UCAR碳磚在國(guó)內(nèi)高爐應(yīng)用淺析

張文強(qiáng)　肖洪　賈鳳娟　李曉云　高冰（河鋼集團(tuán)唐鋼公司,河北 唐山 063020)

UCAR碳磚在國(guó)內(nèi)高爐應(yīng)用淺析

張文強(qiáng)肖洪賈鳳娟李曉云高冰（河鋼集團(tuán)唐鋼公司,河北 唐山 063020)

對(duì)UCAR碳磚的高導(dǎo)熱理念、制造工藝、性能特點(diǎn)及其主張采用的典型爐缸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了介紹說(shuō)明，對(duì)UCAR碳磚在國(guó)內(nèi)高爐上的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)。針對(duì)影響UCAR碳磚爐缸壽命的各種因素有針對(duì)性地提出了延長(zhǎng)爐缸壽命的具體措施。

UCAR碳磚；爐缸；長(zhǎng)壽；高導(dǎo)熱

1　UCAR碳磚簡(jiǎn)介

1.1高導(dǎo)熱是UCAR碳磚爐缸的核心技術(shù)理念

不管何種形式的爐缸結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)壽理論基礎(chǔ)都是要設(shè)法將1150℃等溫線推向碳磚熱面以內(nèi)。如果碳磚具有高導(dǎo)熱性，在爐缸有效冷卻的配合下，在碳磚熱面將形成一層渣鐵凝滯層，凝滯層會(huì)起到隔絕碳磚和鐵水直接接觸及封閉爐缸煤氣和堿金屬、鋅蒸汽向碳磚內(nèi)部滲透的作用，從而使渣鐵環(huán)流沖刷、渣鐵滲透侵蝕、不飽和鐵水滲碳熔蝕、堿金屬和鋅等有害元素侵蝕大大降低，有利爐缸長(zhǎng)壽。UCAR碳磚爐缸的高導(dǎo)熱性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是碳磚具有高導(dǎo)熱性，二是爐缸砌體采用薄壁結(jié)構(gòu)。

1.2UCAR碳磚生產(chǎn)工藝

以電煅燒無(wú)煙煤為主要原料，并加入一定量的人造石墨碎塊和少量的二氧化硅及石英，與粘結(jié)劑混勻后，裝入一種可同時(shí)進(jìn)行加壓和通電加熱的模具。模具內(nèi)的原料會(huì)被加熱至800～1400℃以使其中的粘結(jié)劑碳化定型，在此過(guò)程中易揮發(fā)物會(huì)受熱揮發(fā)。在加壓的情況下，揮發(fā)物逸出形成的氣孔會(huì)被破壞，這使最后成品碳磚中的氣孔不僅數(shù)量少、孔徑小，而且是封閉的。配加的石墨可提高UCAR碳磚的導(dǎo)熱性，配加的二氧化硅及石英在高溫時(shí)與碳反應(yīng)生成β-SiC并填充于氣孔中，可進(jìn)一步降低碳磚氣孔率。此種工藝生產(chǎn)出來(lái)的碳磚導(dǎo)熱性好、滲透性差、抗堿侵蝕性、抗熱震性和抗熱沖擊性能良好。

1.3UCAR碳磚爐缸典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)高導(dǎo)熱理念，UCAR碳磚主張的爐缸結(jié)構(gòu)為：采用直爐缸，環(huán)碳采用高導(dǎo)熱小塊磚，與冷卻壁頂砌，厚度≤750mm。環(huán)碳外側(cè)澆筑人造渣皮，渣皮與碳磚緊密接觸不設(shè)膨脹縫，厚度200-250mm。爐缸側(cè)壁爐襯總厚度≤1.0m。爐底水冷管設(shè)在爐底封板之上，爐底最下層采用高導(dǎo)熱石墨磚，其上采用2層400mm高導(dǎo)熱碳磚，再上砌筑2層400mm厚陶瓷墊，爐底砌體總厚度≤1.9m，爐底陶瓷墊與環(huán)碳之間設(shè)膨脹縫。爐缸環(huán)碳內(nèi)側(cè)不設(shè)加厚區(qū)。鐵口孔道采用鉆孔形式，鐵口孔道磚采用高導(dǎo)熱的NMD磚。

1.4UCAR碳磚爐缸的優(yōu)缺點(diǎn)

UCAR碳磚爐缸具有如下優(yōu)點(diǎn)：炭磚具有高導(dǎo)熱性，爐缸砌體采用薄壁結(jié)構(gòu)，砌體熱面形成的凝鐵層可使碳磚免受液態(tài)渣鐵和有害氣體直接侵蝕；炭磚具有封閉型微孔結(jié)構(gòu)，可較好的抵抗渣鐵滲透侵蝕、渣鐵環(huán)流侵蝕、堿金屬和鋅侵蝕；C-34膠泥作為碳磚間的結(jié)合劑，可將碳磚砌體結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體；UCAR碳磚為小塊磚結(jié)構(gòu)，一定程度上避免碳磚砌體出現(xiàn)環(huán)裂現(xiàn)象；碳磚與冷卻壁頂砌，提高了冷卻壁與碳磚間的有效傳熱。

UCAR碳磚爐缸缺點(diǎn)：爐缸熱量損失較大，會(huì)影響燃料比的降低，當(dāng)遇長(zhǎng)期休風(fēng)時(shí)可能會(huì)因爐缸虧熱嚴(yán)重而不利于爐況的恢復(fù)；因UCAR磚型小，砌筑施工難度增大，施工質(zhì)量是制約UCAR碳磚爐缸壽命的一個(gè)重要限制性環(huán)節(jié)。

2　如何實(shí)現(xiàn)UCAR碳磚爐缸長(zhǎng)壽

2.1調(diào)整設(shè)計(jì)、維護(hù)思路

把爐缸看成一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)，要重視影響爐缸長(zhǎng)壽的各種因素之間的匹配關(guān)系，UCAR爐缸一定要貫徹建立高導(dǎo)熱、無(wú)過(guò)熱體系的設(shè)計(jì)理念。

2.2優(yōu)化爐缸內(nèi)型設(shè)計(jì)

大高爐爐缸侵蝕形式主要表現(xiàn)為象腳侵蝕，而渣鐵環(huán)流是造成象腳侵蝕的主要原因。為了降低爐缸渣鐵環(huán)流侵蝕，在高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)上應(yīng)適當(dāng)減小爐腹角和爐缸直徑，并適當(dāng)增加爐缸死鐵層深度。

2.3優(yōu)化爐缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按高導(dǎo)熱理念，UCAR碳磚采用薄壁結(jié)構(gòu)。UCAR碳磚內(nèi)側(cè)配置隔熱保護(hù)層（人造渣皮）是合理的也是必要的，這種對(duì)爐缸傳熱“內(nèi)堵外疏”的復(fù)合結(jié)構(gòu)有兩個(gè)好處：一是可降低爐缸熱量損失，二是可降低碳磚砌體內(nèi)的溫度，抑制各種化學(xué)侵蝕的發(fā)生。澆筑人造渣皮與碳磚間可不設(shè)膨脹縫。

2.4優(yōu)化爐缸冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高導(dǎo)熱UCAR碳磚需匹配強(qiáng)冷，“象腳”侵蝕區(qū)對(duì)應(yīng)的爐缸2段、3段冷卻壁最好采用鑄銅冷卻壁。冷卻壁水管要細(xì)管、密排，這樣既可提高冷卻壁的冷卻比表面積，又可降低冷卻水量。爐缸冷卻水溫度控制得低而穩(wěn)定，冷卻水速不低于2.0m/s為控制原則。

2.5嚴(yán)格按施工規(guī)范砌筑碳磚

砌筑前首先做好爐缸冷卻系統(tǒng)試水工作，確保不漏水；要有一定的施工環(huán)境溫度，碳磚表面溫度、C-34膠泥溫度分別不能低于16℃、21℃；C-34膠泥是由黑色粉未和液體結(jié)合劑組成的炭質(zhì)粘結(jié)劑，使用時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)定配比混合并攪拌均勻。其有效期21℃時(shí)為15天，38℃時(shí)為3天。

2.6做好烘爐、開(kāi)爐工作

UCAR碳磚爐缸烘爐主要目的是對(duì)C-34膠泥進(jìn)行預(yù)固化。首先將碳磚砌體加熱至100℃，并恒溫4小時(shí)，接著升溫至120～130℃恒溫16小時(shí)。開(kāi)爐后，隨著碳磚砌體溫度升高，預(yù)固化的膠泥會(huì)逐步碳化，最終達(dá)到完全固化。

3　結(jié)語(yǔ)

高爐爐缸長(zhǎng)壽是涉及多個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)工程，其中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都可能給爐缸壽命帶來(lái)嚴(yán)重影響。UCAR碳磚爐缸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽需做好爐缸內(nèi)型和耐材結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高爐缸冷卻能力、規(guī)范施工、科學(xué)烘爐、控制合理開(kāi)爐強(qiáng)化速度、加強(qiáng)日常監(jiān)護(hù)等工作。