长寿型高炉炉缸和炉底的结构设计及耐火材料配置

高炉是钢铁冶金生产中重要的热工窑炉设备，其主要作用是炼铁，高炉由炉壳和炉衬组成，炉壳为钢板，炉衬为耐火材料。炉衬可分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸、炉底6部分。

- 高炉炉底 -

高炉炉底主要分为缓蚀型和相对永久型两种，目前以相对永久型为主，相对永久型分两种，即全炭炉底(又称黑色炉底)和综合炉底。永久型结构就是在炉底采用了高导的碳质材料，比缓蚀型炉底减薄近三分之二，重视炉底冷却，加强冷却效果，在炉底尽早形成具有防护作用的挡铁墙，只要热平衡不被破坏，渣铁壳也就会相对“永久”地保持。

永久型炉底形成了综合炉底和全炭炉底两大流派，从传热学角度来说，综合炉底是绝热与导热的结合，全炭炉底是完全的导热机理。从设计构思角度来说，综合炉底和全炭炉底又是“现代耐火材料法”和“导热法”的杰出代表。从经济和高炉操作工艺过程来说，综合炉底将是今后的发展趋势。

全炭炉底虽然通过减薄炉底，采用高导热优质的炭砖满足了高导热强冷却的要求，通过导热的办法尽快形成渣铁壳保护耐火材料不受炉内的侵蚀。然而，在开炉初期，由于冷却效果不能充分发挥，冷却不正常，还有操作不稳定，渣铁壳不能较快地形成，必然对炭砖衬强烈地磨损侵蚀，有可能在这段动态期，炭砖就遭到严重损坏，不利于稳态期的长寿。

相比之下，综合炉底在满铺炭砖的上面覆盖一层耐磨、低导热、抗碱、抗铁水渗透的高铝陶瓷材料，首先在开炉初期的动态期，这层高铝陶瓷材料直接面对渣铁，有力地抵抗炉料的冲击、渣铁的冲刷、炉内高温下的各种化学侵蚀，保护下面的炭砖;另外，某些具有受热微胀性的高铝陶瓷材料受热微胀可以将砖缝挤实，也使渣铁经砖缝的渗透减少，有效地延长动态期，待这层高铝陶瓷材科磨蚀后，又可保护下面较完好的炭砖上尽早形成渣铁壳，这种结构更安全，更有利于炉底长寿。

- 高炉炉缸 -

高炉炉缸与炉底结构类似。主要也是分为两种，—种是炭砖与高铝陶瓷材料结合的复合炉缸结构,—种是全炭砖炉缸结构。从传热角度来说，炭砖与高铝陶瓷材料结合的炉缸结构是绝热与导热的结合，通常称之为“保温型”炉缸结构。全炭砖炉缸结构是完全的导热机理，通常称之为“散热型”炉缸结构。

全炭砖炉缸结构顾名思义是在炉缸采用炭砖砌筑，这种结构曾在我国广泛的应用。依靠炭砖的高导热性降低热面温度，在内壁形成渣、铁焦、石墨保护壳来保护炭砖衬<=同样，在开炉初期会遇到和全炭炉底类似的问题，在炉缸壁渣、铁、焦、石墨屋保护壳不能较快地形成时，必然对炭砖衬强烈地冲刷侵蚀a如果采用高导炭砖结合强冷却也促使炉缸壁潦、铁、焦、石墨层保护壳快速形成，同样可以实现“保温型”炉缸结构的功能。

相比之下，炭砖与高铝陶瓷材料结合的炉缸结构(紧贴冷却壁砌筑炭砖，在内壁镶砌高铝陶瓷材料)，在开炉初这段动态期，高铝陶瓷材料壁直接面对渣铁，保护后面的炭衬;另外，开炉初期高铝陶瓷材料低导热性对炉缸内起到了保温作用，可以提高铁水温度18~25℃;同时利用高铝陶瓷材料其强耐磨性、抗碱、抗铁水渗透性可以大大延长炉缸动态期的寿命。然而由于高铝陶瓷材料的低导热性，在其表面不易形成保护壳，它会被逐渐侵蚀掉，在炉役5~10年高铝陶瓷材料的功能失效，同时会产生内衬温度和炉缸热负荷的波动，首钢1号高炉采用陶瓷杯在生产6-7年时曾经发生过类似波动现象，不过高炉经长时间运行后，炉况较平稳，当热面接触到炭衬后很易达到热平衡，渣、铁、焦、石墨层保护壳也能尽快地形成，进入高炉寿命的稳态期，炭砖所受的冲刷侵蚀较浅，从而有效地延长了稳态期寿命，最终迖到炉缸长寿的目的。

- 案例分析 -

以国内某大型钢厂为例，其炉底厚一般为2800~3000mm，因此在设计时要刻意控制炉缸炉底的象脚状侵蚀，避开炉缸的过度侵蚀，使炉缸炉底侵蚀向锅底状侵蚀的方向发展。故设计使用高导热优质炭砖同时特别要加强该区域的冷却，充分发挥高导热优质炭砖的作用。

以2500m3高炉内衬结构为例，高炉缸炉底是“高导热炭砖+综合炉底”结构。炉缸、炉底交界处即象脚状异常侵蚀区，引进部分国外先进的耐火材料——美国某公司的高导热、高抗铁水渗透性热压炭块，风口和铁口区域分别采用风口组合砖和美国某公司的铁口组合结构。炉底满铺高导热大块炭砖(石墨砖)+优质微孔(超微孔)大块炭砖。炉缸、炉底内衬结构如图1所示，主要耐火材料理化性能详见表1、表2。

在拥有了合理的炉型结构设计以及高品质的耐火材料配置的基础上，良好的施工质量以及操作维护同样也是打造长寿高炉的关键。