1.1  保溫法鎂質(zhì)爐襯

　　鎳鐵冶煉保溫法爐襯的理念是要求爐襯的耐火材料具有低的導(dǎo)熱性，主要采用鎂質(zhì)爐襯。爐底采用鎂磚或鎂鉻磚+鎂質(zhì)搗打料、爐膛采用鎂磚砌筑，渣鐵口區(qū)用鎂鉻磚。該爐襯結(jié)構(gòu)厚度大，用量多，主要是靠鎂質(zhì)耐材的耐侵蝕度工作的，現(xiàn)代鎳鐵電爐的發(fā)展趨勢(shì)是增加反應(yīng)區(qū)冶煉溫度，提高 生產(chǎn)率。由于鎂磚長(zhǎng)期處于高溫工作狀態(tài)下，工作條件已接近甚至超過鎂質(zhì)材料性能所承受的范圍，隨著時(shí)間的推移，鎂磚慢慢的被侵蝕掉，特別是出鐵口及出渣口的日常維護(hù)困難，維修頻繁，常造成跑鐵、跑渣的現(xiàn)象。此種結(jié)構(gòu)的爐襯在鎳鐵爐上平均壽命只有1年左右。

　　1.2  銅冷卻系統(tǒng)的鎂質(zhì)爐襯材料

　　為了延長(zhǎng)鎂質(zhì)爐襯的壽命，對(duì)傳統(tǒng)鎂質(zhì)爐襯進(jìn)行改良。近幾年國(guó)內(nèi)采用了造價(jià)很高的銅冷卻板鎂質(zhì)爐襯技術(shù)，其結(jié)構(gòu)為：緊貼爐殼安裝銅冷卻板，在銅冷卻板和爐殼之間預(yù)留膨脹縫。爐底采用的是鎂質(zhì)搗打料，爐墻采用高鎂磚或鎂鉻磚砌筑，內(nèi)表面采用陶瓷型的耐火材料保護(hù)層，但在鎂磚的砌筑過程中，渣線部位及鐵水存留區(qū)采用銅冷卻壁對(duì)爐墻進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。該結(jié)構(gòu)雖然取得了一定的延長(zhǎng)爐襯壽命的效果，但把冷卻水路設(shè)計(jì)在熔池內(nèi)側(cè)有一定的安全隱患，且冷卻部位存在盲區(qū)，另外高導(dǎo)熱性銅冷卻板和低導(dǎo)熱的的鎂磚是一對(duì)矛盾的組合。靠近熱面的鎂磚因?qū)嵝阅懿睿陂_爐初期，銅冷卻板的循環(huán)水無(wú)法將鎂磚熱量迅速傳遞出去，無(wú)法減緩渣鐵對(duì)鎂磚的侵蝕。

　　炭質(zhì)爐襯結(jié)構(gòu)

　　由于鎳鐵合金的密度在8.1～8.4g/cm3，溫度為1430～1480cc，合金的過度熱相對(duì)較大且滲透性好，極易滲入炭磚的縫隙中，拱起炭磚，又由于鎳鐵熔炭能力強(qiáng)，破壞了炭磚的組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致炭磚碎裂浮于強(qiáng)氧化氣氛中的爐渣中被氧化。

　　合金滲碳。鎳鐵以Ni、Fe、Cr共熔體為主，占合金的90%左右。Ni、Fe、Cr與c可生成穩(wěn)定碳化物，尤其是Ni、c在2000℃以上熱然是穩(wěn)定的。合金生成后集聚于爐底，合金中的Ni、Fe、Cr與爐底碳質(zhì)材料中的碳元素生成碳化物侵蝕爐底。但爐墻炭磚除出鐵口處，大部分未被侵蝕，說明爐渣對(duì)炭質(zhì)材料的侵蝕不大。炭質(zhì)爐襯的蝕損主要以爐底杯合金滲碳侵蝕，即化學(xué)侵蝕為主。炭質(zhì)材料爐底易于損壞，縮短了爐襯使用壽命，需要加以改進(jìn)。

　　鎂炭質(zhì)復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)是爐襯的熱面砌筑炭磚，相比前幾種結(jié)構(gòu)壽命有提高，但存在很大缺陷。爐墻部位上下通縫砌筑，特別是鎂磚的線膨脹系數(shù)較大為11~1510-6/℃，是炭磚的2-3倍，且在高溫下抗水化能力差，易崩裂。水化反應(yīng)時(shí)，體積膨脹高達(dá)77%左右，在溫度急變時(shí)，兩種材料間產(chǎn)生的膨脹縫，最終導(dǎo)致爐墻坍塌。

　　鎳鐵爐襯采用中性材料的原因

　　爐襯在冶煉過中，不僅要承受強(qiáng)烈的高溫作用，而且還要承受爐料、高溫煤氣、熔融鐵水和高溫爐渣的物理、化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷。隨著高品位硫化鎳礦資源的口益枯竭，紅土鎳礦得到了越來越廣泛的應(yīng)用，紅土鎳礦冶煉所產(chǎn)生的爐渣操作堿度在0.65—0.70之間，呈峻性，而鎂質(zhì)材料呈堿性，因此對(duì)鎂質(zhì)材料的侵蝕較為明顯，建議工業(yè)冶煉鎳鐵的礦熱爐內(nèi)襯應(yīng)用中性材料。另外一臺(tái)25.5MVA鎳鐵電爐用鎂質(zhì)材料為1653t，而用中性炭質(zhì)材料不足779t，用量是中性耐材的2倍多。使用中性材料還有效地?cái)U(kuò)大了爐膛直徑，在相同負(fù)荷下，可提高單臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)能力;并且預(yù)設(shè)死鐵層，不僅節(jié)約了耐材用量，而且避免了因出鐵造成的爐底急冷急熱，更利于平衡產(chǎn)品的品質(zhì);爐底采用自流循環(huán)水冷卻，大大節(jié)約了電能的消耗和機(jī)械磨損，消除了車間內(nèi)熱空氣的對(duì)流，工作環(huán)境更加環(huán)保。

　　鎳鐵電爐新型復(fù)合水冷爐襯結(jié)構(gòu)

　　為解決鎳鐵電爐短壽的問題，在上述總結(jié)實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種鎳鐵電爐新型復(fù)合水冷爐襯結(jié)構(gòu)。在爐底上層將鎂磚換成兩種不同性能的搗打料，適應(yīng)不同溫度下的燒結(jié)速度和高溫性能。主要解決使用鎂磚產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致鎂磚的剝落.還可避免磚縫造成的滲鐵，并且還利于爐襯的修補(bǔ)，并利用搗打料的可塑性吸收和降低熱應(yīng)力對(duì)爐底的破壞;在搗打料下面砌筑抗侵蝕的微孔炭磚或超微孔炭磚，在微孔或超微孔炭磚下面砌筑高導(dǎo)熱的石墨塊，由于爐底采用了高導(dǎo)熱石墨塊，使?fàn)t底的熱量能夠均勻快速地向爐墻四周傳遞。有效地降低了爐底耐材工作溫度，在爐墻部位緊貼爐殼砌筑高導(dǎo)熱的石墨瓦，緊挨石墨瓦鑲嵌砌筑耐侵蝕的塑性炭復(fù)合磚和鎂復(fù)合磚，而鎂復(fù)合磚砌筑在爐襯的熱面，利用鎂復(fù)合磚抵御渣鐵的侵蝕，又利于塑性炭復(fù)合磚吸收鎂復(fù)合磚的微膨脹，徹底解決了爐墻上下的通縫問題，并提高了爐墻的整體強(qiáng)度。

　　該爐襯主要材料的化學(xué)組成及物理性能見表1。起到保護(hù)爐襯的作用。綜上所述，采用復(fù)合搗打料和兩種材料鑲嵌砌筑爐墻，大大提高了鎳鐵電爐的使為解決鎳鐵電爐短壽問題，在上述總結(jié)實(shí)踐應(yīng)用壽命。爐殼外部采用噴淋水冷技術(shù).產(chǎn)生的水幕分用的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種鎳鐵電爐新型復(fù)合水冷布均勻，沒有盲區(qū)，且在外部安全系數(shù)更大。

　　6.1極心圓直徑的影響

　　極心圓直徑是電爐重要的工藝參數(shù)。如果尺寸過小.極心圓功率密度將過大，高溫?zé)崃窟^于集中于極心圓區(qū)域內(nèi)，使溫度過高，侵蝕爐底，消耗快，爐襯壽命縮短;如果尺寸過大，極心圓功率將偏低，使熔池邊緣溫度過高，渣鐵對(duì)爐墻侵蝕加劇.爐墻變薄，易發(fā)生爐墻燒穿事故，爐襯的壽命同樣會(huì)縮短。因此，合適的極心圓直徑能有效控制極心圓區(qū)內(nèi)和爐墻的溫度，減少高溫?zé)崃?duì)爐底和爐墻的侵蝕，這是影響爐襯使用壽命的主要因素。

　　6.2爐殼直徑的影響

　　爐殼直徑也是電爐的主要工藝參數(shù)。爐殼參數(shù)選擇是否合理、是否與極心圓參數(shù)相匹配，不僅影響到生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，也影響爐襯的使用壽命。如果爐爐殼噴選出鐵口緝合磚超微孔鎂炭炭磚搗打行墨歹墊磚石墨墊磚殼直徑與極心圓直徑、極墻間距與爐墻厚度均相匹配，則爐襯壽命就會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng);反之，如果爐殼直徑與極心圓直徑不相匹配。若爐殼直徑過大，不僅浪費(fèi)耐火材料且影響出爐;而爐殼直徑若過小，極墻間距過小或爐墻過薄則不耐侵蝕，爐襯壽命也將相應(yīng)縮贛鬻短。這是造成爐襯使用壽命短的重要因素。

　　6.3二次電壓對(duì)爐襯的影響

　　二次電壓是電爐又一個(gè)重要的工藝參數(shù)。選擇二次電壓要與極心圓直徑相匹配，才能延長(zhǎng)爐襯壽命。極心圓直徑一定時(shí)，當(dāng)使用的二次電壓偏低時(shí)，由于爐墻的高導(dǎo)熱石墨瓦和塑性炭復(fù)合磚優(yōu)良電極弧光短，下插深，距離爐底近，導(dǎo)致極心圓相對(duì)的熱傳導(dǎo)性.再加上塑性炭復(fù)合磚和鎂復(fù)合磚鑲嵌應(yīng)的爐底溫度過高，對(duì)爐底的熱侵蝕作用增大，使?fàn)t砌筑增大了熱傳導(dǎo)面積，使?fàn)t襯熱面提前形成渣殼，底形成“鍋底狀”而消耗過快。反之，爐底溫度低，爐渣溫度高，過高溫度使?fàn)t渣流動(dòng)性增強(qiáng)，對(duì)爐墻的侵蝕加劇，爐墻變薄，極易發(fā)生爐墻燒穿事故，影響爐襯壽命。因?yàn)橄鄬?duì)某一個(gè)冶煉品種，二次電壓是相對(duì)穩(wěn)定的，對(duì)爐襯的影響也是相對(duì)穩(wěn)定的。

　　6.4出鐵口的位置對(duì)爐襯壽命的影響

　　每次出鐵時(shí)，鐵水的流動(dòng)都會(huì)改變?nèi)鄢貎?nèi)已形成的渣殼厚薄以及導(dǎo)熱狀況，并造成電極電弧向爐墻一側(cè)偏移，電弧高溫會(huì)加劇爐口和爐墻耐材的熱損毀。所以出鐵口的位置不要靠近或正對(duì)電極，盡量設(shè)置在兩根電極的中間位置。

　　6.5無(wú)水炮泥的作用與影響

　　采用碳質(zhì)爐51磚時(shí)，不要使用有水炮泥堵鐵口，該炮泥含水量高，在高溫下產(chǎn)生的水蒸氣對(duì)碳質(zhì)爐口磚有極強(qiáng)氧化作用，導(dǎo)致爐口磚的破損;而無(wú)水炮泥是用有機(jī)結(jié)合劑生產(chǎn)的，含水量極低甚至不含水，可塑性好.在高溫作用下迅速硬化并把焦、炭塊固結(jié)在一起，在鐵口通道的前端及周圍的爐墻上形成鐵口泥包，在高溫下有機(jī)結(jié)合劑結(jié)焦后形成高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，從而起到保護(hù)爐墻和保持鐵口正常深度的作用嘲。

　　新型復(fù)合水冷爐襯操作注意事項(xiàng)

　　7.1爐外噴淋水要保持均勻流暢。特別在計(jì)劃停爐或非正常停爐時(shí)要保持噴淋的正常運(yùn)行，等爐殼溫度降至100℃以下時(shí)才能停水。

　　7.2堵鐵口時(shí)炮泥打人量要超過鐵口實(shí)際容量的20%，一次堵不滿時(shí)可采用多次連續(xù)打泥的辦法直至打滿為止.長(zhǎng)期不出鐵時(shí)要定期更換鐵口內(nèi)的炮泥。

    7.3炭質(zhì)鐵口磚要求在開鐵口時(shí)避免吹氧燒鐵口。

　　7.4做好爐襯各測(cè)溫點(diǎn)的溫度記錄。

　　結(jié)  語(yǔ)

　　8.1鎳鐵電爐新型復(fù)合水冷爐襯結(jié)構(gòu)，爐底采用不同性能的搗打料和高導(dǎo)熱性炭質(zhì)材料砌筑，形成的復(fù)合爐底，整體具有優(yōu)良的抗高溫特性和抵御渣鐵的侵蝕能力。

　　8.2爐墻采用兩種材料相互交叉鑲嵌砌筑，解決了上下通縫造成的爐墻坍塌，提高了爐墻整體強(qiáng)度。

　　8.3通過塑性炭復(fù)合磚和鎂復(fù)合磚的應(yīng)用.解決了使用鎂磚熱膨脹對(duì)爐襯的破壞。

　　8.4鎂復(fù)合磚砌筑在爐膛熱面可抵御渣鐵的侵蝕。

　　8.5使用高導(dǎo)熱材料加強(qiáng)冷卻能夠形成自然爐襯。