhuan)的(de)使(shi)用壽(shou)命。

2)環形炭磚(zhuan)和陶(tao)(tao)瓷(ci)襯體(ti)之間的(de)隔熱夾層(ceng)提高了(le)陶(tao)(tao)瓷(ci)襯體(ti)冷端溫(wen)度(du)和平均(jun)溫(wen)度(du)，減小了(le)陶(tao)(tao)瓷(ci)襯體(ti)中的(de)溫(wen)度(du)梯度(du)，并因此降低(di)了(le)作用(yong)在陶(tao)(tao)瓷(ci)磚(zhuan)襯上的(de)溫(wen)差(cha)應力(li)，可延長陶(tao)(tao)瓷(ci)杯的(de)使用(yong)壽命。

3)隔熱夾(jia)層降低(di)了環形炭磚(zhuan)溫(wen)(wen)度(du)(du)與陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體(ti)厚(hou)度(du)(du)變(bian)化的關聯度(du)(du)。環形炭磚(zhuan)熱面溫(wen)(wen)度(du)(du)隨陶(tao)瓷(ci)襯(chen)體(ti)厚(hou)度(du)(du)減(jian)薄而上升(sheng)的速率(lv)低(di)于傳(chuan)統的炭磚(zhuan)-陶(tao)瓷(ci)杯(bei)結構，延長了陶(tao)瓷(ci)杯(bei)保護炭磚(zhuan)的有效(xiao)期。

4)隔(ge)熱(re)夾層降低了環形炭磚熱(re)端溫度，減輕了堿金(jin)屬、Zn以氣態形式滲入、侵蝕炭磚的危險性。因此，在(zai)目(mu)前和未來很(hen)長一段時期內的原燃料質(zhi)量降低情況下，對保(bao)證高爐安全、實(shi)現長壽極為(wei)有利。

5)測算2500m3級高爐的(de)(de)含有隔(ge)熱夾層的(de)(de)新型爐缸(gang)(gang)內(nei)襯(chen)的(de)(de)熱通量（熱損(sun)失）較傳統形式爐缸(gang)(gang)內(nei)襯(chen)降低了～27%，可年(nian)節電434萬度，具有明顯(xian)的(de)(de)企(qi)業效(xiao)益(yi)和社會效(xiao)益(yi)。

6)宣鋼9號(hao)高(gao)爐(lu)于2005年10月采用(yong)了含隔(ge)熱夾層的(de)(de)新型爐(lu)缸內襯，投產(chan)生產(chan)6年后，爐(lu)缸炭磚和陶瓷杯幾乎未受到(dao)侵蝕，基本保持為砌筑時(shi)的(de)(de)原始(shi)狀(zhuang)態。投產(chan)約(yue)1年的(de)(de)沙(sha)鋼1號(hao)高(gao)爐(lu)的(de)(de)實測溫度也較好地重現了宣鋼9號(hao)高(gao)爐(lu)的(de)(de)使用(yong)情(qing)況(kuang)，預計(ji)也將取得(de)相似的(de)(de)卓(zhuo)越使用(yong)效果(guo)。

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