UCAR碳磚在國內(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)計結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了介紹說明，對UCAR碳磚在國內(nèi)高爐上的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)。針對影響UCAR碳磚爐缸壽命的各種因素有針對性地提出了延長爐缸壽命的具體措施。

UCAR碳磚；爐缸；長壽；高導(dǎo)熱

1　UCAR碳磚簡介

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，有利爐缸長壽。UCAR碳磚爐缸的高導(dǎo)熱性主要體現(xiàn)在兩個方面：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，裝入一種可同時進(jìn)行加壓和通電加熱的模具。模具內(nèi)的原料會被加熱至800～1400℃以使其中的粘結(jié)劑碳化定型，在此過程中易揮發(fā)物會受熱揮發(fā)。在加壓的情況下，揮發(fā)物逸出形成的氣孔會被破壞，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，會影響燃料比的降低，當(dāng)遇長期休風(fēng)時可能會因爐缸虧熱嚴(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重要限制性環(huán)節(jié)。

2　如何實現(xiàn)UCAR碳磚爐缸長壽

2.1調(diào)整設(shè)計、維護(hù)思路

把爐缸看成一個整體系統(tǒng)來設(shè)計，要重視影響爐缸長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、無過熱體系的設(shè)計理念。

2.2優(yōu)化爐缸內(nèi)型設(shè)計

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

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，這種對爐缸傳熱“內(nèi)堵外疏”的復(fù)合結(jié)構(gòu)有兩個好處：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

高導(dǎo)熱UCAR碳磚需匹配強(qiáng)冷，“象腳”侵蝕區(qū)對應(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，使用時要嚴(yán)格按規(guī)定配比混合并攪拌均勻。其有效期21℃時為15天，38℃時為3天。

2.6做好烘爐、開爐工作

UCAR碳磚爐缸烘爐主要目的是對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，接著升溫至120～130℃恒溫16小時。開爐后，隨著碳磚砌體溫度升高，預(yù)固化的膠泥會逐步碳化，最終達(dá)到完全固化。

3　結(jié)語

高爐爐缸長壽是涉及多個環(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嚴(yán)重影響。UCAR碳磚爐缸實現(xiàn)長壽需做好爐缸內(nèi)型和耐材結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、提高爐缸冷卻能力、規(guī)范施工、科學(xué)烘爐、控制合理開爐強(qiáng)化速度、加強(qiáng)日常監(jiān)護(hù)等工作。