一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構的制作方法
【專利摘要】一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，爐缸側壁徑向上由里到外依次設自焙燒碳磚和微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、石墨碳磚；爐底自上而下依次設自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、半石墨碳磚、石墨碳磚。經(jīng)過這樣的布磚，高爐投產后能快速實現(xiàn)渣鐵殼能長期穩(wěn)定附在碳磚上，有效的將碳磚溫度控制在870℃以下，碳磚脆化線被控制在碳磚的熱面很遠的距離，爐底最上層碳磚的最高溫度低于600℃，這樣就有效保護了爐缸側壁厚度不受侵蝕。
【專利說明】一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高爐爐缸耐材結構設計，特別涉及一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構。
【背景技術】
[0002]眾所周知，砌筑爐底、爐缸側壁的炭質材料必須具有高導熱、微孔化、低透氣、高強度、高的抵抗堿金屬和爐渣侵蝕性能的材料。但是很難做到面面俱到。
[0003]高導熱全碳磚爐缸和陶瓷杯復合爐缸是目前最流行的二種爐缸爐底結構。對于高導熱法的全碳磚爐底，爐底每層耐火材料的導熱系數(shù)都很高，熱量傳輸很容易，但由于爐底靠近鐵水的磚層的高導熱性，鐵水的熱量過于容易地進入爐底碳磚，而且爐底冷卻系統(tǒng)及填料的熱阻，都使得冷卻水從爐缸帶走熱量的能力在沒有渣鐵殼形成前小于鐵水向碳磚傳入熱量的能力，爐缸爐底將會持續(xù)升溫，即全碳磚爐底隔熱不足，同時全碳磚爐底的溫度梯度小，爐底接近冷卻水的碳磚的溫度高達200°C左右，使得冷卻水和碳磚間的對流換熱加大，造成爐底熱量損失過多。因此，全碳磚爐底隔熱不足，導熱過大。對于陶瓷杯復合爐缸爐底，由于陶瓷杯的低導熱系數(shù)，鐵水的熱量很難傳入其中，也就是說鐵水很難釋放出足夠的熱量到陶瓷杯內，鐵水溫度無法降低到1150°C凝固線以下，即無法形成“自保護”的渣鐵殼，雖然陶瓷杯耐熱度很高，但長期直接面對高溫鐵水的沖刷，由于其它熱力學、化學破壞等因素，也避免不了被侵蝕，即陶瓷杯復合爐缸爐底在靠近鐵水端隔熱過大，進而由于絕大部分的熱量都被陶瓷杯隔開，爐缸的碳磚層的溫度很低，尤其是接近冷卻系統(tǒng)的碳磚溫度只有80°C左右，冷卻水帶走的熱量很少，即使爐底陶瓷杯下方采用較高導熱系數(shù)的碳磚，冷卻水也處于基本作“無用功”的狀態(tài)，陶瓷杯復合爐缸爐底以陶瓷杯的損耗為長壽的代價，即隔熱過大，散熱不足。
[0004]高導熱法的全碳磚爐底和隔熱法的陶瓷杯復合爐缸爐底延長高爐壽命的本質是一樣的，都是保證在鐵水和磚層間存在低導熱系數(shù)的“保護殼”，但如何使“保護殼”能夠“自生長”并長期存在，是二者都沒有解決的問題，結果導致這兩種方法爐缸耐材遭受高溫渣鐵侵蝕蝕過快，爐缸側壁溫度上升過快，嚴重威脅高爐長壽。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的在于設計一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，采用碳磚導熱系數(shù)由里及外越來越大的爐缸爐底設計，這種爐缸爐底結構設計有利于可再生的“自保護”渣鐵殼的形成和長期穩(wěn)定存在，有效保護不但可以延長爐缸爐底的壽命，還可以降低其成本及熱量損失爐缸耐材設計布局更為合理，使用長壽更長。
[0006]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是:
[0007]一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，其特征在于，爐缸側壁徑向由里到外依次設自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、石墨碳磚；爐底自上而下依次設自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、半石墨碳磚、石墨碳磚。
[0008]所述的高導熱高致密高強度碳磚的體積密度≤1.71g/m3，顯氣孔率≤17%，耐壓強度≤63MPa，抗折強度≤14MPa，導熱系數(shù)≤21w/m.k，平均孔徑≤0.05微米。
[0009]上述自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、半石墨碳磚、石墨碳磚等均為國豕標準的廣品。
[0010]本實用新型爐缸耐材布局設計中，碳磚導熱系數(shù)由里及外逐漸加大。其基本原理為:恰當?shù)膶岣魺岽_保爐缸爐底長壽節(jié)能，保證高溫鐵水有能力傳入耐火材料一定的熱量，使接近磚層的鐵水溫度降至1150°C凝固線，生成“自保護”的不需要額外成本的“可再生”的渣鐵殼，阻擋鐵水對碳磚的侵蝕，并盡量減小鐵水額外的熱量進入碳磚，以達到合理的隔熱，在靠近鐵水的磚層達到合理隔熱的基礎上，逐漸增大爐底靠近冷卻系統(tǒng)的耐火材料的導熱性，使進入磚層的熱量快速地傳過爐底被冷卻水帶走，令爐底磚層大體上保持較低的溫度，以達到恰當?shù)膶?。由于爐底熱阻并不能認為只是一個整體，導熱系數(shù)由里及外梯度分布的設計就必須要考慮到鐵水和冷卻水對爐底不同高度的磚層的影響變化，在不同鐵水傳熱或冷卻水傳冷的影響范圍內，耐火材料導熱系數(shù)的選擇也應不同。在爐缸爐底非穩(wěn)態(tài)的升溫過程中，因為在接近鐵水的熱面，鐵水熱量進入碳磚的能力要大于碳磚傳出熱量的能力；而在爐底接近冷卻系統(tǒng)的碳磚，冷卻水的對流換熱能力要大于碳磚的導熱能力，所以如果把導熱系數(shù)小的耐火材料布在靠近冷卻系統(tǒng)，而導熱系數(shù)大的耐火材料布在靠近鐵水，則鐵水的侵蝕能力將加大，而冷卻水的“傳冷”能力將被抑制。所以爐底靠近鐵水的碳磚應該選取導熱系數(shù)大小適中，孔隙率低的材質；而隨著逐漸遠離鐵水，為了避免磚層溫度過高，就要盡快地把鐵水凝固所傳人磚層的熱量導走，即在爐底第一層碳磚以下的各層耐火材料的導熱系數(shù)要大于其上一層磚的導熱系數(shù)進入碳磚的熱量才能盡快地傳至爐底，進而被冷卻水帶走，如爐 底上部磚層采用自焙燒碳磚搭配微孔碳磚，前者在生產過程中隨爐缸爐底溫度的升高逐漸焙燒完全，導熱系數(shù)逐漸升高，所以在開爐初期未焙燒好時可發(fā)揮“避熱”的作用，而在鐵水降到凝固溫度形成渣鐵殼后已經(jīng)基本焙燒完全，又可以在渣鐵殼下發(fā)揮“揚冷”的作用，后者的低孔隙率也可以阻擋鐵水的滲透侵蝕。對于挨著冷卻系統(tǒng)的最后一層磚，要選用最高導熱性的碳磚以保證在有渣鐵殼時最大地發(fā)揮冷卻水的傳熱作用，采用石墨碳磚，此碳磚具有很高的導熱性，而且由于并不接觸鐵水，也不用擔心石墨化程度高而容易滲碳的危險。同時注意到由于冷卻系統(tǒng)并不是分布在每層碳磚以下，所以它對于最下層磚的傳熱能力勢必大于上述每層碳磚之間熱量傳輸?shù)哪芰?，所以爐底布磚的方式應該是自上而下第一層磚的導熱系數(shù)最小，最后一層磚的導熱系數(shù)最大，而在最下層磚和最上層磚之間，要適當?shù)販p小各層磚的導熱系數(shù)，這樣在形成渣鐵殼之前爐底的溫度才不會太高并能發(fā)揮冷卻系統(tǒng)的作用。
[0011]本實用新型的有益效果:
[0012]爐缸爐底在投產初期就很容易形成“渣鐵殼”，這種渣鐵殼能長期穩(wěn)定附在碳磚上，有效的將碳磚溫度控制在870°C以下，碳磚脆化線被控制在碳磚的熱面很遠的距離，爐底最上層碳磚的最高溫度低于600°C，這樣就有效保護了爐缸側壁厚度不受侵蝕。同時從投資費用方面，此爐缸爐底并不需要采用造價高昂的陶瓷杯，也不需要全部的爐缸爐底都采用高導熱系數(shù)的碳磚，而是采用自焙燒碳磚，微孔碳磚，半石墨碳磚，石墨碳磚的搭配，成本相比全碳磚爐底和陶瓷杯復合爐缸爐底有大幅度的降低?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]參見圖1，本實用新型的爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，爐缸側壁徑向上由里到外依次設自焙燒碳磚1、微孔碳磚2,超微孔碳磚3、高導熱高致密高強度碳磚4、石墨碳磚6 ；爐底自上而下設自焙燒碳磚1、微孔碳磚2、超微孔碳磚3、高導熱高致密高強度碳磚4、半石墨碳磚5、石墨碳磚6。
[0015]7為爐殼，爐殼側壁內側設搗打料層8 ；9為水冷鋼板，位于爐底內側。
[0016]其中，所述的高導熱高致密高強度碳磚的體積密度> 1.71g/m3,顯氣孔率(17%，耐壓強度≥63MPa，抗折強度≥14MPa，導熱系數(shù)≥21w/m.k，平均孔徑≤0.05微米。
[0017]通過本實用新型上述結構的布磚，高爐投產后能快速實現(xiàn)渣鐵殼能長期穩(wěn)定附在碳磚上，有效的將碳磚溫度控制在870°C以下,碳磚脆化線被控制在碳磚的熱面很遠的距離，爐底最上層碳磚的最高溫度低于60(TC，這樣就有效保護了爐缸側壁厚度不受侵蝕。
【權利要求】
1.一種爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，其特征在于，爐缸側壁徑向由里到外依次設自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、石墨碳磚；爐底自上而下依次設自焙燒碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、高導熱高致密高強度碳磚、半石墨碳磚、石墨碳磚。
2.如權利要求1所述的爐缸耐材導熱系數(shù)梯度布磚結構，其特征在于，所述的高導熱高致密高強度碳磚的體積密度≥1.71g/m3，顯氣孔率≤17%，耐壓強度≥63MPa，抗折強度≥14MPa，導熱系數(shù)≥21w/m.k，平均孔徑≤0.05微米。
【文檔編號】C21B7/06GK203728861SQ201320672910
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】宋高峰, 宋文剛, 張龍來, 李少春, 張偉, 許贇秋, 宋文虎, 張永忠 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司