高炉各部位耐火砖衬应如何设计

合理炉体设计的目的是将炉衬破损控制在大家预期的范围之内，以延长高炉寿命。炉体砌筑可以分为一段式和二段式工作。当高炉选用框架剪力墙时，炉体砌砖为一段式作业，即从炉底始终砌筑到炉顶。当高炉选用炉缸支柱与炉腰支圈结构时，炉体砌砖为二段式工作，首段从炉底、炉缸砌至炉腹，炉腰支圈以上为第二段，包括炉腰、炉身、炉喉与炉头。

一、炉底

有全陶瓷质、全碳砖和综合炉底三种结构类型。

过去设计炉底时不重视散热和冷却条件，是典型的缓蚀型全陶瓷质设计。现阶段这种形式只适应于小型高炉的炉底结构。当代高炉炉底的设计主要着眼于传热学，使用碳砖，结合冷却，出现型炉底，耐火砖即全碳砖炉底和综合炉底。

靠散热的办法，在炉底及早构成一个熔结层，使侵蚀限定在这里范围。实质要用钢水的凝固温度(一般为1150℃)的等温线(或面)筑成一道挡铁墙。显然，随着炉衬散热能力的增加，这条等温线就被压缩在远离炉壳和炉基的地方，即把钢水包围在更小的范围之内。高炉开炉后，随着钢水侵蚀线的下移，1150℃等温线也下移，但前者移动快，最后二者重合，炉底形成了稳定的“铁壳”防护层。只需热力循环不会被毁坏，防护层还会“”持续下去。较合理的是带炉底冷却的综合炉底，在基墩上面是风冷管碳捣层，其上平砌2?3层或立砌一层碳砖，再上面四周是环砌的碳砖直到渣口之下，而中心是立砌着高铝砖或黏土砖。应根据部位不同采用不同性能的碳砖。铁口以下容易受到严重侵蚀的部位用抗渗透性好的微孔碳砖;炉底层用高导热性C-SiC砖;其余部位用普通碳砖或微孔碳砖。同时增加费口以下环砌碳砖的长度，以抵抗铁液和碱金属的积极渗透和侵蚀;砖缝也应当由宽缝改成细缝(0.5mm以下)。

二、炉缸

炉缸炉衬比炉底薄，以加强冷却来维护生成渣皮和由铁水中析出并不是厚厚的石墨层。当代高炉炉缸多用碳砖砌筑，国内砌到渣口中心线或出风口和渣口之间，碳砖与高铝砖交接处应避开渣液面。国外也有全碳砖炉缸。炉缸侧墙厚度为685?1350mm,在出风口通常减薄至570mm。中小型高炉则多用全部高铝砖或黏土砖砌筑炉缸。

三、炉腹、炉腰与炉身鉴于炉腹主要靠渣皮工作，因此常见的结构是一环厚345mm或230mm的高铝砖(或黏土砖)，确保在开炉时保护镶砖冷却壁的表面不会被烧坏。砌筑时要紧靠冷却壁或炉壳错台砌筑，并保证垂直缝错开，与炉缸平砌的砖环同样，砖缝小于1mm。

炉腰结构有厚墙、薄墙和过渡形式。炉腰砖衬砌筑应该和预期达到的使用炉型和使用的冷却器结合起来考虑。因为煤气沿炉腹倾斜方向上升，并在炉腹与炉腰交界处转弯，所以必然冲刷炉腰。选用厚墙炉腰炉衬易被煤气流冲刷和侵蚀掉，使炉腹高度向上扩展，径向截面增大，而且炉腰高度越大，炉衬越硬，炉腹向上延伸得越大，在径向的扩展也就越大，从而使得设计炉型与使用炉型看人比较大。如采用薄墙炉腰则可避免以上弊端，使炉型固定不动，但是当原设计炉型与合理使用炉型进出很大，往往会得到一个不合理固定不动炉型。过渡形式要在炉腰和炉身下部选用镶砖冷却壁，炉腰砖衬逐渐加厚，可以由345mm逐渐增加到炉身下部砖衬厚度575mm(或690mm)。炉腰也采用了环状切砖法，砖缝低于1mm。

随着新型耐火材料的出现，炉身下部的耐火材料在不断地改善。从高铝砖、硅线石砖、合成莫来石砖、烧成刚玉砖到碳化硅砖，氮化硅相结合的碳化硅砖都有应用。从单一的高铝砖、高密度黏土砖砌墙，到这些构成炉衬。如炉衬内外层选用不同的材料，在接近镶砖冷却壁的外层砌体砌墙碳化硅砖，里层砌墙黏土砖或高铝砖。炉身砖衬厚度目前已经趋于减薄，常为690?805mm,砖缝下段不得超过1.5mm,上段不得超过2mm，选用环状切砖法。因为炉身比较高，故每砌5层一错台以缩小内径，并且用活动半径规来调节。为了避免与炉壳空隙里的水渣填充料往下松脱，每过10?15层砖会有一圈抵到炉壳。

四、炉喉与炉头

炉喉电池保护板(或称炉喉钢砖)身后填入耐火材料，拿来做炉喉里衬，以抵抗回炉废料打击和高温膨胀。钢砖要用铸钢制成的空腔盒子，壁厚为60?150mm，主要有小块的、条形的和变径的炉喉电池保护板。小块吊挂式炉喉电池保护板是通过不一样形状的小块钢砖构成几个环圈，每一环有钢砖十几块，相邻钢砖侧壁用螺纹连接。再把上下数环用螺钉联结在一起，用八块吊挂板悬挂在炉壳上。这样的设计，全部环圈贴近机械连接，在长期持续高温影响下，垂直方向线膨胀比纵向大，钢砖相互挤压而向炉内突出，甚至使整个炉喉变成漏斗形而加快毁坏。对于以上缺陷，改成条形炉喉电池保护板即沿炉喉高度上有一个长条，全部炉喉构造由几十元条形电池保护板构成。每条钢砖都有上下两个吊挂设备。相邻两根钢砖间留出20mm空隙，防止受热膨胀相互作用，它对温度不均匀的现象适应能力好，内应力小，因此得到了广泛的应用。大型高炉中采用活动炉喉电池保护板，它有效解决了炉喉位置构造强度难题，其作用是调整回炉废料的分布规律气流分布，做为放料和布料的一个补充手段。炉头常见镶入耐火砖的铸钢耐磨衬板做里衬，他用螺钉联结在炉盖上，并在缝隙内灌好粘土-水泥沙浆。还有的中小高炉用砖衬。在这个槽钢做出来的环形支梁上平砌砖环，首位环紧贴炉盖，之上各层往里通缝平砌成的。