冲天炉准备工作：筑衬与保温方案

冲天炉准备工作主要是筑衬，筑衬可以有效保护冲天炉或浇包的相关金属结构，同时具有保温作用。炉的内腔一般均需砌筑耐火材料。选用冲天炉的筑衬材料，应首先分析筑衬的工作条件，筑衬材料的耐火度和寿命必须满足炉的基本要求，同时应考虑筑衬的成本问题，努力降低吨铁液筑衬材料消耗量与吨铁液筑衬成本。保证炉筑衬的施工质量，充分发挥耐火材料的性能，延长炉衬寿命、减少筑衬作业劳动量、降低生产成本。

水冷长炉龄冲天炉的炉衬材料、砌筑方法不同于常炉衬冲天炉，但两者的区别主要在熔炼区。常炉衬冲天炉的炉衬砌筑方法是其他冲天炉炉衬砌筑技术的基础。

2.5.2.1 常炉衬冲天炉的炉衬

1.炉衬工作环境及材料

常炉衬冲天炉的炉衬分为酸性炉衬、中性炉衬和碱性炉衬三种。炉衬性质对冲天炉性质的影响在熔化区以下部分，熔化区以下使用酸性耐火材料的冲天炉为酸性炉；使用碱性耐火材料的冲天炉为碱性炉；使用中性耐火材料的冲天炉为中性炉。一般来说，酸性炉衬的寿命长于碱性炉衬，吨铁液炉衬成本低于碱性炉衬。目前大部分冲天炉为酸性炉衬，碱性炉衬只有个别应用，碱性炉衬有利于降低铁液的含硫量。常炉衬冲天炉各部位炉衬的工作环境与对耐火材料的要求如表2-55。

表2-55 常炉衬冲天炉各部位炉衬工作条件与要求

（续）

2.常炉衬冲天炉的炉衬施工

1）炉膛确认与清理。新建冲天炉首次修炉前，应该确认冲天炉的炉壳直径、炉壳高度，按照炉衬设计图确定完整的炉衬修筑方案。

正在使用的冲天炉必须待炉壁冷却后开始修炉，修炉前在加料口设置安全罩和警示牌。首先打落炉膛内滞留的金属炉料、炉壁悬挂的大块炉渣、松动的耐火砖块，防止坠物伤人。清除残留物时，避免垂直于炉壁强力敲打，以防震裂炉衬的完好部分。炉膛修补时，如果炉壁侵蚀深度超过砖厚的2/3或者耐火砖有破碎、松动应更换新砖。

2）砌筑炉膛。用耐火砖修筑炉膛时，一般自下而上逐层修筑，要求耐火砖之间的泥浆饱满，砖与砖之间结合紧密，上下、内外砖缝交错，砖缝不大于2mm。黏结泥的成分必须与耐火砖的成分相适应，水分含量适当。一般酸性炉砌砖所用的黏结泥可以参考表2-90配置。

新建冲天炉或者炉衬大修时，炉膛自下而上每修筑1000mm左右耐火砖，应设置一个托砖圈；托砖圈应该牢固地焊接在炉壳上，以保证炉壳平均受力。

炉膛中无法用耐火砖修筑的部分，可用捣打料、浇注料、塑性料修筑。修筑前，清除炉壁上附着的残渣、残铁等杂物，同时在炉壁上涂刷泥浆水，然后按不同材料的成形要求修补或修筑炉膛。表2-56列出了修筑冲天炉与前炉常用的搪料配比，供修炉参考。

修炉所用搪料与涂料中包含的焦炭粉与石墨粉可以提高耐火材料的抗渣性、防渗透性。其中的冲天炉搪料2中使用了35%的轻质耐火砖粉，该搪料用于冲天炉需要保温的部位，例如冲天炉预热带、前炉炉膛外层等部位。修炉搪料和涂料可以参考表2-56自行配置，有关配方中的水分在保证搪料、涂料施工性能的前提下，应该尽量减少。表2-57列出了碱性常衬熔炼区、过热区、炉缸的泥料配比，供参考。

表2-56 普通酸性炉修炉搪料与涂料配比

表2-57 碱性常衬炉熔炼区、过热区、炉缸的泥料配比

3）出铁口、出渣口与过桥。出铁口、出渣口与过桥宜采用成形砖修筑，如果用耐火搪料修筑，必须选用优质耐火材料，同时确保修筑质量。为了保证炉缸内的铁液顺利流向前炉，过桥底应向前炉修出1∶（10～20）的斜度；为了防止过桥堵塞，过桥的孔径应该向前炉呈逐步扩大趋势。保证过桥与炉缸相接处的直径最小，可以防止炉缸中的小焦块卡在过桥中，造成过桥阻塞。过桥孔的最小直径尺寸，可以参考表2-58选取。过桥一般首先用耐火砖与搪料修筑成沟渠形状、在表面涂刷石墨粉涂料（见表2-56）后，用耐火砖覆盖过桥沟渠形成完整过桥。当过桥阻塞时，可以打开过桥顶部所覆盖的耐火砖疏通过桥。另外也可以采用过桥模样、用搪料整体打结形成过桥，但整体打结的过桥阻塞后难于疏通。

图2-72 出铁口、出渣口成形砖尺寸

出铁口、出渣口凝结容易导致冲天炉事故，为了防止出铁口、出渣口凝结，出铁口、出渣口内侧应修筑为大喇叭口形，便于前炉内铁液的热量能方便传递到出铁口、出渣口。常用冲天炉的出铁口、出渣口成形砖的形状与尺寸见图2-72与表2-58。

表2-58 冲天炉出铁、出渣口成形砖的尺寸与过桥孔最小尺寸

4）修筑炉底。关闭炉底门后，用耐火泥填抹炉底门缝隙，然后用碎炉渣或废型砂加适量水分逐层铺垫、打结炉底垫层，垫层厚度一般为1/2～2/3炉底厚。当用废型砂打结的炉底垫层距炉底顶面50～80mm处时，在废型砂中加入10%的黏土、40%的焦炭粉、5%的石墨粉及适量水分混合均匀，作为炉底面层修筑料。炉底顶层料的捣打力度应合适，不能过紧或过松。为保证炉底紧实度均匀，应采用砂包作为捣打工具，而不宜用铁锤、木锤等固定形状的工具。

炉底与炉缸侧壁的环形交接缝容易形成裂纹而造成铁液渗漏，此处必须捣舂紧实，同时炉底与炉膛的交接处应修成半径约40～60mm的圆角。炉底以过桥口或出铁口为基准，向上修成1∶（10～20）的斜坡，以利于铁液流出。炉底修筑完毕后，在炉底表面涂刷石墨粉涂料（见表2-56）。

5）其他部分。出铁槽与出渣槽一般先用普通黏土砖修筑底层，然后用前炉搪料修筑表层。出铁槽与出渣槽修筑完毕后，表面涂刷石墨粉涂料（见表2-56）。

用于前炉出铁口、出渣口的堵口泥的配比见表2-56。前炉衬的修筑可参考炉缸进行。

3.炉衬的烘烤

炉衬经过大修或修补的厚度较大时，需要经过烘干。在有燃气的工厂里，开炉前1～2天，关闭冲天炉底门，打结炉底，用燃气喷枪进行烘烤。没有燃气时，将修好的炉衬先自然干燥1～2天后，关闭炉底门打结炉底，在打结好的炉底上铺垫适量木刨花、放适量木柴，再在木柴上放适量块度不太大的焦炭，从工作门处点燃刨花，对炉衬进行烘烤。烘烤时风箱上的风口观察窗打开2/3以上，使木柴、焦炭自然通风燃烧，烘烤时间一般为4～8h。后期应小风量、短时间送风几次，以提高炉衬烘烤温度。

小修过的炉衬，应经过1天以上的自然干燥；点火前再打结炉底，冲天炉烘烤可以与开炉点火合并进行。

前炉必须提前烘烤，开炉前内壁应加热至赤红色。使用未经彻底烘干的前炉，不仅容易导致初期铁液温度偏低，还有可能导致前炉爆炸。

新包修筑前应该检查包壳上有无排气孔，如果没有排气孔，应该钻出排气孔。没有排气孔的浇包烘干时，浪费燃料和时间。浇包烘干前，应经过一段时间的自然风干或低温缓慢烘干，否则包衬表面容易出现裂纹、影响包衬寿命。

浇包需要在冲天炉出铁前充分烘干和预热。端包、抬包等可以利用冲天炉前炉的看火口、感应电炉等余热烘烤预热。中小型浇包常用专门的焦炭、煤气、油炉烘烤预热。大型浇包通常用燃油、燃气的专用烘包器烘烤。炉包烘烤温度应按先低后高的原则进行，保证包衬均匀受热、烘干烘透、表面无裂纹，接入铁液前，包内应呈赤红色。

图2-73 典型8t/h热风水冷冲天炉炉衬

如果冲天炉或浇包内衬使用了高级耐火材料，其炉衬烘烤应该按照所用材料要求的升温、保温工艺曲线进行烘烤、烧结。

2.5.2.2 水冷炉的炉衬

水冷长炉龄冲天炉的烟囱与预热段炉衬的工作条件与常炉衬冲天炉完全相同，因此可以按照常炉衬冲天炉有关规定和材料修筑。水冷长炉龄冲天炉与常炉衬冲天炉的区别仅仅在于熔化区以下部分，在此主要介绍熔化区以下部分的炉衬问题。

1.水冷炉早期炉衬介绍

图2-73所示为炉龄一周（约140h）的8t/h热风水冷长炉龄冲天炉耐火材料的使用情况。该炉预热段全部采用高铝砖修筑，水冷炉壁内下部采用Al₂O₃-SiC异形砖修筑，该砖的高度为230mm、厚度为65mm，砖在宽度方向呈梯形以适应水冷炉壁的锥形内腔；水冷炉壁内最高两周采用高铝砖修筑，水冷炉壁内的耐火砖修筑厚度约为65mm。

该炉炉缸外层用高铝砖修筑、内层用Al₂O₃+SiC砖修筑。炉壁与耐火砖之间的不规则缝隙使用Al₂O₂-SiC-G（石墨）系高级可塑料填充，炉底用废旧型砂铺垫。最后在炉缸表面、炉底表面敷贴一层厚度约80mm的Al₂O₃-SiC-G系可塑料。该炉出铁口采用Al₂O₃-SiC-C系成形砖，连续出铁出渣槽底层用高铝砖修筑，表面铺设Al₂O₃-SiC-C系可塑料。

图2-74所示为20t/h热风水冷长炉龄冲天炉耐火材料的使用情况。该炉水冷炉壁内部不敷设耐火材料，被习惯称为无炉衬冲天炉。该炉炉缸先采用石墨砖修筑，然后在炉缸表面、炉底表面铺设ASC可塑料。出铁口采用ASC出铁口成形砖。该炉其余部分与上述8t/h热风水冷冲天炉的炉衬基本相同。

早期炉衬技术涉及的材料品种比较多，同时炉龄较短、吨铁液炉衬费用较高。

图2-74 典型20t/h热风水冷冲天炉炉衬

2.水冷炉炉衬侵蚀规律

1）在薄衬炉水冷熔炼段工作过程中，水冷风口附近的炉衬材料最先被逐层侵蚀，同时炉衬自下而上被逐层侵蚀。当熔炼区附近的薄炉衬被完全侵蚀后，如果底焦高度比较稳定，则炉衬不再向上侵蚀；如果底焦高度向上波动的幅度很大，则不仅水冷熔炼段内部的炉衬被完全侵蚀，而且预热段的炉衬也可能受到一定侵蚀。不管水冷熔炼段内部使用何种材料作薄炉衬，熔炼一段时间后，熔化区向下到水冷风口附近的炉膛内，在炉衬减薄至一定程度时，冷却水与炉内形成的热平衡关系使炉膛内自动形成厚约40～60mm的渣层凝结在炉衬上，保护水冷炉壁不致红热、软化。因此薄炉衬冲天炉的风口区附近、水冷炉壁内部没有必要使用价格昂贵的高级耐火材料，可以使用普通砖甚至普通耐火泥修筑。

2）由于炉缸区的炉衬材料较厚，得不到冷却水的充分保护，往往成为限制炉龄的关键因素。因此目前我国大部分水冷炉的炉缸外部均设置了水冷却装置，大大提高了炉缸炉衬的寿命。但是目前由于炉缸中出铁口、出渣口、残铁口等部位的炉衬无法得到冷却水保护，因此炉缸仍然是决定炉龄的关键部位。

3）出铁口在长期熔炼过程中不断受到炉渣的侵蚀，出铁口孔径一般逐步由炉外向炉内、同时逐步向上扩大。图2-75a所示为侵蚀后出铁口砖的剖面图，表示了出铁口由炉外向炉内逐步侵蚀的规律；图2-75b所示为侵蚀后出铁口砖的正面图，表示了出铁口向上侵蚀的规律。

图2-75 出铁口砖的侵蚀

a）出铁口砖的剖面图 b）出铁口砖的正面图

当出铁口使用一定时间后，由于出铁口在炉缸内一端的孔径扩大、导致出铁口两端的压差小于炉缸内的炉气压力，出铁口将发生喷渣喷铁现象。300mm长的ASC出铁口砖，如果不采取其他措施，寿命一般为5～10天。

在出铁口炉缸侧修筑碳化硅砖，可延长出铁口由炉外侵蚀到炉内的时间，提高出铁口的寿命。

3.水冷炉的典型炉衬结构

图2-76所示为中小型薄炉衬水冷冲天炉的炉衬修筑情况。该炉水冷炉壁内部采用普通黏土砖（也可以用普通耐火泥）修筑，炉衬厚度约65mm。炉缸内首先用碳化硅侧楔砖修筑炉衬外层，炉缸表面用刚玉碳化硅捣打料修筑；风口附近敷贴普通耐火泥；炉底用废型砂逐层铺垫、捣实，炉底表面用刚玉碳化硅捣打料修筑；出铁口成形砖用刚玉碳化硅超低水泥浇注料制作，同时在出铁口砖之前用碳化硅砖延长出铁口；连续出铁槽底层用普通黏土砖修筑，表面用刚玉碳化硅修炉泥修筑；挡渣墙一般用碳化硅砖修筑。

图2-76 薄炉衬冲天炉

图2-77 无炉衬冲天炉

图2-77所示为无炉衬水冷炉的炉衬修筑情况。与图2-76所示薄炉衬冲天炉相比，该炉水冷炉壁内部无炉衬。由于炉缸尺寸较大，炉缸内全部用刚玉碳化硅捣打料修筑，或者全部用刚玉碳化硅超低水泥浇注料浇注；炉底表面用刚玉碳化硅捣打料修筑，或者用刚玉碳化硅水泥浇注料修筑；出铁口用刚玉碳化硅捣打料捣打形成，或者全部用刚玉碳化硅水泥浇注料浇注形成。与我国早期无炉衬水冷炉的炉衬相比，该炉所用耐火材料的品种较少。

4.水冷炉的修炉与烘炉

1）耐火材料。中小型冲天炉的炉缸一般用碳化硅砖修筑，表面采用高级捣打料或者浇注料；出铁口、出渣口需要采用以高级耐火材料制作的成形砖。大型冲天炉的炉缸和出铁口可以完全用高级捣打料或者浇注料修筑，水冷壁内可以不修筑炉衬。

为了加快开炉初期铁液升温，中小型冲天炉水冷段内部可以用普通黏土砖或者普通耐火泥修筑薄炉衬。

炉缸中的耐火材料及其修筑厚度应根据冲天炉所要求的炉龄确定，如果要求炉龄较长则选用耐火度高、侵蚀速度低的高级耐火材料，同时采用较厚的内层炉衬；否则选用廉价材料或者采用较薄的内层炉衬。

2）炉壁清理。修炉前清除炉壁粘附的渣、铁。清理炉壁时，应妥善保护水冷风口，必要时应拆下水冷风口。如果炉壁只有轻微黏附，利用软梯从加料口进入炉膛、在黏附物上方敲打、撬除黏附物，防止黏附物坠落伤人及损伤水冷风口。如果黏附严重，宜用氧燃管清除炉壁黏附物。使用氧燃管切割黏附物时，应该开启水冷炉壁外的冷却水，防止氧燃管烧穿炉壁。

清除炉膛黏附物后必须仔细检查水冷炉壁，用电弧焊修补水冷炉壁的损坏部分，并将炉壁内部打磨平整。水冷炉修炉前炉缸炉衬的清理方法与常炉衬冲天炉相同。

3）炉膛内耐火材料施工。炉衬施工过程中，必须注意保护水冷风口，严防修炉材料坠落砸伤水冷风口或修炉器具损伤风口。

炉缸捣打料、浇注料的实际工作性能与施工质量有关，捣打料逐层填充耐火材料、逐层捣打，浇注料施工必须使用相应的模具，充分震捣，尽量提高材料的紧实度和均匀性。

炉缸炉衬施工中，必须特别注意炉缸出铁口、出渣口、残铁口附近耐火材料的修筑质量。出铁口、出渣口、残铁口附近，一般涉及几种不同的耐火材料，各种材料之间存在着较复杂的相互联结关系，稍有疏忽就可能给炉缸炉衬留下事故隐患。

4）出铁槽与出渣槽。高级耐火材料均具有较高的导热性，为减少铁液、炉渣经过出铁槽时的温降较大，出铁槽与出渣槽不宜全部采用高级耐火材料修筑。出铁槽出渣槽一般用普通耐火砖铺垫底层起隔热保温作用，用捣打料或高级耐火泥修筑表层。出铁槽中的挡渣墙一般用碳化硅砖修筑。连续出渣槽不宜过长，否则炉渣容易在其中凝结造成排渣不畅。

5）炉衬烘干和烧结。新建或者大修后的水冷炉炉衬、出铁槽、出渣槽烘干前，应经过一段时间的自然风干或低温缓慢烘干，否则炉衬表面容易出现裂纹、影响炉衬寿命。

新建或者大修后的水冷炉炉衬用木柴、焦炭、石油液化气或者燃气文火烘烤，正式开炉前清除炉膛内的残焦、残渣重新点火；小修后的炉衬烘烤可以与开炉合并进行。

水冷炉炉衬、出铁槽、出渣槽的烘干烧结应该根据所用材料要求的升温、保温工艺曲线进行。炉膛内使用的高级耐火材料，修筑后一般需要进行200～300℃彻底烘干，并进行1200℃、不小于8h的烧结。炉膛修补后也需要进行200～300℃彻底烘干，并进行1200℃、大于30min的烧结。

5.水冷炉炉龄及其影响因素

1）炉衬材料质量。炉衬材料的质量直接决定炉龄，如果材料的耐火度低、侵蚀速度快则炉龄短。炉衬材料质量涉及耐火骨料的种类和含量、骨料的矿物组成、粘结剂的种类与含量、粒度组成与粒度级配水平、加工质量和运输仓储等等问题。选用炉衬材料并非质量越高越好，在满足炉龄要求的前提下，必须综合考虑影响材料质量的因素。

2）炉衬设计与施工质量。合理设计炉衬材料，充分发挥材料的优点，加强炉衬施工质量管理，提高施工人员技术素质和工作责任心，采用合适的工具、工装，才能保证炉衬的质量，有效提高炉衬寿命。应该特别注意提高出铁口、出渣口附近炉缸的炉衬施工质量。

3）炉料洁净度与熔剂用量。炉料的洁净程度对炉衬寿命有重要影响，如果金属或者非金属炉料杂质含量多，则冲天炉熔剂用量大，产生的炉渣对炉衬的侵蚀速度快，炉衬寿命短。提高炉料洁净程度、减少或控制熔剂用量有利于提高炉龄。