UCAR碳磚在國內高爐應用淺析

張文強　肖洪　賈鳳娟　李曉云　高冰（河鋼集團唐鋼公司,河北 唐山 063020)

UCAR碳磚在國內高爐應用淺析

張文強肖洪賈鳳娟李曉云高冰（河鋼集團唐鋼公司,河北 唐山 063020)

對UCAR碳磚的高導熱理念、制造工藝、性能特點及其主張采用的典型爐缸設計結構分別進行了介紹說明，對UCAR碳磚在國內高爐上的應用情況進行了總結。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；高導熱

1　UCAR碳磚簡介

1.1高導熱是UCAR碳磚爐缸的核心技術理念

不管何種形式的爐缸結構，其長壽理論基礎都是要設法將1150℃等溫線推向碳磚熱面以內。如果碳磚具有高導熱性，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、鋅蒸汽向碳磚內部滲透的作用，從而使渣鐵環流沖刷、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碳磚爐缸的高導熱性主要體現在兩個方面：一是碳磚具有高導熱性，二是爐缸砌體采用薄壁結構。

1.2UCAR碳磚生產工藝

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，與粘結劑混勻后，裝入一種可同時進行加壓和通電加熱的模具。模具內的原料會被加熱至800～1400℃以使其中的粘結劑碳化定型，在此過程中易揮發物會受熱揮發。在加壓的情況下，揮發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量少、孔徑小，而且是封閉的。配加的石墨可提高UCAR碳磚的導熱性，配加的二氧化硅及石英在高溫時與碳反應生成β-SiC并填充于氣孔中，可進一步降低碳磚氣孔率。此種工藝生產出來的碳磚導熱性好、滲透性差、抗堿侵蝕性、抗熱震性和抗熱沖擊性能良好。

1.3UCAR碳磚爐缸典型設計結構

根據高導熱理念，UCAR碳磚主張的爐缸結構為：采用直爐缸，環碳采用高導熱小塊磚，與冷卻壁頂砌，厚度≤750mm。環碳外側澆筑人造渣皮，渣皮與碳磚緊密接觸不設膨脹縫，厚度200-250mm。爐缸側壁爐襯總厚度≤1.0m。爐底水冷管設在爐底封板之上，爐底最下層采用高導熱石墨磚，其上采用2層400mm高導熱碳磚，再上砌筑2層400mm厚陶瓷墊，爐底砌體總厚度≤1.9m，爐底陶瓷墊與環碳之間設膨脹縫。爐缸環碳內側不設加厚區。鐵口孔道采用鉆孔形式，鐵口孔道磚采用高導熱的NMD磚。

1.4UCAR碳磚爐缸的優缺點

UCAR碳磚爐缸具有如下優點：炭磚具有高導熱性，爐缸砌體采用薄壁結構，砌體熱面形成的凝鐵層可使碳磚免受液態渣鐵和有害氣體直接侵蝕；炭磚具有封閉型微孔結構，可較好的抵抗渣鐵滲透侵蝕、渣鐵環流侵蝕、堿金屬和鋅侵蝕；C-34膠泥作為碳磚間的結合劑，可將碳磚砌體結合成一個有機整體；UCAR碳磚為小塊磚結構，一定程度上避免碳磚砌體出現環裂現象；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：爐缸熱量損失較大，會影響燃料比的降低，當遇長期休風時可能會因爐缸虧熱嚴重而不利于爐況的恢復；因UCAR磚型小，砌筑施工難度增大，施工質量是制約UCAR碳磚爐缸壽命的一個重要限制性環節。

2　如何實現UCAR碳磚爐缸長壽

2.1調整設計、維護思路

把爐缸看成一個整體系統來設計，要重視影響爐缸長壽的各種因素之間的匹配關系，UCAR爐缸一定要貫徹建立高導熱、無過熱體系的設計理念。

2.2優化爐缸內型設計

大高爐爐缸侵蝕形式主要表現為象腳侵蝕，而渣鐵環流是造成象腳侵蝕的主要原因。為了降低爐缸渣鐵環流侵蝕，在高爐內型設計上應適當減小爐腹角和爐缸直徑，并適當增加爐缸死鐵層深度。

2.3優化爐缸結構設計

按高導熱理念，UCAR碳磚采用薄壁結構。UCAR碳磚內側配置隔熱保護層（人造渣皮）是合理的也是必要的，這種對爐缸傳熱“內堵外疏”的復合結構有兩個好處：一是可降低爐缸熱量損失，二是可降低碳磚砌體內的溫度，抑制各種化學侵蝕的發生。澆筑人造渣皮與碳磚間可不設膨脹縫。

2.4優化爐缸冷卻系統設計

高導熱UCAR碳磚需匹配強冷，“象腳”侵蝕區對應的爐缸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定，冷卻水速不低于2.0m/s為控制原則。

2.5嚴格按施工規范砌筑碳磚

砌筑前首先做好爐缸冷卻系統試水工作，確保不漏水；要有一定的施工環境溫度，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合劑組成的炭質粘結劑，使用時要嚴格按規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膠泥進行預固化。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，預固化的膠泥會逐步碳化，最終達到完全固化。

3　結語

高爐爐缸長壽是涉及多個環節的系統工程，其中任何環節出現失誤都可能給爐缸壽命帶來嚴重影響。UCAR碳磚爐缸實現長壽需做好爐缸內型和耐材結構優化設計、提高爐缸冷卻能力、規范施工、科學烘爐、控制合理開爐強化速度、加強日常監護等工作。