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[摘 要]介绍了影响矿热炉炉衬寿命的因素，重点阐述了凝固衬原理、材料及炉体冷却。
[关键词]炉衬寿命；凝固衬；矿热炉
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0110-01
前言
矿热炉炉衬是由钢板、绝热层（石棉板）、隔热层（炉渣散料）、保温层（耐火砖）和高温工作层（炭砖或镁砖）组成，其主要功能是绝热与保温。但因冶炼温度高，炉衬寿命一般为几年，而炉衬寿命的长短是影响生产指标和经济效益的重要因素。因此提高炉衬寿命，使炉衬寿命达到最大化是非常必要的。
1 炉衬寿命的影响因素
炉衬的寿命取决于许多内在因素和外在因素的影响。内在的因素包括一些明显需要思考的问题，必须给与重视，例如热膨胀、热应力问题，保证有效的热传递和选择性质适宜、类型正确的耐火材料。
影响炉衬的外在因素通常对炉衬寿命和无故障操作起更重要的作用。这些外在因素包括操作的影响，如原料类型、加料方式、工艺反应和电炉的作业率。其它对耐火材料性能起负作用的外在因素是炉衬的几何尺寸和形状、炉衬的结构和设置、冷却方式和工艺的损失机理。但是仅靠提供“正确”的耐火材料并不能保证耐火材料的寿命，对这些内在因素和外在因素的重视程度将会决定每一个耐火衬的成功和失败。“凝固衬”的基本原理是重视每一个内在和外在的因素，因此它能充分提高炉衬寿命。
2 凝固衬
2.1 “凝固”衬原理
“凝固”衬原理就是将有效的冷却与较薄的热效率和热传导性好的炭质衬相结合，使耐火材料的热表面温度远远低于铁水的凝固温度，这样使其冷表面易于使生产中产生的渣和金属凝固其上，形成一绝热层。由于有效的冷却使得渣壳下的耐火材料的热表面保持得很完整，这也有利于使耐火材料保持在较低的温度。
有效的冷却、高热效率的炉衬材料和炉渣在耐火材料表面绝热效果的有机结合，使耐火材料的温度低于工艺中所有化学反应的“临界反应温度”。这是因为影响耐火材料的化学浸蚀机理取决于温度。如果耐火材料的温度维持在低于反应的“临界”反应温度，那么化学反应就不会发生，因而只要保持有效的冷却，炭质衬的温度就会足够降低，以防止化学侵蚀的发生，这就减少了由于化学侵蚀导致的耐火材料侵蚀和损失，确保了炉衬寿命。
这样，只要保证冷却效果，耐火材料的热表面温度就会低于铁水的凝固温度，绝热的渣壳和凝固的金属在耐火材料表面形成一保护层，从而防止了热冲击带来的炉衬损失和磨损及工艺反应带来的侵蚀。
“凝固”衬原理的一个主要因素是在炉衬结构中尽量少用耐火材料，这样可减少生产工艺和冷却之间的热阻。然而，实际上耐火材料的厚度往往比最佳的厚度厚。在这种情况下就要合理地使用高传导性的炭质材料，如石墨、半石墨和碳砖，以减少炉衬热阻。这样才能保证达到较低的炉墙热表面温度，确保渣壳的形成，从而达到真正的热平衡，由此耐火材料并不随时间而逐渐被侵蚀，而保持其完整性，保证了炉衬的寿命。
另外一个对促使达到真正热平衡有积极意义的是减少整个衬期的热损失。这是由于耐火材料被侵蚀后厚度降低，热损失增大，直至最后在热流量最大处漏炉。在真正的热平衡状态下可防止炉衬的损失，热损失是可预测的并保持为一最佳的常数值。因而只要保证冷却效率和热阻为开始提供的数值，就会确保较低的耐火材料温度，并可在其热表面上形成一保护渣层。
2.2 材料
“凝固”衬原理就是将热效率高的炭质材料与侧墙水冷和炉底通风冷却相结合。这些炭质材料热阻低，并与某些耐火材料相结合，可达到良好的冷却。这样，尤其在炉底部分耐火材料可起到绝热、电绝缘和控制炉壳温度的作用。炭质材料的冷却效果使得这些耐火材料得以保存，否则将会由于高的热负荷和热冲击被侵蚀掉。这些炭质材料由不同的种类组成，它包括碳、半石墨、半石墨化碳和石墨。
2.3 炉体冷却层
凝固衬的炉底采用了多种原料，以利用每一种原料的最佳性质和特性。为达到最佳性能，炉底需要冷却，例如通风冷却，通常炉底采用带钢格排的底座。最底部的炭质材料层采用热传导率高的石墨和半石墨。这一层具有冷却装置的作用，可阻止热量的渗透，并将热量辐射到枝状或格状水冷的侧墙炉壳上，由于冷却层较高的热传导性，因而能阻止电极下部强烈集中的热量，在将热量分配到侧墙之前，使整个炉底的热负荷均衡分布。
石墨和半石墨构成的这一冷却层有助于冷却位于其上的其它耐火材料，使生产中金属的等温“凝固”的位置尽可能在炉衬的上部。
有时根据电炉直径有必要将冷却层与炉壳钢底板绝热，以控制钢板温度。然而石墨冷却层的用途是阻止向下的热流量并将其辐射到水冷的侧墙。
理想的凝固衬炉墙采用高传导性的热压碳砖和半石墨耐火材料。高传导性的热压碳砖和半石墨耐火材料促进了炉墙热表面保护层的形成，这一保护层可防止气体和熔融物质对耐火材料的侵蚀。另外，不采用捣打料层，使热量最大限度地传递到水冷的炉壳。
3 总结
“凝固”衬采用高效热传导的耐火材料结合炉体冷却，通过将炉衬热转移而使炉衬冷却并低于其本身材料的熔点。这样产生冷凝层渣，形成一层具有保护作用的渣壳，这种渣壳包裹于耐火材料的高温面上。渣壳一旦形成后，它将使耐火材料与高温隔绝，减少热损失并能保护炉衬被侵蚀或化学腐蚀以及热冲击及热应力的损坏，延长炉衬寿命并改善炉衬性能。这对提高经济效益具有积极的意义。
参考文献
[1] 杨彬，李红霞，王守业。第八届联合国际耐火材料学术会议评述。
[2] 第八届国际铁合金大会文献。
[关键词]炉衬寿命；凝固衬；矿热炉
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0110-01
前言
矿热炉炉衬是由钢板、绝热层（石棉板）、隔热层（炉渣散料）、保温层（耐火砖）和高温工作层（炭砖或镁砖）组成，其主要功能是绝热与保温。但因冶炼温度高，炉衬寿命一般为几年，而炉衬寿命的长短是影响生产指标和经济效益的重要因素。因此提高炉衬寿命，使炉衬寿命达到最大化是非常必要的。
1 炉衬寿命的影响因素
炉衬的寿命取决于许多内在因素和外在因素的影响。内在的因素包括一些明显需要思考的问题，必须给与重视，例如热膨胀、热应力问题，保证有效的热传递和选择性质适宜、类型正确的耐火材料。
影响炉衬的外在因素通常对炉衬寿命和无故障操作起更重要的作用。这些外在因素包括操作的影响，如原料类型、加料方式、工艺反应和电炉的作业率。其它对耐火材料性能起负作用的外在因素是炉衬的几何尺寸和形状、炉衬的结构和设置、冷却方式和工艺的损失机理。但是仅靠提供“正确”的耐火材料并不能保证耐火材料的寿命，对这些内在因素和外在因素的重视程度将会决定每一个耐火衬的成功和失败。“凝固衬”的基本原理是重视每一个内在和外在的因素，因此它能充分提高炉衬寿命。
2 凝固衬
2.1 “凝固”衬原理
“凝固”衬原理就是将有效的冷却与较薄的热效率和热传导性好的炭质衬相结合，使耐火材料的热表面温度远远低于铁水的凝固温度，这样使其冷表面易于使生产中产生的渣和金属凝固其上，形成一绝热层。由于有效的冷却使得渣壳下的耐火材料的热表面保持得很完整，这也有利于使耐火材料保持在较低的温度。
有效的冷却、高热效率的炉衬材料和炉渣在耐火材料表面绝热效果的有机结合，使耐火材料的温度低于工艺中所有化学反应的“临界反应温度”。这是因为影响耐火材料的化学浸蚀机理取决于温度。如果耐火材料的温度维持在低于反应的“临界”反应温度，那么化学反应就不会发生，因而只要保持有效的冷却，炭质衬的温度就会足够降低，以防止化学侵蚀的发生，这就减少了由于化学侵蚀导致的耐火材料侵蚀和损失，确保了炉衬寿命。
这样，只要保证冷却效果，耐火材料的热表面温度就会低于铁水的凝固温度，绝热的渣壳和凝固的金属在耐火材料表面形成一保护层，从而防止了热冲击带来的炉衬损失和磨损及工艺反应带来的侵蚀。
“凝固”衬原理的一个主要因素是在炉衬结构中尽量少用耐火材料，这样可减少生产工艺和冷却之间的热阻。然而，实际上耐火材料的厚度往往比最佳的厚度厚。在这种情况下就要合理地使用高传导性的炭质材料，如石墨、半石墨和碳砖，以减少炉衬热阻。这样才能保证达到较低的炉墙热表面温度，确保渣壳的形成，从而达到真正的热平衡，由此耐火材料并不随时间而逐渐被侵蚀，而保持其完整性，保证了炉衬的寿命。
另外一个对促使达到真正热平衡有积极意义的是减少整个衬期的热损失。这是由于耐火材料被侵蚀后厚度降低，热损失增大，直至最后在热流量最大处漏炉。在真正的热平衡状态下可防止炉衬的损失，热损失是可预测的并保持为一最佳的常数值。因而只要保证冷却效率和热阻为开始提供的数值，就会确保较低的耐火材料温度，并可在其热表面上形成一保护渣层。
2.2 材料
“凝固”衬原理就是将热效率高的炭质材料与侧墙水冷和炉底通风冷却相结合。这些炭质材料热阻低，并与某些耐火材料相结合，可达到良好的冷却。这样，尤其在炉底部分耐火材料可起到绝热、电绝缘和控制炉壳温度的作用。炭质材料的冷却效果使得这些耐火材料得以保存，否则将会由于高的热负荷和热冲击被侵蚀掉。这些炭质材料由不同的种类组成，它包括碳、半石墨、半石墨化碳和石墨。
2.3 炉体冷却层
凝固衬的炉底采用了多种原料，以利用每一种原料的最佳性质和特性。为达到最佳性能，炉底需要冷却，例如通风冷却，通常炉底采用带钢格排的底座。最底部的炭质材料层采用热传导率高的石墨和半石墨。这一层具有冷却装置的作用，可阻止热量的渗透，并将热量辐射到枝状或格状水冷的侧墙炉壳上，由于冷却层较高的热传导性，因而能阻止电极下部强烈集中的热量，在将热量分配到侧墙之前，使整个炉底的热负荷均衡分布。
石墨和半石墨构成的这一冷却层有助于冷却位于其上的其它耐火材料，使生产中金属的等温“凝固”的位置尽可能在炉衬的上部。
有时根据电炉直径有必要将冷却层与炉壳钢底板绝热，以控制钢板温度。然而石墨冷却层的用途是阻止向下的热流量并将其辐射到水冷的侧墙。
理想的凝固衬炉墙采用高传导性的热压碳砖和半石墨耐火材料。高传导性的热压碳砖和半石墨耐火材料促进了炉墙热表面保护层的形成，这一保护层可防止气体和熔融物质对耐火材料的侵蚀。另外，不采用捣打料层，使热量最大限度地传递到水冷的炉壳。
3 总结
“凝固”衬采用高效热传导的耐火材料结合炉体冷却，通过将炉衬热转移而使炉衬冷却并低于其本身材料的熔点。这样产生冷凝层渣，形成一层具有保护作用的渣壳，这种渣壳包裹于耐火材料的高温面上。渣壳一旦形成后，它将使耐火材料与高温隔绝，减少热损失并能保护炉衬被侵蚀或化学腐蚀以及热冲击及热应力的损坏，延长炉衬寿命并改善炉衬性能。这对提高经济效益具有积极的意义。
参考文献
[1] 杨彬，李红霞，王守业。第八届联合国际耐火材料学术会议评述。
[2] 第八届国际铁合金大会文献。