1、石灰豎爐的結(jié)構(gòu)

煉鋼廠老區(qū)的3座石灰豎爐均為直筒式，自上而下分為預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶三帶。根據(jù)各帶的功能不同，應(yīng)選用不同材質(zhì)、不同性能的耐火材料，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

2、耐火材料的選擇

預(yù)熱帶:在預(yù)熱帶，爐襯主要承受石灰石的沖擊、磨損以及由于煅燒帶上移而產(chǎn)生的較高溫度的危害。此段耐火材料的選用主要考慮耐火磚體積密度要高并且具有一定荷重軟化溫度和熱震穩(wěn)定性，一般選用耐磨性較好的致密黏土磚。

煅燒帶:在煅燒帶爐墻主要承受高溫及下降物料的磨損和上升高壓氣流的沖刷，因此此段爐襯的選擇應(yīng)主要考慮耐火度、荷重軟化溫度要高。另外，由于此段為CaCO3主要分解區(qū)域，選用的耐火磚高溫下與石灰接觸造成的化學(xué)侵蝕作用及襯磚工作時(shí)受到的機(jī)械應(yīng)力和熱崩裂造成的組織脆化，要求該帶襯磚應(yīng)有較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕能力和結(jié)構(gòu)致密性。因此一般選用中性或堿性致密耐火磚。目前，國內(nèi)主要采用高密度黏土磚、高鋁磚、鎂磚、鎂鉻磚、鎂尖晶石磚等。

冷卻帶:豎爐冷卻帶溫度較低，此部位的襯磚化學(xué)侵蝕較輕。該部位受鼓入的冷空氣作用，石灰與空氣的熱量在此處進(jìn)行交換，并承受爐襯磚的重量。因此該部位多選用高強(qiáng)度的致密黏土磚，也可采用致密高鋁磚。

1.高溫反應(yīng)

石灰是堿性氧化物，能與黏土磚、高鋁磚在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中CaO與磚中Al2O3可以產(chǎn)生不一致熔融溫度為1545℃的3CaO·Al2O3。由于原燃料帶入的雜質(zhì)中含有Fe2O3，還可以產(chǎn)生熔點(diǎn)為1415℃的4CaO·Fe2O3·Al2O3。在豎爐的高溫區(qū)域，當(dāng)局部產(chǎn)生超過1400℃高溫時(shí)，爐襯為黏土磚或高鋁磚，則此部位的襯磚就會(huì)產(chǎn)生低熔物熔化而熔融損壞。而在正常的煅燒范圍內(nèi)，由于燃料灰分(SiO2、Al2O3、Fe2O3等)與石灰石帶入的雜質(zhì)(泥沙中含有K2O、Na2O)參與，石灰與黏土磚、高鋁磚中的Al2O3化合形成以3CaO·Al2O3為基質(zhì)的四、五元礦物，其熔點(diǎn)更低。

2.窯壁效應(yīng)

混料式豎爐存在不可避免的“窯壁效應(yīng)”，而石灰煅燒是低溫(正常煅燒溫度1150℃)慢燒的操作，爐內(nèi)供風(fēng)壓力較低，可形成較大的“窯壁效應(yīng)”，使?fàn)t周圍易出現(xiàn)1400℃的高溫。大容積的石灰豎爐，當(dāng)煅燒帶上移后，爐周助燃風(fēng)可以得到很好的預(yù)熱，在煅燒帶爐壁形成1400～1500℃的高溫。當(dāng)爐襯為黏土磚或高鋁磚時(shí)，會(huì)很快損壞。

3.結(jié)瘤

黏土質(zhì)和高鋁質(zhì)爐襯易形成爐結(jié)瘤。結(jié)瘤的形成破壞了爐內(nèi)助燃?xì)怏w的正常運(yùn)行，物料下行亦不順，進(jìn)而形成偏窯，使石灰中既有生燒又有過燒，質(zhì)量較差，在豎爐操作上不得不進(jìn)行打瘤作業(yè)，作業(yè)條件很差，而且瘤塊在打落或自然脫落時(shí)會(huì)把爐襯磚拉斷，當(dāng)爐襯殘存不多時(shí)，還會(huì)發(fā)生局部爐襯磚拉脫并導(dǎo)致其上部襯磚的脫落。

4.變更磚的材質(zhì)

采用磷酸二氫鋁不燒磚作工作襯，它是磷酸鋁結(jié)合高鋁質(zhì)耐磨磚。由于磷酸二氫鋁是氫氧化鋁與磷酸制得的一代磷酸鋁，具有較強(qiáng)的凝膠性。同時(shí)，由于磷酸二氫鋁本身是磷酸鋁與高鋁質(zhì)耐火材料作用的結(jié)果，這種材料在高溫環(huán)境下(1300～1500℃)，一般含有較多的玻璃相，特別是當(dāng)材料中含有SiO2較多時(shí)，隨著SiO2含量的提高，玻璃相含量的提高就更顯著。由于存在上述有利于固相與液相燒結(jié)的因素，這種材料的氣孔率比普通燒成磚低，表面不易潤(rùn)濕，熔渣不易滲入其內(nèi)，故一般皆具有較高的抗渣性。其常溫強(qiáng)度和彈性模量都較高，耐磨性能也較好。

5.鎂磚的性能分析

鎂磚耐火度雖然較高，但由于其基質(zhì)組合成分主要是CMS-M2S系統(tǒng)，故其荷重軟化溫度不高(1500℃左右)。焦炭燃燒點(diǎn)呈點(diǎn)狀分布，局部燃燒溫度很高(與風(fēng)速與焦炭粒度有關(guān))，很可能達(dá)到或接近鎂磚的荷重軟化溫度，造成襯磚軟化，影響襯磚的使用壽命。同時(shí)鎂磚熱震穩(wěn)定性較差(2～3次)，在料位部位(上爐門下0.7m)受到料位上下波動(dòng)、停送助燃風(fēng)的影響，溫度變化較大，不利于鎂磚的工作。

石灰豎爐爐襯的設(shè)計(jì)以保溫性能好，蓄熱量大為原則。爐墻厚度為600～850mm，小容積取下限，大容積取上限。爐墻厚度不足，保溫性能差，熱散失高，能耗就高。

爐襯的砌筑以各環(huán)分開，因?yàn)楦鲗右r磚材質(zhì)不一樣，承受的工作溫度不一樣，產(chǎn)生的熱膨脹不一樣，各環(huán)分開砌筑，各環(huán)的熱膨脹不受制約。

以前石灰豎爐爐墻結(jié)構(gòu)自爐殼依次為25mm耐火纖維氈或水渣，115mm輕質(zhì)黏土磚，230mm輕質(zhì)黏土磚，230mm厚楔形三級(jí)高鋁磚，230mm直形三級(jí)高鋁磚。采用耐火泥漿濕法砌筑。爐襯設(shè)計(jì)壽命為3～4年，但在兩年半后，由于上爐門部位襯磚損壞嚴(yán)重，不能支撐上部爐襯，造成大面積脫落。同時(shí)煅燒部位侵蝕嚴(yán)重，殘面結(jié)構(gòu)疏松。

在170m3豎爐大修時(shí)，爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為自爐殼依次為115mm輕質(zhì)黏土磚，230mm輕質(zhì)黏土磚，230mm厚楔形磷酸二氫鋁不燒磚，230mm直形磷酸二氫鋁不燒磚。間隔縫隙為3mm，砌筑方式如下。

1)濕法砌筑，磷酸二氫鋁不燒磚用成品磷酸膠泥。

2)輕質(zhì)黏土磚用耐火泥，耐火泥需配水玻璃時(shí)，水玻璃用量為10%。

3)環(huán)與環(huán)，層與層之間均錯(cuò)縫砌筑，間隙用同材質(zhì)泥漿填充。

1)磷酸二氫鋁不燒磚熱震穩(wěn)定性好，并具有一定的抗堿性和高耐磨性，用于170m3豎爐壽命可達(dá)5年以上，現(xiàn)已推廣應(yīng)用于兩座150m3石灰豎爐。

2)加厚爐墻，提高了豎爐的保溫效果，同時(shí)豎爐利用系數(shù)由原來的0.8t·(m3·d)-1提高到1.0t·(m3·d)-1，焦比(干基)仍為7.3%～7.6%。

3)節(jié)約了大修費(fèi)用。高鋁磚價(jià)格約為1780元·t-1，磷酸二氫鋁不燒磚價(jià)格約為1000元·t-1，大修一座石灰豎爐可節(jié)省約210000元。