爐體

爐體爐殼

爐殼是立式退火爐重要設備之一，也是隔絕爐內氣氛與外界氣氛的主要屏障，使帶鋼在相對獨立的環(huán)境中實現(xiàn)熱處理功能。爐殼是耐火材料的主要載體，包括爐底的輕質隔熱磚，側墻及頂部的陶瓷纖維，還有實現(xiàn)耐火材料固定的錨固釘及保護板都是爐殼的主要組成部分。爐殼也是全部爐體設備的支撐架，包括爐輥、輻射管、燃氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、保護氣體系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、攝像頭等都是固定安裝在爐殼上。在冷卻段，爐殼與風箱還可設計為一體，實現(xiàn)爐殼風箱一體化，簡化了設備結構，實現(xiàn)了兩種功能。其爐殼結構布置見右圖1。

（1）輥室區(qū)域爐殼。輥室區(qū)域的爐殼位于爐子的頂部和底部，爐殼上安裝的附件較多，如輥蓋、頂蓋、檢查孔、板溫計孔等設備，對于輥室爐殼的制作和安裝形式，目前有兩種方式：第一種是單片式結構，就是將頂部爐殼以片狀結構制作，并在現(xiàn)場進行拼裝。這種單片式結構有利于批量運輸，但是給現(xiàn)場的安裝留下了很大的工作量；第二種是箱式結構，就是將單片制作的側板、頂板進行預組裝，形成一個箱式整體，內部的錨固釘可預先焊接，并可對部分相關的安裝尺寸進行校核修正，這樣就減少了現(xiàn)場的施工量和校正工作。但是箱體結構成型后體積較大，不利于運輸。

（2）輻射管區(qū)域爐殼。輻射管區(qū)域爐殼位于爐子傳動側和操作側，立面安裝，殼體上主要有輻射管的安裝法蘭，以及取樣孔、熱電偶孔等輔助裝置。對于側板的制作和安裝，一般采用單片式制作和安裝，非常有利于批量運輸。

（3）頂板和底板。頂板位于爐子頂部，水平安裝，以爐子側板為支撐。殼體上主要有頂蓋安裝法蘭、檢查孔（穿帶孔）、排氣管道、板溫控制儀孔等設備。

底板位于爐子的底部，水平鋪設在爐子的鋼結構上，以加熱段中部作為固定端可向兩端進行自由滑動，爐底板設計有底蓋的安裝法蘭。

（4）爐子頂蓋。爐子頂蓋位于爐子頂部，是異常情況下人員對設備進行處理的進出口，或者是定期對爐內設備進行檢查的進出口。頂蓋設計有較厚的鋼制法蘭，可采用平面高溫硅膠密封或法蘭止口高溫硅膠密封，在與爐內高溫氣體接觸的一側，安裝有具備隔熱性的隔熱陶瓷纖維，并用錨固釘和保護板進行固定。

（5）爐子底蓋。爐子底蓋位于爐子底部，是異常情況下檢修人員對設備進行處理的進出口，或者是檢修人員定期對爐內設備進行檢查和清理的進出口。底蓋由較厚的鋼制結構支撐，采用止口高溫硅膠密封，在與爐內高溫氣體接觸的一側進行安裝。采用具備隔熱性能的隔熱磚砌筑，并用錨固釘和保護板進行固定。

（6）爐子輥蓋。爐子輥蓋位于爐子兩側的爐輥區(qū)域，用于爐輥的拆裝，輥蓋一般由較厚的鋼板制成，采用平面高溫硅膠密封，與爐內高溫氣體接觸的一側，安裝有具備隔熱性能的隔熱陶瓷纖維，并用錨固釘和保護板進行固定。

爐體耐火材料及保護板

在退火爐爐內，由于帶鋼退火工藝的需要，加熱爐爐內溫度高達900℃以上，而爐外溫度只有20-30℃，與室溫相比溫度差將近900℃，所以通過選擇合適的耐火材料及相應的耐火材料厚度，就能保證爐內溫度的穩(wěn)定，降低熱能損失，減少溫度對外部設備的影響。目前在立式爐內一般采用兩種類型的耐火材料：一種是含有氧化鋁的陶瓷纖維，另一種是輕質隔熱磚。

（1）陶瓷纖維。常用的陶瓷纖維密度為96kg/m³或128kg/m³，其質量較小，在立面施工中基本不受高度的影響，對爐殼及鋼結構的承重影響也較小，可明顯降低爐子的總體重量。其絕熱性能也好，可減少爐內溫度對外的熱能損失。另外，低熱容量也可以提高爐內溫度控制響應的及時性。較好的穩(wěn)定性，可使陶瓷纖維在長壽命下性能恒定。由于陶瓷纖維易加工和成型，所以使其制造和施工也容易，方便。目前主要用于爐側墻、爐頂、爐頂蓋、輥蓋等設備的隔熱保溫。但是其纖維結構的特殊性使之不耐壓也不耐碰撞，故無法抵御爐內的強氣流沖刷，使用時必須加以保護。

（2）輕質隔熱磚。輕質隔熱磚有較低的熱導率，可有效地減少爐子的熱能損失，較低熱容可以提高爐內溫度控制響應的及時性。輕質隔熱磚較陶瓷纖維的密度大，使之具有一定的耐壓耐沖擊性，標準的尺寸易于施工和砌筑。例如常用的TJM23，使用溫度為1260℃，密度約為500kg/m³，而TJM26，使用溫度為1425℃，其容重可達到800kg/m³，主要用于爐底結構及底蓋的隔熱。爐子底部耐火材料結構見下圖2。

（3）不銹鋼保護板及錨固釘。不銹鋼保護板是對耐火材料進行保護、防止氣體對陶瓷纖維沖刷的屏障，也可減少人或其他物體對耐火材料的沖擊。因增加了其抗沖刷性，就減少了耐火材料散落、擴散、附著在設備或帶鋼上的機會，由此提高了帶鋼的表面質量。根據(jù)不同的使用溫度其不銹鋼材質有所不同，在低溫區(qū)一般選用AISI304或AISI410材質的不銹鋼板，在高溫區(qū)則選用AISI309或AISI310材質的不銹鋼板，通常不銹鋼板使用厚度在0.8- 1mm之間，通過焊接在爐殼上數(shù)以萬計的錨固釘進行固定，將其鋪設在陶瓷纖維及輕質隔熱磚表面，可防止帶鋼跑偏對耐火材料的刮擦，減少保護氣體對陶瓷纖維的沖刷，增強陶瓷纖維的抗壓性。

爐體爐體鋼結構

爐體鋼結構提供爐子的全部支撐，并且要滿足退火爐與支撐機構間的膨脹要求，提供維修與操作的通道（包括通往合金化爐的多層通道）。

退火爐鋼結構主要包括支撐結構、平臺、梯子及欄桿等。退火爐鋼結構由結構鋼經高強螺栓聯(lián)結和焊接而成。在退火爐的傳動側有活動平臺，以方便廠房吊車拆裝爐輥和輻射管。平臺均為自立式，平臺不與爐殼連接。退火爐鋼結構也要滿足預熱段循環(huán)通道和快冷段循環(huán)通道布置的要求。爐子底蓋將考慮放置在傳動側的第二層平臺下。爐體鋼結構見右圖3。

在電爐內，由于電弧放出的高溫使爐料熔化和進行還原反應而生成合金。爐體內由爐襯構成圓桶形爐膛，三相電極呈正三角形垂直布置在爐膛上部。電極下部是主要反應區(qū)，電能通過電弧和電阻轉化為熱能。爐膛直徑、深度、電極與爐膛的相對位置等幾何尺寸對爐內電流分布和溫度分布影響很大。由于反應溫度高達2000℃以上，爐體的容積一般大于反應的空間，使反應區(qū)與爐襯之間留存一層爐料，用以保護爐襯。

爐體由爐殼、爐襯和出鐵口等組成。爐殼大部分為圓桶形或倒錐形，用16～25mm厚的鍋爐鋼板焊接制成，并裝設水平加固圈和橫豎加強筋加固。出鐵口流槽用鋼板焊接或鑄鋼制成。

爐體采用炭磚砌筑的爐襯，要求在爐殼的焊接接口處必須焊上薄鋼板以密封接縫，以防止爐殼受熱后接縫松開，漏入空氣而使炭磚氧化。爐殼的底面是水平的，固定式爐子的爐體浮放在間隔布置的工字鋼梁上，這樣在受熱時，爐殼和工字鋼梁都能自由膨脹而不互相影響。工字鋼梁之間形成爐底的空氣通道，有利于爐底冷卻。

礦熱爐內部的高溫熱腐蝕、機械沖刷和化學侵蝕的作用，以致采用任何的耐火材料都無法避免爐襯的損毀。高功率密度和熔池高攪拌強度是強化多渣礦熱爐的主要措施，而這又使爐襯工作條件更加接近或超過了耐火材料所能承受的性能范圍，單純靠材料材質的改進已難以適應工藝發(fā)展的需求。近年來，冶金行業(yè)對爐襯的研究，已從單純追求材料材質轉向從結構上采取強冷措施來延長爐襯的壽命。人們充分認識了爐襯傳熱和絕熱的作用，平衡了熱量損失和爐襯損耗的得失，開始重視對爐襯的冷卻作用。

傳統(tǒng)的爐膛設計，往往為了提高電爐的熱效率而增加爐襯和絕熱層厚度。但是實際上由于爐膛內部的熱平衡，爐墻和爐底局部溫度過高，所增加的爐襯最終還是消耗掉，并不能起到防護作用。而采用增大爐殼直徑的措施，除了導致增加爐襯費用還會加大爐眼至爐內高溫熔體的距離，也給出爐造成困難。實踐已證明，增加爐襯材料的導熱性是延長爐襯壽命的最有效措施。盡管這種設計將有很多的熱量通過爐襯損失，電爐的熱效率因此有所降低，但導熱性能好的爐襯對產品單位電耗并無大的影響。

這一新理念的爐襯設計，已在熔煉電爐上得到應用。它的基本原理是：無論溫度多么高和化學侵蝕多么強的熔體，都會在一定的冷卻強度下轉變成為侵蝕作用極小的固態(tài)；凝固的金屬和爐渣所形成的假爐襯則對高溫熔體起著良好的防護作用。其關鍵技術是冷卻強度、冷卻元件和冷卻介質的選擇，以及冷卻元件、耐礦熱爐的機械設備火材料與熔體三者之間界面的設計。新理念的技術特征是：減薄爐壁，強化冷卻，降低爐壁溫度；掛渣爐壁，穩(wěn)定合理渣皮，減少熱損失。

轉爐爐體發(fā)生故障，常見為耐火材料燒穿或掉磚，致使爐殼發(fā)紅或燒漏，爐長立即將風眼區(qū)轉出熔體面，執(zhí)行停風操作。

（1）爐殼表面局部發(fā)紅

①風眼區(qū)、端墻部位發(fā)紅，立即在表面噴水或通風散熱，待出爐后做進一步處理。

②爐口部位發(fā)紅，加大石英石、冷料投入量，借助熔體噴濺，自行掛渣。

（2）局部洞穿

①在風眼區(qū)位置，可將爐子轉出液面，用石棉繩和鎂泥堵塞，繼續(xù)吹煉，出爐后從爐內用鎂泥填補或倒爐處理。

②在爐身或端墻位置，立即傾轉將熔體倒人鋼包或直接排放到安全坑中，必須停爐檢修。

③在爐口位置，加大石英石、冷料投入量，控制送風量，使燒漏部位自行掛渣。

④大面積發(fā)黑、發(fā)紅或洞穿立即傾轉爐體，將熔體倒人鋼包或直接倒入安全坑中，進行停爐檢修。2100433B

爐殼主要由爐底、爐身、爐帽、爐口、出鋼口等部分組成。由于爐殼尺寸太大，如果在制造廠進行整體制造時，無法將其發(fā)運到用戶。為此多數(shù)制造廠均采用沿爐體垂直中心線將爐體剖分開，在制造廠進行分瓣加工制造后，到安裝現(xiàn)場再組焊成型。

爐殼分瓣原則是保證爐殼各部件從鐵路發(fā)運到用戶，且不影響產品質量，力爭分瓣數(shù)量最少。

爐體機械加工制造難點就是保證爐殼現(xiàn)場組焊時，能夠按照圖紙要求順利將爐殼組裝成一體，并保證組焊后爐帽上120°均布的三個球鉸螺栓吊掛孔的精度要求。

根據(jù)制造工藝及運輸方便，將爐體分為4段，分別為：爐帽1段，爐身2段，爐底1段，每段又分為2瓣，共8瓣。

轉爐爐體包括爐殼和爐殼內的耐火材料爐襯，爐殼用鋼板焊成。爐襯包括工作層、永久層及填充層三部分。

工作層由于直接與爐內液體金屬、爐渣和爐體接觸，易受侵蝕，普遍采用焦油白云石質或焦油鎂砂質大磚砌筑爐襯。為提高爐襯壽命，已廣泛使用鎂質白云石為原料的燒成油浸磚，另外根據(jù)爐子各部位的工作條件和破損性質的不同，采用不同材質和厚度的磚組合砌筑。對侵蝕最嚴重的部位，如裝料側、渣線區(qū)、爐底等部位，使用具有耐火度高、高溫強度大、抗爐渣侵蝕能力強等性能的優(yōu)質耐火材料，我國大中型轉爐采用鎂碳磚。

填充層介于工作層與永久層之間，一般用焦油鎂砂或焦油白云石料搗打而成。此層的作用是減輕爐襯膨脹時對爐殼的擠壓，而且也便于拆除工作層殘磚，避免損壞永久層。

永久層緊貼著爐殼鋼板，其作用是保護爐殼。修爐時一般不拆除爐襯永久層。永久層通常是用一層鎂磚或高鋁磚側砌而成。

爐殼由爐帽、爐身、爐底三部分組成。各部分用鋼板加工成型后焊接和用銷釘連接成整體。

（1）爐帽

爐帽通常做成截錐形，這樣可以減少吹煉時的噴濺損失以及熱量的損失，并有利于引導爐氣排出。爐帽頂部為圓形爐口，用來加料，插入吹氧管，排出爐氣和倒渣。為了防止爐口在高溫下工作時變形和便于清除粘渣，普遍采用通入循環(huán)水強制冷卻的水冷爐口。水冷爐口有水箱式和埋管式兩種結構。

水箱式水冷爐口是用鋼板焊成的，在水箱內焊有若干塊隔板，使進入水箱的冷卻水形成蛇形回路，隔板同時起筋板作用，增加水冷爐口的剛度。這種結構的冷卻強度大，并且容易制造，但比鑄鐵埋管式容易燒穿。埋管式水冷爐口是把通冷卻水的蛇形鋼管埋鑄于鑄鐵內。這種結構冷卻效果稍遜于水箱式，但安全性和壽命比水箱式爐口高，故應用十分廣泛。

爐帽通常還焊有環(huán)形傘狀擋渣板（裙板），用于防止噴濺物燒損爐體及其支撐裝置。

水冷爐口可用楔和銷釘與螺帽連接，由于爐渣的黏結，更換爐口時往往需使用火焰切割，因此我國中、小型轉爐多采用卡板焊接的方法，將爐口固定在爐帽上。

（2）爐身

爐身是整個爐子的承載部分，一般為圓柱形。在爐帽和爐身耐火磚交界處設有出鋼口，設計時應考慮使堵出鋼口方便，保證爐內鋼水倒盡和出鋼時鋼流應對盛鋼桶內的鐵合金有一定的沖擊攪拌能力，且便于維修和更換。

（3）爐底

爐底有截錐形和球形兩種。截錐形爐底制造和砌磚都較為方便，但其強度比球形低，故在我國用于50t以下的中、小轉爐。球形爐底雖然砌磚和制作較為復雜，但球形殼體受載情況較好，多用于120t以上的爐子。

爐帽、爐身和爐底三部分的連接方式因修爐方式不同而異。有“死爐帽，活爐圖底”、“活爐帽，死爐底”等結構形式。小型轉爐的爐帽和爐身為可拆卸式（如圖2a），用楔形銷釘連接。用這種結構采用上修形式。大中型轉爐爐帽和爐身是焊死的，而爐底和爐身是采用可拆卸式的（如圖2b），這種結構適用于下修法，爐底和爐身多采用吊架，T字形銷釘和斜楔連接。

爐體鋼板是鍋爐制造中非常關鍵的材料之一，主要是指用來制造鍋爐中的鍋殼、鍋筒、集箱端蓋、支吊架等重要部件用的熱軋專用碳素鋼和低合金耐熱鋼中厚鋼板材料。爐體鋼板常常處于中、高溫和高壓狀態(tài)下工作，除承受較高溫度和壓力外，還受到沖擊，疲勞載荷及水和氣的腐蝕，工作條件較差。如果鍋爐在使用過程中發(fā)生破壞性事故，將會造成嚴重的損失。因此爐體鋼板必須具有良好的物理性能、力學性能和可加工性，并在材料標準的技術條款中給予嚴格的規(guī)定，以滿足其使用中的安全。