高爐爐底在爐子工作是承受著1400～4600℃高溫，其堅硬程度決定了爐子的使用壽命。國內外高爐爐底、爐缸採用的內襯結構形式大致可分為兩大類：一類是全炭磚結構，另一類是炭磚與陶瓷材料結合的結構。從傳熱角度來說，全炭磚爐底結構為完全導熱型，通常稱之為散熱型結構； 而炭磚與陶瓷材料結合的爐底結構為隔熱與導熱的結合，通常稱之為保溫型結構。
基本介紹
- 中文名：高爐爐底
- 外文名：The bottom of the blast furnace
- 承受：爐料、渣液及鐵水的靜壓力
- 溫度：1400～4600℃
- 冷卻：通常採用風冷或水冷
- 學科：冶金工程
簡介,爐底內襯結構及耐火材料,爐缸和爐底內襯結構,全炭磚結構,陶瓷複合結構,爐底耐火材料的材質,炭磚,陶瓷材料,炭素搗打料,爐底的維護,高爐穩定順行,控制好生鐵成分,減少鹼金屬的富集,爐底壓漿,
簡介
高爐爐底砌體受到的高溫、機械和化學侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度，並且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進一步受到侵蝕，所以必需對爐底進行冷卻。我國大中型高爐大都採用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底，大大改善了爐底的散熱能力。
爐底內襯結構及耐火材料
根據對爐底侵蝕機制的分析，要延長壽命，應該為爐缸和爐底選擇合理的結構和耐火材料。
爐缸和爐底內襯結構
國內外高爐爐底、爐缸採用的內襯結構形式大致可分為兩大類：一類是全炭磚結構，另一類是炭磚與陶瓷材料結合的結構。從傳熱角度來說，全炭磚爐底結構為完全導熱型，通常稱之為散熱型結構；而炭磚與陶瓷材料結合的爐底結構為隔熱與導熱的結合，通常稱之為保溫型結構。
全炭磚結構
全炭材料的爐底結構是按高導熱原理設計的薄壁結構，它強調通過高熱導率的半石墨質炭塊將熱量傳遞給冷卻系統而實現熱平衡，同時利用良好的導熱性在爐缸內側壁部位降低工作面（熱面）溫度，並形成渣皮狀附著物，將800 ℃等溫線推至炭磚以外，從而保護爐缸內壁，實現爐缸系統的安全、高效、長壽。
陶瓷複合結構
炭磚－陶瓷複合結構是按隔熱原理設計的厚壁結構，它強調在採用高熱導率的炭塊將爐缸熱量傳遞給冷卻系統的同時，通過增加具有耐高溫、抗渣鹼侵蝕、耐沖刷和良好抗熱震性的陶瓷材料製成的陶瓷杯，將爐缸內的炭質材料與鐵水及混合物分隔，從而在相當一段時間內杜絕了鐵水對炭質材料爐缸的侵蝕，實現了爐缸系統的安全、高效、長壽。
爐底耐火材料的材質
高爐耐火磚襯的壽命，特別是高爐爐底的壽命，決定著高爐的壽命。在選擇高爐耐火材料時，不僅要考察耐火材料的強度、氣孔率等基本性能，還要從與侵蝕介質的適應性方面考慮，如抵抗鐵水、爐渣和鹼金屬的侵蝕以及導熱等性能。
炭磚
我國高爐爐底用炭磚主要是從國外進口的微孔焙燒大炭磚和熱壓小炭磚。熱壓小炭磚主要是NMA、NMD（70%石墨質）；微孔大炭磚主要是3RD－N 微孔炭磚及7RD－N 超微孔炭磚和BC－7S 微孔炭磚、BC－8SR 超微孔炭磚。國內的炭磚產品也得到了較快的發展，典型的有半石墨炭磚、微孔炭磚、低氣孔自焙炭磚等。
國產半石墨質焙燒炭磚和微孔炭塊的性能，如平均孔徑、耐鹼性、鐵水熔蝕指數等實測指標已接近或達到先進水平，但一些指標與國外相比仍有較大差距：
(1) 進口優質炭磚的熱導率明顯高於國內炭磚的，約高20%；
(2) 德國SGL 公司炭磚的尺寸公差在±0.2 mm 以內，且磚表面基本看不到局部疏鬆、孔洞、缺棱、掉角等缺陷；但國內炭磚尺寸公差都在± 0.4 mm 左右，且磚表面還有局部疏鬆、孔洞、缺棱、扭曲、掉角等缺陷；
(3) 大塊微孔炭磚內部的孔隙直徑，外先進水平是< 0.3μm，而國內< 0.5μm 的產品還沒有，由此產生的抗鐵水滲透性能差距很大。
陶瓷材料
爐底陶瓷墊一般選用剛玉－莫來石材料。國產剛玉－莫來石材料的性能與進口材料的接近，完全可以滿足陶瓷墊的使用要求，而且價格便宜。爐缸陶瓷杯壁用法國MONOCORAL 大預製塊較好，雖然國產剛玉－莫來石、複合棕剛玉材料在性能上達到要求，但因其塊小，砌築要求高，且在受熱後應力分布不均勻，易造成局部坍塌、漂浮而破損。
炭素搗打料
炭素搗打料主要用於爐底炭磚以下及爐缸炭磚與冷卻壁之間的縫隙。由於炭磚熱導率大，而且套用了銅冷卻壁，如果搗打料的熱導率仍然很低，將嚴重影響冷卻壁的冷卻速度，大大降低冷卻效果，阻礙炭磚和銅冷卻壁高導熱性能的發揮，最終影響高爐壽命。高爐上使用了炭素搗打料。這種搗打料雖具有熱導率高，常溫施工無有害氣體逸散，施工勞動條件較好等特點，但其主要原料為人造石墨，由於人造石墨的固有特性，施工搗固密實度低，找平較困難，從而影響了爐底的傳熱條件。
充分利用我國質優、價廉的半石墨化高溫電煅無煙煤資源（根據使用要求，還可以生產石墨化度> 30%、灰分質量分數2% ～ 3% 的高溫電煅無煙煤），並加入超微粉添加劑生產的炭素搗打料，在熱導率與日本炭素搗打料相當的情況下，搗打密實度提高了15% ～ 20%，施工搗固速度加快，並提高了炭搗體的質量。在實際生產中，嚴格檢查炭素搗打料的質量和搗打密實度，對於大型高爐爐缸和爐底的安全、長壽具有極為重要的作用。
爐底的維護
高爐穩定順行
生產實踐表明，長期穩定順行的爐況，不僅是高爐高產、低消耗的先決條件，也是延長壽命的必要條件。在冶煉過程中，各種爐況失常，都不可避免地導致爐底熱負荷的大幅度波動。有些處理措施對爐底還有直接的破壞作用，如加洗爐劑洗爐。因此，要維護好爐底，必須要使高爐穩定順行，減少爐況波動。
控制好生鐵成分
鐵水中矽和硫含量的高低直接影響鐵水的流動性: 流動性太好，則對爐底的侵蝕加劇；流動性太差，則影響高爐的生產，造成爐況的波動，也對爐缸、爐底造成損壞。根據高爐的運行情況，一般控制矽含量在0.5%( w) 左右，硫含量控制在0.02%( w) 左右，並根據高爐順行情況和爐底侵蝕狀態隨時調整。
減少鹼金屬的富集
為了減少鹼金屬等有害元素在爐內的富集，應採取以下措施：
(1) 最佳化配料，合理配礦，限制入爐鹼金屬負荷。
(2) 控制煤氣流分布。根據爐況及時調整相關操作制度，以“發展中心氣流排鹼”為手段，調整熱制度和造渣制度，以確保鐵水溫度和良好的爐渣流動性，有利於鹼金屬等有害元素隨爐渣及時排出，減少其在爐內的停留時間。
(3) 適當降低爐溫。鹼金屬矽酸鹽的還原是個強吸熱過程，反應要在較高的溫度下進行。對高爐渣中（K2O + Na2O）與[Ti]含量的數據進行的回歸分析表明，爐溫升高有利於生成鉀和鈉蒸氣。因此，降低爐溫有利於爐渣排鹼，但對脫硫和爐渣流動性都不利。
(4) 控制爐渣成分，適當提高渣量。提高渣中MgO 含量，可改善爐渣流動性；適當提高渣量，不僅可增加有害元素隨爐渣的排出量，還有利於降低渣的Al2O3含量。
爐底壓漿
爐缸和爐底部位側面的熱脹冷縮使磚襯中產生縫隙，在休風時可以有計畫地採用壓漿處理。針對爐缸鐵口處工作環境最惡劣的特點，加強鐵口處的壓漿，將鐵口煤氣火壓到最小。一般採用與環形炭磚同材質的耐火泥漿壓入鐵口處。在正常生產過程中對爐缸進行線上壓漿維護，能有效消除爐缸磚襯間的間隙，提高爐缸冷卻系統的冷卻效果，減緩爐缸磚襯的侵蝕。
壓漿料必須具備以下基本性能：首先應具有良好的流動性和壓入施工性能，便於壓入施工的順利進行；其次，壓漿料的膨脹係數、熱導率等應與爐缸、爐底所用炭磚的基本相似。為此，壓漿料多選擇炭素膠質漿料，其主要原料為焦油、炭粉、電極粉、煤粉等。
