平炉用耐火材料(refractories   for   open   hearth   furnace)

砌筑平炉熔炼室及有关部位所使用的耐火材料。平炉又称为马丁炉，是用煤气或重油作燃料将生铁及废钢冶炼成钢的熔炼炉。平炉按照熔炼室用耐火材料的种类，一般分为酸性平炉和碱性平炉。平炉始建于1865年。约至1950年，其熔炼室、炉头和蓄热室上部等部位一直沿用硅砖砌筑，蓄热室中、下部等部位则用粘土砖或高铝砖砌筑，故称为酸性平炉，使用寿命较低，炉龄为100～200炉次。20世纪50年代左右，由于烧成镁砖和镁铬砖等碱性耐火材料的开发和应用，逐步代替了硅砖砌筑平炉，即为碱性平炉，使用寿命显著提高，平均炉龄约为1000炉次。中国平炉始建于1890年。1980年以来，为了提高平炉炼钢的生产率，多数平炉逐步改成了顶吹氧气平炉。由于强化冶炼，炉龄大幅度降低，一般为300炉次左右。因此，开发了高级碱性耐火材料，以适应平炉炼钢新工艺的需要。平炉的构造及供热系统见图。

熔炼室用耐火材料熔炼室由熔池、炉墙和炉顶等构成，是平炉的主体部分，．工作温度为1700℃左右，吹氧操作时可达1750℃以上。每炼一炉钢，熔炼室的炉衬都经受高温及温度的急剧变化、熔渣侵蚀、钢液冲刷及装料时的机械和炉料的撞击等，因此工作条件极为苛刻，必须选择优质的碱性耐火材料作炉衬。

(1)熔池。由炉底和堤坡组成，工作温度约为1600℃。该处砌体承受温度变化、机械冲撞和化学侵蚀等作用，尤其是渣线区损毁最快，是薄弱环节。熔池砌体的厚度，根据炉子吨位即装料量的不同而异，一般为560～1040mm。炉底结构是复合的，先在炉壳钢板上铺一层石棉板，再干砌粘土质耐火砖，然后砌筑镁砖。该层先平砌，上面两层侧砌或竖砌。但最上面的一层砌筑方向，必须顺着出钢口中心线，以避免出钢时被冲毁。1985年以来炉底结构有所改进，即在侧砌镁砖时夹铺一层200mm厚的镁砂打结层，其上用300mm长的优质高纯镁砖竖砌工作层。另外，在距门坎面约800mm以下的堤坡镁砖和粘土砖的砌体之间，也夹有一层约100mm厚的镁砂打结层，堤坡全部采用镁砖错缝平砌，上、下层错台形成阶梯状，砖缝不大于2mm，并撒入干的镁砂粉。出钢口和出渣口部位承受高温、钢液与熔渣的冲刷和侵蚀，工作条件较差，镁砖的砖缝应不超过1mm，且不留设膨胀缝使自成整体，便于维护和检修。熔池工作层一般为镁砂打结层，厚度为150～400mm。装料前，镁砂层应进行烧结即炼炉底，形成致密的整体衬，以防止钢水和熔渣的渗透并减少侵蚀。该层先后采用过冶金镁砂、高镁合成砂和高铁合成砂等，主要依靠生成低熔点物质作为结合相，促进炉底打结层的烧结，但不适应吹氧强化冶炼的要求。氧气炼钢平炉一般用电熔皮砂和重烧镁砂配成的高密度镁砂混合物，不加矿化剂，冷铺后炼制成炉底工作层，平均寿命60次左右，比合成镁砂的炉底寿命提高1倍多，比冶金镁砂炉底的寿命提高约两倍。当每次出钢后，易损的渣线区和炉底局部需用镁砂干料喷补或人工投补。熔池每冶炼数十炉钢，就要炼炉底，即做新的烧结层。因此，平炉中修时，一般无需更换炉底。

(2)炉墙。指熔炼室炉门(装料门)门坎面以上的砖砌体，与堤坡和炉顶紧密相连，其工作温度为1700℃左右。炉墙分为端墙、前墙和后墙，两个炉门之间的前墙，又称为前墙垛。炉墙全部采用镁砖干砌，砖缝不超过2mm，并夹入0.5mm的薄铁片，在高温下可使砖烧结在一起，形成整体。每层砌体之间，允许采用卤水调制的镁火泥湿砌。除前墙垛外均留设适当的膨胀缝。无论固定式平炉或倾动式平炉的前后墙均向外倾斜砌筑。前墙以镁砖干砌，错台呈阶梯状，而后墙则砌成斜的，务必使砖面与炉壳面保持垂直，以防止炉子倾动时倒塌。为了扩大平炉的容量，常用干镁砂做成假门坎，致使炉墙下部的砌体，经常承受熔渣和钢液的严重化学侵蚀，损毁较快，需进行维修。装料时，前墙垛经常受到装料机的碰撞和机械磨损，同时还承受较急剧的温度变化作用。因此使用寿命较短，需进行日常维修。当平炉小修时，前墙垛全部更换重砌，后墙也需局部补砌或修补。根据平炉容量的不同，前墙安装3～5个炉门，用于装炉料、兑铁水和补炉等。炉门盖为升降式的，用镁砖或高铝砖砌筑内衬，因经常掉砖，需进行小修。当采用碱性耐火浇注料作内衬时，整体性好，使用寿命显著提高。

(3)炉顶。呈拱形吊挂式砌体结构，其工作温度一般为1700℃以上，吹氧时可达到1750℃左右。在出钢后和装冷料、补炉期间，炉顶温度降低较多。即炉顶除受高温和温度骤变的作用外，还受飞溅的熔渣和钢液化学侵蚀、高温气流冲刷等作用，因此最易熔蚀和剥落，是熔炼室衬体的最薄弱环节。平炉小修时，炉顶前部靠炉门口一侧及部分斜炉顶需更换。中修时，大部分炉顶需要重砌。炉顶整个使用周期称为一个炉役，即代表平炉寿命，以炼钢次数表示。世界大多数国家平炉炉顶采用镁铬砖或方镁石尖晶石砖砌筑。中国于20世纪50年代末期，根据镁质和高铝质原料的特性，应用镁铝尖晶石基本理论，创造性地开发了平炉炉顶用镁铝砖，显著地提高了平炉炉龄。随着平炉冶炼新工艺的不断出现，镁铝砖又不能满足其要求，为此，采用MgO约为95％的电熔镁砂等高纯原料，开发了中档镁铝砖和镁铝铬砖(见表)，并取得了良好的使用效果。当平炉采用吹氧等强化冶炼措施时，其平均炉龄超过300炉次。平炉炉顶维护方法较多，最佳的措施是用火焰喷补，它具有不降低炉顶温度和喷补层与原砖层粘结牢固等优点，可显著提高炉子的使用寿命。

炉头及上升道用耐火材料    炉头及上升道是联结平炉熔炼室和沉渣室的砖砌体通道，其工作温度一般为1450～1700℃，通常用镁砖和镁铝砖、镁铬砖砌筑。炉头是一般平炉的燃烧器，也是废烟气的排出口。炉头的尺寸和角度要求较严，砌砖时必须精确，以确保空气和煤气的有效混合及充分燃烧。炉头的拱顶和斜拱顶采用镁铝砖砌筑。炉头内的煤气水套内、外面上铺一层石棉板或硅酸铝耐火纤维毡，再用镁砖或镁铝砖环砌内衬和外衬，然后从炉头端墙插入炉头内。围墙和隔墙均用镁砖，并用卤水镁火泥湿砌，砖缝不应超过2mm。砖缝泥浆必须饱满，特别是共用墙必须严密，以防止煤气与空气的串漏，发生爆炸事故。上升道墙的使用寿命，一般为一个炉役。

沉渣室和蓄热室用耐火材料沉渣室和蓄热室是用于沉积熔渣和预热空气与煤气的装置，位于上升道的下部，其工作温度一般为1450℃左右。沉渣室室顶与上升道下端相接，分为空气沉渣室和煤气沉渣室，室顶用镁铝砖和高铝砖砌成拱形，墙则用高铝砖砌筑，下部用碱性砖砌保护层。沉渣室底一般先用粘土砖砌筑，工作层则用镁砖，以抵抗熔渣的侵蚀。蓄热室由底、墙、顶和格子砖砌体组成。该室上部与沉渣室相连通，下部接烟道，工作温度约为900℃。蓄热室的墙、底和顶，一般采用高铝砖和粘土砖砌筑。格子砖砌体的下部用粘土质格子砖砌筑，中、上部则用高铝质格子砖，上部也有用镁橄榄石格子砖的。沉渣室和蓄热室的使用寿命，一般为一个或数个炉役。

烟道和烟囱用耐火材料烟道和烟囱是排除高温废气的通道，其工作温度900℃以下。烟道和烟囱的中下部内衬工作层一般用粘土砖砌筑，使用寿命很长。为了空气和煤气的换向，在烟道内安装了钟罩形换向阀。其内衬用粘土砖砌筑时，因受机械振动和温度变化等影响，较易剥落损毁，平炉小修时，均需进行修补或重新砌衬。当采用硅酸盐水泥耐火浇注料浇灌后，内衬整体性强，抗热震性好，使用寿命显著提高。