通过对矿热炉炉衬材料发展的研究和实践应用,结合挪威埃肯公司炉衬材料研发和使用经验,针对国内矿热炉炉衬发展现状,提出了整体内衬设计方案及其优势。分析了冷凝炉衬和保温型炉衬温度分布差异以及对炉衬使用造成的影响。阐述影响炉衬使用寿命的各种因素和操作注意事项,旨在为整个铁合金行业炉衬寿命的提升提供更好的解决方案。
矿热炉炉衬是盛装炉料和液态合金的坩埚，需要能承受一定压力和高温，同时要经受CO和O2等气体的侵蚀。国内从1956年吉林铁合金诞生之初，主要采用炭砖内衬和耐火砖外衬为主的保温型炉衬，至今大部分铁合金生产厂家也采用了保温型炉衬。炉衬材料研发和使用的目的是要让炉衬使用寿命更长久，为铁合金生产企业减少因炉衬损坏造成的停炉损失。
传统保温型炉衬的结构和特点
(1)保温型炉衬，既能够承受一定的压力和高温，减少炉内热量损失，一定程度上提高能源利用率。
(2)保温型炉衬温度分布。模拟结果可作为实际生产参考，能直观了解炉衬温度分布，但不是实际运行过程的真实温度，存在一定的温度偏差。耐火砖层和炭质内衬层界面温度约在1300℃。普通75#高铝砖荷重软化点约在1450℃。耐火砖长期处于高温状态下，随着炉子运行时间增长，高温疲劳强度下降。
(3)高温情况情况下炉衬气体压力较大，气体散发过程形成较大的通道，成为高温合金液体渗漏的通道，同时高温侵蚀也更加严重。
冷凝炉衬的结构和特点
(1)冷凝炉衬是近30年来国外炉衬发展的主流，其热量散失原理与保温型炉衬完全不同。
(2)冷凝炉衬的两种主流结构。目前应用比较广泛的冷凝炉衬是以美国优卡为代表的水冷炉衬和挪威埃肯公司开发的一种非水冷冷凝炉衬(图2)，这种炉衬的特点是炉衬厚度比保温炉衬更薄。两种冷凝炉衬虽然结构有所不同，但是原理都是相同的。美国优卡的水冷冷凝炉衬多用于具有高侵蚀性渣的高碳锰铁炉和一些特殊炉型。埃肯的冷凝炉衬多应用于硅锰炉、工业硅炉、电石炉和硅铁炉，可以不用水冷即可达到冷凝的效果。
(3)埃肯冷凝炉衬的温度分布。25.5MVA工业硅炉埃肯冷凝炉衬。底部耐火砖层和炭质炉衬界面温度约在870℃左右。
整体内衬的特点和发展
(1)整体内衬特点
用炭素捣打料整体打结而成的坩埚，经焙烧成型，无缝隙，结构简单，操作方便。
(2)整体内衬结构特点
整体内衬主要特点是不存在缝隙，经焙烧成型后成整体坩埚。焙烧后会有细微的杂乱分布龟裂纹，但是不会存在天然的缝隙，能够有效阻止铁水渗漏。
(3)国内在上世纪90年代也尝试着用温捣糊打结整体内衬，打结好的炉衬使用效果也能和炭砖接近。但是由于温捣糊本身性能不够理想，捣打温度控制比较严格，大部分案例都不是很成功，最终也未能大规模推广。
炭砖和冷捣糊整体内衬对比
4.1施工方式
4.2炭砖炉衬渗漏机理
(1)炭砖在炉衬冷却过程中收缩，炭砖间缝隙变大，起炉时缝隙无法恢复到原来尺寸，铁水会从缝隙穿下去。炭砖单体密度高于冷捣糊焙烧后密度，但是无法形成整体内衬。
(2)炭砖热导率比较高，在新炉衬起炉焙烧期间，炉衬温度上升非常快，内部会形成大量气体，排出过程中形成通道，成为漏炉隐患。
4.3埃肯冷捣糊研究和经验
(1)埃肯冷捣糊是上世纪90年代，埃肯为了更好地延长炉衬使用寿命，经由埃肯碳素团队研发的世界上最早的冷捣糊产品，经过埃肯自有矿热炉使用验证其优异性能。目前已被世界上众多铁合金客户采用。冷捣糊作为炉衬材料，首先选择好的产品前提，其次是施工过程可控，最后是正确的焙烧。
(2)冷捣糊的焙烧是在矿热炉内完成，埃肯对冷捣糊在不同的升温速率下进行了测试，得到了不同速率下的性能对比数据，认为在10℃/小时左右的升温速率，能够获得最佳的焙烧性能。
(3)冷捣糊施工过程必须是可控。骨料的粒度，粘结剂用量和温度等决定了施工后的密度，埃肯对施工后冷捣糊密度进行测试试验研究，研发出了适合产品特性的测量密度仪，全程控制施工后冷捣糊密度。
结 语
(1)矿热炉炉衬冷凝炉衬的优势是以延长炉衬寿命为目的，减少由于炉衬频繁大修和新筑造成经济损失。国内冷凝炉衬的发展相对比较缓慢，主要是和铁合金厂家对冷凝炉衬的认知程度，冶炼技术以及设备参数匹配有关。
(2)整体内衬单体密度低于炭砖，但是能够形成整体坩埚，没有天然存在的缝隙，有效防止铁水渗漏。整体内衬所有冷捣糊需要炉内焙烧，是一个缓慢传热的过程，炉内气体能够有效排除。
(3)矿热炉炉衬在使用过程中需要精心维护，启停炉过程降温速度越慢，炉衬应力得到充分释放，降低开裂风险。炉子运行过程中需要注意电极长度，避免电极电弧烧损炉衬。配料碳平衡非常重要，缺碳操作会引起炭质炉衬的消耗。
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