爐體磁軛

礦熱爐內(nèi)部的高溫?zé)岣g、機(jī)械沖刷和化學(xué)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(qiáng)度是強(qiáng)化多渣礦熱爐的主要措施，而這又使?fàn)t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(zhì)的改進(jìn)已難以適應(yīng)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(zhì)轉(zhuǎn)向從結(jié)構(gòu)上采取強(qiáng)冷措施來延長爐襯的壽命。人們充分認(rèn)識(shí)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(shè)計(jì)，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(shí)際上由于爐膛內(nèi)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(hù)作用。而采用增大爐殼直徑的措施，除了導(dǎo)致增加爐襯費(fèi)用還會(huì)加大爐眼至爐內(nèi)高溫熔體的距離，也給出爐造成困難。實(shí)踐已證明，增加爐襯材料的導(dǎo)熱性是延長爐襯壽命的最有效措施。盡管這種設(shè)計(jì)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(dǎo)熱性能好的爐襯對產(chǎn)品單位電耗并無大的影響。

這一新理念的爐襯設(shè)計(jì)，已在熔煉電爐上得到應(yīng)用。它的基本原理是：無論溫度多么高和化學(xué)侵蝕多么強(qiáng)的熔體，都會(huì)在一定的冷卻強(qiáng)度下轉(zhuǎn)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(hù)作用。其關(guān)鍵技術(shù)是冷卻強(qiáng)度、冷卻元件和冷卻介質(zhì)的選擇，以及冷卻元件、耐礦熱爐的機(jī)械設(shè)備火材料與熔體三者之間界面的設(shè)計(jì)。新理念的技術(shù)特征是：減薄爐壁，強(qiáng)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。

爐體爐殼

爐殼是立式退火爐重要設(shè)備之一，也是隔絕爐內(nèi)氣氛與外界氣氛的主要屏障，使帶鋼在相對獨(dú)立的環(huán)境中實(shí)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(zhì)隔熱磚，側(cè)墻及頂部的陶瓷纖維，還有實(shí)現(xiàn)耐火材料固定的錨固釘及保護(hù)板都是爐殼的主要組成部分。爐殼也是全部爐體設(shè)備的支撐架，包括爐輥、輻射管、燃?xì)庀到y(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、保護(hù)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(fēng)箱還可設(shè)計(jì)為一體，實(shí)現(xiàn)爐殼風(fēng)箱一體化，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了兩種功能。其爐殼結(jié)構(gòu)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(jì)孔等設(shè)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(jié)構(gòu)，就是將頂部爐殼以片狀結(jié)構(gòu)制作，并在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。這種單片式結(jié)構(gòu)有利于批量運(yùn)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(jié)構(gòu)，就是將單片制作的側(cè)板、頂板進(jìn)行預(yù)組裝，形成一個(gè)箱式整體，內(nèi)部的錨固釘可預(yù)先焊接，并可對部分相關(guān)的安裝尺寸進(jìn)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(jié)構(gòu)成型后體積較大，不利于運(yùn)輸。

（2）輻射管區(qū)域爐殼。輻射管區(qū)域爐殼位于爐子傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，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(cè)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(yùn)輸。

（3）頂板和底板。頂板位于爐子頂部，水平安裝，以爐子側(cè)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(shè)備。

底板位于爐子的底部，水平鋪設(shè)在爐子的鋼結(jié)構(gòu)上，以加熱段中部作為固定端可向兩端進(jìn)行自由滑動(dòng)，爐底板設(shè)計(jì)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(shè)備進(jìn)行處理的進(jìn)出口，或者是定期對爐內(nèi)設(shè)備進(jìn)行檢查的進(jìn)出口。頂蓋設(shè)計(jì)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(nèi)高溫氣體接觸的一側(cè)，安裝有具備隔熱性的隔熱陶瓷纖維，并用錨固釘和保護(hù)板進(jìn)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(shè)備進(jìn)行處理的進(jìn)出口，或者是檢修人員定期對爐內(nèi)設(shè)備進(jìn)行檢查和清理的進(jìn)出口。底蓋由較厚的鋼制結(jié)構(gòu)支撐，采用止口高溫硅膠密封，在與爐內(nèi)高溫氣體接觸的一側(cè)進(jìn)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(hù)板進(jìn)行固定。

（6）爐子輥蓋。爐子輥蓋位于爐子兩側(cè)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(nèi)高溫氣體接觸的一側(cè)，安裝有具備隔熱性能的隔熱陶瓷纖維，并用錨固釘和保護(hù)板進(jìn)行固定。

爐體耐火材料及保護(hù)板

在退火爐爐內(nèi)，由于帶鋼退火工藝的需要，加熱爐爐內(nèi)溫度高達(dá)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(yīng)的耐火材料厚度，就能保證爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定，降低熱能損失，減少溫度對外部設(shè)備的影響。目前在立式爐內(nèi)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(zhì)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(zhì)量較小，在立面施工中基本不受高度的影響，對爐殼及鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)溫度對外的熱能損失。另外，低熱容量也可以提高爐內(nèi)溫度控制響應(yīng)的及時(shí)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(cè)墻、爐頂、爐頂蓋、輥蓋等設(shè)備的隔熱保溫。但是其纖維結(jié)構(gòu)的特殊性使之不耐壓也不耐碰撞，故無法抵御爐內(nèi)的強(qiáng)氣流沖刷，使用時(shí)必須加以保護(hù)。

（2）輕質(zhì)隔熱磚。輕質(zhì)隔熱磚有較低的熱導(dǎo)率，可有效地減少爐子的熱能損失，較低熱容可以提高爐內(nèi)溫度控制響應(yīng)的及時(shí)性。輕質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)到800kg/m³，主要用于爐底結(jié)構(gòu)及底蓋的隔熱。爐子底部耐火材料結(jié)構(gòu)見下圖2。

（3）不銹鋼保護(hù)板及錨固釘。不銹鋼保護(hù)板是對耐火材料進(jìn)行保護(hù)、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(kuò)散、附著在設(shè)備或帶鋼上的機(jī)會(huì)，由此提高了帶鋼的表面質(zhì)量。根據(jù)不同的使用溫度其不銹鋼材質(zhì)有所不同，在低溫區(qū)一般選用AISI304或AISI410材質(zhì)的不銹鋼板，在高溫區(qū)則選用AISI309或AISI310材質(zhì)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(jì)的錨固釘進(jìn)行固定，將其鋪設(shè)在陶瓷纖維及輕質(zhì)隔熱磚表面，可防止帶鋼跑偏對耐火材料的刮擦，減少保護(hù)氣體對陶瓷纖維的沖刷，增強(qiáng)陶瓷纖維的抗壓性。

爐體爐體鋼結(jié)構(gòu)

爐體鋼結(jié)構(gòu)提供爐子的全部支撐，并且要滿足退火爐與支撐機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)主要包括支撐結(jié)構(gòu)、平臺(tái)、梯子及欄桿等。退火爐鋼結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)和焊接而成。在退火爐的傳動(dòng)側(cè)有活動(dòng)平臺(tái)，以方便廠房吊車拆裝爐輥和輻射管。平臺(tái)均為自立式，平臺(tái)不與爐殼連接。退火爐鋼結(jié)構(gòu)也要滿足預(yù)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(dòng)側(cè)的第二層平臺(tái)下。爐體鋼結(jié)構(gòu)見右圖3。

在電爐內(nèi)，由于電弧放出的高溫使?fàn)t料熔化和進(jìn)行還原反應(yīng)而生成合金。爐體內(nèi)由爐襯構(gòu)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(yīng)區(qū)，電能通過電弧和電阻轉(zhuǎn)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(nèi)電流分布和溫度分布影響很大。由于反應(yīng)溫度高達(dá)2000℃以上，爐體的容積一般大于反應(yīng)的空間，使反應(yīng)區(qū)與爐襯之間留存一層爐料，用以保護(hù)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(shè)水平加固圈和橫豎加強(qiáng)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?fàn)t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(shí)，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。

轉(zhuǎn)爐爐體發(fā)生故障，常見為耐火材料燒穿或掉磚，致使?fàn)t殼發(fā)紅或燒漏，爐長立即將風(fēng)眼區(qū)轉(zhuǎn)出熔體面，執(zhí)行停風(fēng)操作。

（1）爐殼表面局部發(fā)紅

①風(fēng)眼區(qū)、端墻部位發(fā)紅，立即在表面噴水或通風(fēng)散熱，待出爐后做進(jìn)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(fēng)眼區(qū)位置，可將爐子轉(zhuǎn)出液面，用石棉繩和鎂泥堵塞，繼續(xù)吹煉，出爐后從爐內(nèi)用鎂泥填補(bǔ)或倒?fàn)t處理。

②在爐身或端墻位置，立即傾轉(zhuǎn)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(fēng)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(zhuǎn)爐體，將熔體倒人鋼包或直接倒入安全坑中，進(jìn)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(jìn)行整體制造時(shí)，無法將其發(fā)運(yùn)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(jìn)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(yùn)到用戶，且不影響產(chǎn)品質(zhì)量，力爭分瓣數(shù)量最少。

爐體機(jī)械加工制造難點(diǎn)就是保證爐殼現(xiàn)場組焊時(shí)，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(gè)球鉸螺栓吊掛孔的精度要求。

根據(jù)制造工藝及運(yùn)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(zhuǎn)爐爐體包括爐殼和爐殼內(nèi)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(nèi)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(zhì)或焦油鎂砂質(zhì)大磚砌筑爐襯。為提高爐襯壽命，已廣泛使用鎂質(zhì)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(zhì)的不同，采用不同材質(zhì)和厚度的磚組合砌筑。對侵蝕最嚴(yán)重的部位，如裝料側(cè)、渣線區(qū)、爐底等部位，使用具有耐火度高、高溫強(qiáng)度大、抗?fàn)t渣侵蝕能力強(qiáng)等性能的優(yōu)質(zhì)耐火材料，我國大中型轉(zhuǎn)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(shí)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(hù)爐殼。修爐時(shí)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(cè)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(shí)的噴濺損失以及熱量的損失，并有利于引導(dǎo)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?fàn)t口在高溫下工作時(shí)變形和便于清除粘渣，普遍采用通入循環(huán)水強(qiáng)制冷卻的水冷爐口。水冷爐口有水箱式和埋管式兩種結(jié)構(gòu)。

水箱式水冷爐口是用鋼板焊成的，在水箱內(nèi)焊有若干塊隔板，使進(jìn)入水箱的冷卻水形成蛇形回路，隔板同時(shí)起筋板作用，增加水冷爐口的剛度。這種結(jié)構(gòu)的冷卻強(qiáng)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(nèi)。這種結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)，更換爐口時(shí)往往需使用火焰切割，因此我國中、小型轉(zhuǎn)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(gè)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(shè)有出鋼口，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使堵出鋼口方便，保證爐內(nèi)鋼水倒盡和出鋼時(shí)鋼流應(yīng)對盛鋼桶內(nèi)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(qiáng)度比球形低，故在我國用于50t以下的中、小轉(zhuǎn)爐。球形爐底雖然砌磚和制作較為復(fù)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(jié)構(gòu)形式。小型轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)采用上修形式。大中型轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(guān)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?jīng)_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(huì)造成嚴(yán)重的損失。因此爐體鋼板必須具有良好的物理性能、力學(xué)性能和可加工性，并在材料標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條款中給予嚴(yán)格的規(guī)定，以滿足其使用中的安全。