浅谈大型锰硅合金矿热炉炉衬耐火材料的砌筑
姚新杰 王洪涛 杨秀春
(吉铁铁合金有限责任公司 内蒙古丰镇 012199)
摘 要 介绍了 31.5 MVA 锰硅矿热炉炉衬的砌筑过程，对所使用的耐火材料和砌炉过程中的细节做了简明剖析。 针对砌炉过程中的不足之处提出合理化建议，为解决大型锰硅矿热炉因炉衬结构的不合理而发生的漏炉、炉龄短
等问题提供一些思路。
关键词 矿热炉炉衬 砌筑 耐材
前言
1 炉衬的工作环境和砌炉材料的选择
矿热炉是铁合金冶炼的主要设备，随着我国铁 合金产业的飞速发展和受国家对高耗能企业的宏 观调控，以及近年来矿热炉容量大型化的发展，炉 衬作为炉体的重要部分，在冶炼过程中承受高温高 热及炉料、炉渣的机械冲刷和物理化学侵蚀。因此，合理的设计、优良的选材、精心的砌筑是延长矿 热炉寿命的关键，结合吉铁铁合金有限责任公司 31.5 MVA 锰硅矿热炉实例，从耐火材料的选择到砌筑技术方面加以概述。
炉衬的质量直接影响炉龄的长短，炉衬应具有一定的强度和良好的绝热性能，不仅要承受炉料、 高温炉气、熔融铁水的机械冲刷和炉渣的物化侵 蚀，还要保证有良好的热震稳定性，如果选材不当或砌筑质量不达标，炉衬就会加快熔化、侵蚀甚至 崩裂，从而导致穿铁漏炉，直接影响冶炼过程正常 进行。所以，炉衬的砌筑多采用特殊的建筑材料、 耐火材料及绝缘材料，并且根据各部位的温度差异 和不良因素进行耐火材料的合理选用以达到提高炉衬的综合性能和使用寿命的目的。这是炉衬砌筑 的基本原则。笔者采用砌筑保温炉衬方案，主要选 用的材料有 : 石棉板、高铝骨料、高铝细粉、高铝耐火砖、 炭砖、黏土砖、粗缝糊、耐火泥、浇注料、碳素胶泥等。
砌筑材料标准 : 具有较高耐火度，一定 的强度 (特别是高温强度) ，体积膨胀系数小，具有很高的抗热震性 ; 耐物理化学侵蚀性能好 ; 保温蓄热性能好; 加工精度高，外形符合国家标准 ; 各材料保持 清洁，不得混有泥土、灰尘等杂物，防止受潮、损坏。
砌炉队伍及工具，按要求选购各种材料。 目前，大型矿热炉炉衬的砌筑方法通常采用水冷炉壁和保 温炉衬两种，该公司 31.5 MVA 锰硅合金矿热炉炉衬
2 矿热炉砌筑层次及选材
砌筑前合理设计图纸，如图 1 所示。组织专业的砌筑方式采用保温炉衬。
( 1) 绝缘层。采用绝缘效果较好的石棉板，厚 度 10 mm，共两层。炉墙也一样。
(2) 弹性层。在绝缘层上面铺 60～80 mm 厚的高铝骨料，炉墙绝缘层与耐火砖层预留 100 mm 宽缝隙，填充高铝骨料，高铝骨料粒度范围 3～12 mm。
(3) 炉底及炉墙环炭耐火砖层。大型矿热炉采用不少于 10 层炉底，本电炉采用 12 层炉底，由三种 不同牌号的高铝砖砌筑，炉底耐火砖层厚度约 900 mm 。炉墙环炭耐火砖采用双环砌筑，每环厚度230 mm，总厚度为 460 mm。
(4) 工作层 － 炭砖层。炉底炭砖共三层，自下 而上，各层依次为预焙炭砖，两层半石墨炭砖，总厚 度约 1 200 mm，炉墙环砌炭砖为半石墨炭砖，厚度为 400 mm 。炭砖做好防氧化措施。
矿热炉炉壳厚度 30 mm，内径 12 200 mm，炉衬 砌 筑 完 工 后 炉 膛 深 度 3 685 mm ，炉 膛 直 径 10 200 mm。出铁口炉眼下留铁层厚度 200 mm，电炉 共设 2 个出铁口，出铁口短溜槽长度 1 000 mm，出铁口夹角 150° 。炉底耐火砖第7 层预埋4 个测温热电 偶(炉底中心 1 个，三根电极极心正下方各 1 个) ， 炉墙四周预埋 6 个测温热电偶(环砌耐火砖第 16 层 水平分布 3 个，分别正对三根电极，第 23 层水平分 布 3 个，与第 16 层 3 个垂直错位 2 m 左右分布) 。 整个电炉的砌筑要保证耐火材料的紧密性和炉衬 整体性，足够的弹性层可确保炉衬的热胀冷缩性。
炉底和炉墙的厚度以及均匀分布的测温热电偶可 以减小穿铁漏炉的几率，提高炉衬保温蓄热能力， 在热停炉或负荷较大时保证炉衬的热稳定性，确保 正常冶炼。
3 炉衬砌筑
砌筑前首先对炉底进行彻底清扫、除湿，炉底 开 6 个小排气孔，按照图纸在炉壳对应位置计算并 标注各层，特别是炉口位置。
3.1 炉底耐火砖砌筑
自下而上依次是两层石棉板的绝缘层，起绝缘 隔热作用，在绝缘层上面铺 80 mm 厚度的高铝骨料 作为弹性层，在炉底弹性层捣固找平后确定炉体中 心线、边线、分砖，该公司 31.5 MVA 锰硅合金矿热炉 采用 12 层炉底耐火砖层，砌筑顺序自下而上分别为 : LZ-55 高铝砖 7 层、LZ-65 高铝砖 2 层、LZ-75 高 铝砖 3 层。砖型采用 G-2 型 (尺寸为 : 345 mm ×150mm ×75 mm) ，砌筑方法为干砌法，砖层呈十字形交 错，每层交错 30°～45°压住砖缝。砖缝≤2 mm，每层 砖缝由高铝细粉填充。炉底耐火砖层与炉墙绝缘 层预 留 100 mm 宽缝隙作为弹性层并填充高铝骨 料。炉衬干砌法水分少，利于烘炉，但是填充料孔 隙度大，炉衬松散，不利于保证炉衬整体性。相比较，湿砌法用耐火泥浆浇注砖缝，利于提高炉衬整体性，但因水分过多，烘炉期间消耗热量较多，不利于温度的稳定。
3.2 炉墙耐火砖环砌
炉墙耐火砖采用保温法砌筑，炉壳内壁铺两层 石棉 板，采用高铝磷酸盐耐火泥浆粘贴。预 留 80 mm左右缝隙弹性层以高铝骨料填充，环砌砖采 用高铝磷酸盐火泥浆湿砌，内外两环，选用 LZ-65 高
铝砖，由 G-1 和 G-3 砖型以 2∶1 的比例为基础砌筑 配合弧度(G-1 砖型尺寸 :230 mm ×150 mm ×75 mm ;G-3 砖型尺寸 :230 mm ×150 mm /135 mm × 75 mm) 。 环砌砖层共 33 层，当环砌砖耐火砖层达到一定高度 时准备砌炉底炭砖。
3.3 炉底炭砖砌筑
炭砖厂家按照图纸设计制作加工，预拼装后做 好编号，现场按编号砌筑。炉底炭砖共三层，自下 而上，先平砌两层，然后待炉墙环砌炭砖完成后再 砌第三层炭砖。每层炭砖砌筑前先清理干净，底下
均匀涂上碳素胶泥，按炭砖编号先预砌，采用宽缝(50 mm) 砌筑方式，相邻炭砖之间错缝，各层炭砖错
30°～45°码放，缝隙先用木楔顶住，待炭砖全部码放 完后再微调砖缝，最后以粗缝糊填充并捣实抹平，炭砖截面尺寸为 410 mm×400 mm，两侧各加工两条 宽 60 mm 深 30 mm 的沟槽，各槽高低位置一致，以便打结粗缝糊及炉底烧结后砖缝接触更加牢固。
3.4 出铁口炭砖及炉墙炭砖环砌
出铁口炭砖采用半石墨碳化硅砖和预焙炭块 组合砖，组合砖共四块，各块之间清理干净并均匀 涂抹碳素胶泥，按编号码放砌筑，出铁口炭砖砌筑 完毕后砌筑炉墙外出铁口短溜槽，采用 LZ-65 高铝 砖湿砌法。炉眼砖砌筑时需和开堵眼机调试对接 良好。出铁口炭砖两侧约 750 mm 宽度耐火砖采用 单环砌筑，约 750 mm ×350 mm×1 800 mm 缝隙不留 弹性层，采用刚玉浇注料浇注捣实。
炉底两层炭砖砌筑完毕后要进行炉墙炭砖的环砌，炉墙炭砖镶嵌于炉底第二层炭砖上方。砌筑 方式采用无缝砌筑，砌筑前清理干净炭砖底部并均 匀涂抹碳素胶泥，然后按编号码放。炉墙环砌炭砖 与耐火砖之间留有 50 mm 缝隙，在内侧摆放环砌炭砖，缝隙先用木楔顶住，待环砌炭砖全部码放完后以粗缝糊填充并捣实，环砌炭砖尺寸 : 1800mm×400mm /370 mm ×400 mm，梯形截面保证环砌的弧度，两个出铁口将整个环砌分成两段，环砌时应先 在出铁口炭砖两侧按照编号码放两块炭砖，每段均 由出铁口炭砖两侧向中间砌筑，直到最后中间会出 现一处不规格尺寸的开口－合门，合门炭砖砌筑完毕后至此炉墙炭砖环砌结束。
3.5 炉底第三层炭砖砌筑
炉墙环砌炭砖完毕后砌炉底第三层炭砖，砌筑 方法与前两层一样。此层炭砖按出铁口中心线两 侧对称砌筑。第三层炭砖表面用粗缝糊铺 100 mm 厚度并找平。此层粗缝糊作用是保护炭砖在烘炉 期间不被氧化。
3.6 炉墙上部耐火砖层砌筑
环砌耐火砖层上面平铺高铝浇注料与环砌炭砖找平后开始砌炉墙上部耐火砖，采用 LZ-55 高铝砖，炉口法兰下部 1 000 mm 部位采用 PN-40 黏土砖，炉壳与砌体间隙填充弹性层高铝骨料，炉口法 兰下部约 600 mm 部位开始收口。高铝砖与黏土砖 砖型采用 G-1、G-2、G-3、G-4 搭配平砌 ( G-1 砖型尺寸 :230 mm ×150 mm ×75 mm ; G-2 砖型尺寸 : 345 mm ×150 mm ×75 mm ; G-3 砖型尺寸 : 230 mm ×150 mm /
135 mm ×75 mm ; G-4 砖型尺寸 : 345 mm ×150 mm /130 mm ×75 mm) ，砌法为湿砌法，用高铝磷酸盐火泥浆压缝砌筑。
3.7 炉底、炉墙保护层砌筑
炉墙上部耐火砖砌筑完成后，砌筑炉底和炉墙 保护层，炉底保护层原计划在 100 mm 厚的粗缝糊 上面平砌一层 PN-40 黏土砖，因烘炉计划有变，取消
此层黏土砖，炉墙保护层为一层 PN-40 黏土砖，采用 立砌 + 侧砌，湿砌法，砖型为 T-3 型 (230 mm ×114 mm ×65 mm) 。至此，整个炉衬砌筑完毕。
4 存在问题及改进方法
对于 31.5 MVA 锰硅合金矿热炉炉衬的砌筑设 计存在的几点不足和改进方法。
依照图纸弹性层高铝骨料的厚度为 60～80 mm， 现场砌炉人员初定铺 60 mm 厚度，根据电炉实际情 况，为满足大型电炉炉衬的热膨胀需要，避免热膨胀力直接传递给炉壳，造成炉壳炸裂，经与砌炉人 员协商，最后决定弹性层厚度铺 80 mm。
炉底耐火砖层原定自下而上分别为 : LZ-55 高 铝砖 7 层、LZ-65 高铝砖 5 层，考虑到大型电炉对炉 底绝热性和抗氧化性的要求比较严格，将炉底耐火 砖最上面 3 层 LZ-65 高铝砖替换为 LZ-75 高铝砖。
矿热炉炉壳高 5 900 mm，内径 12 200 mm，整个 炉衬耐火砖砌筑均采用国标 G 型大块砖，炉底耐火 砖层采用平砌法而没有采用侧砌法，这样减少了砌筑过程中的缝隙，提高了炉衬的整体性和结构强度。
5 结论
砌炉是铁合金行业的首要环节，其质量的好坏 关系着炉龄的长短和企业效益，希望同行们在砌炉 的选材、方式及开炉方案上仔细谨慎，以免给企业 造成损失。按本文砌筑的炉衬，采用电烘方式开 炉，期间蓄热、隔热良好，保证了炉衬整体性，满足 冶炼要求。
