UCAR碳砖在国内高炉应用浅析

1 UCAR碳砖简介

1.1高导热是UCAR碳砖炉缸的核心技术理念

不管何种形式的炉缸结构,其长寿理论基础都是要设法将1150℃等温线推向碳砖热面以内。如果碳砖具有高导热性,在炉缸有效冷却的配合下,在碳砖热面将形成一层渣铁凝滞层, 凝滞层会起到隔绝碳砖和铁水直接接触及封闭炉缸煤气和碱金属、锌蒸汽向碳砖内部渗透的作用,从而使渣铁环流冲刷、渣铁渗透侵蚀、不饱和铁水渗碳熔蚀、碱金属和锌等有害元素侵蚀大大降低,有利炉缸长寿。UCAR碳砖炉缸的高导热性主要体现在两个方面:一是碳砖具有高导热性,二是炉缸砌体采用薄壁结构。

1.2 UCAR碳砖生产工艺

以电煅烧无烟煤为主要原料,并加入一定量的人造石墨碎块和少量的二氧化硅及石英,与粘结剂混匀后,装入一种可同时进行加压和通电加热的模具。模具内的原料会被加热至800~1400℃以使其中的粘结剂碳化定型,在此过程中易挥发物会受热挥发。在加压的情况下,挥发物逸出形成的气孔会被破坏,这使最后成品碳砖中的气孔不仅数量少、孔径小,而且是封闭的。配加的石墨可提高UCAR碳砖的导热性,配加的二氧化硅及石英在高温时与碳反应生成β-Si C并填充于气孔中,可进一步降低碳砖气孔率。此种工艺生产出来的碳砖导热性好、渗透性差、抗碱侵蚀性、抗热震性和抗热冲击性能良好。

1.3 UCAR碳砖炉缸典型设计结构

根据高导热理念,UCAR碳砖主张的炉缸结构为:采用直炉缸,环碳采用高导热小块砖,与冷却壁顶砌,厚度750mm。环碳外侧浇筑人造渣皮,渣皮与碳砖紧密接触不设膨胀缝,厚度200-250mm。炉缸侧壁炉衬总厚度1.0m。炉底水冷管设在炉底封板之上,炉底最下层采用高导热石墨砖,其上采用2层400mm高导热碳砖,再上砌筑2层400mm厚陶瓷垫,炉底砌体总厚度1.9m,炉底陶瓷垫与环碳之间设膨胀缝。炉缸环碳内侧不设加厚区。铁口孔道采用钻孔形式,铁口孔道砖采用高导热的NMD砖。

1.4 UCAR碳砖炉缸的优缺点

UCAR碳砖炉缸具有如下优点:炭砖具有高导热性,炉缸砌体采用薄壁结构,砌体热面形成的凝铁层可使碳砖免受液态渣铁和有害气体直接侵蚀;炭砖具有封闭型微孔结构,可较好的抵抗渣铁渗透侵蚀、渣铁环流侵蚀、碱金属和锌侵蚀;C-34胶泥作为碳砖间的结合剂,可将碳砖砌体结合成一个有机整体; UCAR碳砖为小块砖结构,一定程度上避免碳砖砌体出现环裂现象;碳砖与冷却壁顶砌,提高了冷却壁与碳砖间的有效传热。

UCAR碳砖炉缸缺点:炉缸热量损失较大,会影响燃料比的降低,当遇长期休风时可能会因炉缸亏热严重而不利于炉况的恢复;因UCAR砖型小,砌筑施工难度增大,施工质量是制约UCAR碳砖炉缸寿命的一个重要限制性环节。

2如何实现UCAR碳砖炉缸长寿

2.1调整设计、维护思路

把炉缸看成一个整体系统来设计,要重视影响炉缸长寿的各种因素之间的匹配关系,UCAR炉缸一定要贯彻建立高导热、 无过热体系的设计理念。

2.2优化炉缸内型设计

大高炉炉缸侵蚀形式主要表现为象脚侵蚀,而渣铁环流是造成象脚侵蚀的主要原因。为了降低炉缸渣铁环流侵蚀,在高炉内型设计上应适当减小炉腹角和炉缸直径,并适当增加炉缸死铁层深度。

2.3优化炉缸结构设计

按高导热理念,UCAR碳砖采用薄壁结构。UCAR碳砖内侧配置隔热保护层(人造渣皮)是合理的也是必要的,这种对炉缸传热“内堵外疏”的复合结构有两个好处:一是可降低炉缸热量损失,二是可降低碳砖砌体内的温度,抑制各种化学侵蚀的发生。浇筑人造渣皮与碳砖间可不设膨胀缝。

2.4优化炉缸冷却系统设计

高导热UCAR碳砖需匹配强冷,“象脚”侵蚀区对应的炉缸2段、3段冷却壁最好采用铸铜冷却壁。冷却壁水管要细管、密排,这样既可提高冷却壁的冷却比表面积,又可降低冷却水量。炉缸冷却水温度控制得低而稳定,冷却水速不低于2.0m/s为控制原则。

2.5严格按施工规范砌筑碳砖

砌筑前首先做好炉缸冷却系统试水工作,确保不漏水;要有一定的施工环境温度,碳砖表面温度、C-34胶泥温度分别不能低于16℃、21℃;C-34胶泥是由黑色粉未和液体结合剂组成的炭质粘结剂,使用时要严格按规定配比混合并搅拌均匀。其有效期21℃时为15天,38℃时为3天。

2.6做好烘炉、开炉工作

UCAR碳砖炉缸烘炉主要目的是对C-34胶泥进行预固化。首先将碳砖砌体加热至100℃,并恒温4小时,接着升温至120~130℃恒温16小时。开炉后,随着碳砖砌体温度升高,预固化的胶泥会逐步碳化,最终达到完全固化。

3结语

高炉炉缸长寿是涉及多个环节的系统工程,其中任何环节出现失误都可能给炉缸寿命带来严重影响。UCAR碳砖炉缸实现长寿需做好炉缸内型和耐材结构优化设计、提高炉缸冷却能力、规范施工、科学烘炉、控制合理开炉强化速度、加强日常监护等工作。

摘要：对UCAR碳砖的高导热理念、制造工艺、性能特点及其主张采用的典型炉缸设计结构分别进行了介绍说明,对UCAR碳砖在国内高炉上的应用情况进行了总结。针对影响UCAR碳砖炉缸寿命的各种因素有针对性地提出了延长炉缸寿命的具体措施。

关键词：UCAR碳砖,炉缸,长寿,高导热