炉体

炉体炉壳

炉壳是立式退火炉重要设备之一，也是隔绝炉内气氛与外界气氛的主要屏障，使带钢在相对独立的环境中实现热处理功能。炉壳是耐火材料的主要载体，包括炉底的轻质隔热砖，侧墙及顶部的陶瓷纤维，还有实现耐火材料固定的锚固钉及保护板都是炉壳的主要组成部分。炉壳也是全部炉体设备的支撑架，包括炉辊、辐射管、燃气系统、冷却系统、保护气体系统、温度控制系统、纠偏系统、摄像头等都是固定安装在炉壳上。在冷却段，炉壳与风箱还可设计为一体，实现炉壳风箱一体化，简化了设备结构，实现了两种功能。其炉壳结构布置见右图1。

（1）辊室区域炉壳。辊室区域的炉壳位于炉子的顶部和底部，炉壳上安装的附件较多，如辊盖、顶盖、检查孔、板温计孔等设备，对于辊室炉壳的制作和安装形式，目前有两种方式：第一种是单片式结构，就是将顶部炉壳以片状结构制作，并在现场进行拼装。这种单片式结构有利于批量运输，但是给现场的安装留下了很大的工作量；第二种是箱式结构，就是将单片制作的侧板、顶板进行预组装，形成一个箱式整体，内部的锚固钉可预先焊接，并可对部分相关的安装尺寸进行校核修正，这样就减少了现场的施工量和校正工作。但是箱体结构成型后体积较大，不利于运输。

（2）辐射管区域炉壳。辐射管区域炉壳位于炉子传动侧和操作侧，立面安装，壳体上主要有辐射管的安装法兰，以及取样孔、热电偶孔等辅助装置。对于侧板的制作和安装，一般采用单片式制作和安装，非常有利于批量运输。

（3）顶板和底板。顶板位于炉子顶部，水平安装，以炉子侧板为支撑。壳体上主要有顶盖安装法兰、检查孔（穿带孔）、排气管道、板温控制仪孔等设备。

底板位于炉子的底部，水平铺设在炉子的钢结构上，以加热段中部作为固定端可向两端进行自由滑动，炉底板设计有底盖的安装法兰。

（4）炉子顶盖。炉子顶盖位于炉子顶部，是异常情况下人员对设备进行处理的进出口，或者是定期对炉内设备进行检查的进出口。顶盖设计有较厚的钢制法兰，可采用平面高温硅胶密封或法兰止口高温硅胶密封，在与炉内高温气体接触的一侧，安装有具备隔热性的隔热陶瓷纤维，并用锚固钉和保护板进行固定。

（5）炉子底盖。炉子底盖位于炉子底部，是异常情况下检修人员对设备进行处理的进出口，或者是检修人员定期对炉内设备进行检查和清理的进出口。底盖由较厚的钢制结构支撑，采用止口高温硅胶密封，在与炉内高温气体接触的一侧进行安装。采用具备隔热性能的隔热砖砌筑，并用锚固钉和保护板进行固定。

（6）炉子辊盖。炉子辊盖位于炉子两侧的炉辊区域，用于炉辊的拆装，辊盖一般由较厚的钢板制成，采用平面高温硅胶密封，与炉内高温气体接触的一侧，安装有具备隔热性能的隔热陶瓷纤维，并用锚固钉和保护板进行固定。

炉体耐火材料及保护板

在退火炉炉内，由于带钢退火工艺的需要，加热炉炉内温度高达900℃以上，而炉外温度只有20-30℃，与室温相比温度差将近900℃，所以通过选择合适的耐火材料及相应的耐火材料厚度，就能保证炉内温度的稳定，降低热能损失，减少温度对外部设备的影响。目前在立式炉内一般采用两种类型的耐火材料：一种是含有氧化铝的陶瓷纤维，另一种是轻质隔热砖。

（1）陶瓷纤维。常用的陶瓷纤维密度为96kg/m³或128kg/m³，其质量较小，在立面施工中基本不受高度的影响，对炉壳及钢结构的承重影响也较小，可明显降低炉子的总体重量。其绝热性能也好，可减少炉内温度对外的热能损失。另外，低热容量也可以提高炉内温度控制响应的及时性。较好的稳定性，可使陶瓷纤维在长寿命下性能恒定。由于陶瓷纤维易加工和成型，所以使其制造和施工也容易，方便。目前主要用于炉侧墙、炉顶、炉顶盖、辊盖等设备的隔热保温。但是其纤维结构的特殊性使之不耐压也不耐碰撞，故无法抵御炉内的强气流冲刷，使用时必须加以保护。

（2）轻质隔热砖。轻质隔热砖有较低的热导率，可有效地减少炉子的热能损失，较低热容可以提高炉内温度控制响应的及时性。轻质隔热砖较陶瓷纤维的密度大，使之具有一定的耐压耐冲击性，标准的尺寸易于施工和砌筑。例如常用的TJM23，使用温度为1260℃，密度约为500kg/m³，而TJM26，使用温度为1425℃，其容重可达到800kg/m³，主要用于炉底结构及底盖的隔热。炉子底部耐火材料结构见下图2。

（3）不锈钢保护板及锚固钉。不锈钢保护板是对耐火材料进行保护、防止气体对陶瓷纤维冲刷的屏障，也可减少人或其他物体对耐火材料的冲击。因增加了其抗冲刷性，就减少了耐火材料散落、扩散、附着在设备或带钢上的机会，由此提高了带钢的表面质量。根据不同的使用温度其不锈钢材质有所不同，在低温区一般选用AISI304或AISI410材质的不锈钢板，在高温区则选用AISI309或AISI310材质的不锈钢板，通常不锈钢板使用厚度在0.8- 1mm之间，通过焊接在炉壳上数以万计的锚固钉进行固定，将其铺设在陶瓷纤维及轻质隔热砖表面，可防止带钢跑偏对耐火材料的刮擦，减少保护气体对陶瓷纤维的冲刷，增强陶瓷纤维的抗压性。

炉体炉体钢结构

炉体钢结构提供炉子的全部支撑，并且要满足退火炉与支撑机构间的膨胀要求，提供维修与操作的通道（包括通往合金化炉的多层通道）。

退火炉钢结构主要包括支撑结构、平台、梯子及栏杆等。退火炉钢结构由结构钢经高强螺栓联结和焊接而成。在退火炉的传动侧有活动平台，以方便厂房吊车拆装炉辊和辐射管。平台均为自立式，平台不与炉壳连接。退火炉钢结构也要满足预热段循环通道和快冷段循环通道布置的要求。炉子底盖将考虑放置在传动侧的第二层平台下。炉体钢结构见右图3。

在电炉内，由于电弧放出的高温使炉料熔化和进行还原反应而生成合金。炉体内由炉衬构成圆桶形炉膛，三相电极呈正三角形垂直布置在炉膛上部。电极下部是主要反应区，电能通过电弧和电阻转化为热能。炉膛直径、深度、电极与炉膛的相对位置等几何尺寸对炉内电流分布和温度分布影响很大。由于反应温度高达2000℃以上，炉体的容积一般大于反应的空间，使反应区与炉衬之间留存一层炉料，用以保护炉衬。

炉体由炉壳、炉衬和出铁口等组成。炉壳大部分为圆桶形或倒锥形，用16～25mm厚的锅炉钢板焊接制成，并装设水平加固圈和横竖加强筋加固。出铁口流槽用钢板焊接或铸钢制成。

炉体采用炭砖砌筑的炉衬，要求在炉壳的焊接接口处必须焊上薄钢板以密封接缝，以防止炉壳受热后接缝松开，漏入空气而使炭砖氧化。炉壳的底面是水平的，固定式炉子的炉体浮放在间隔布置的工字钢梁上，这样在受热时，炉壳和工字钢梁都能自由膨胀而不互相影响。工字钢梁之间形成炉底的空气通道，有利于炉底冷却。

矿热炉内部的高温热腐蚀、机械冲刷和化学侵蚀的作用，以致采用任何的耐火材料都无法避免炉衬的损毁。高功率密度和熔池高搅拌强度是强化多渣矿热炉的主要措施，而这又使炉衬工作条件更加接近或超过了耐火材料所能承受的性能范围，单纯靠材料材质的改进已难以适应工艺发展的需求。近年来，冶金行业对炉衬的研究，已从单纯追求材料材质转向从结构上采取强冷措施来延长炉衬的寿命。人们充分认识了炉衬传热和绝热的作用，平衡了热量损失和炉衬损耗的得失，开始重视对炉衬的冷却作用。

传统的炉膛设计，往往为了提高电炉的热效率而增加炉衬和绝热层厚度。但是实际上由于炉膛内部的热平衡，炉墙和炉底局部温度过高，所增加的炉衬最终还是消耗掉，并不能起到防护作用。而采用增大炉壳直径的措施，除了导致增加炉衬费用还会加大炉眼至炉内高温熔体的距离，也给出炉造成困难。实践已证明，增加炉衬材料的导热性是延长炉衬寿命的最有效措施。尽管这种设计将有很多的热量通过炉衬损失，电炉的热效率因此有所降低，但导热性能好的炉衬对产品单位电耗并无大的影响。

这一新理念的炉衬设计，已在熔炼电炉上得到应用。它的基本原理是：无论温度多么高和化学侵蚀多么强的熔体，都会在一定的冷却强度下转变成为侵蚀作用极小的固态；凝固的金属和炉渣所形成的假炉衬则对高温熔体起着良好的防护作用。其关键技术是冷却强度、冷却元件和冷却介质的选择，以及冷却元件、耐矿热炉的机械设备火材料与熔体三者之间界面的设计。新理念的技术特征是：减薄炉壁，强化冷却，降低炉壁温度；挂渣炉壁，稳定合理渣皮，减少热损失。

转炉炉体发生故障，常见为耐火材料烧穿或掉砖，致使炉壳发红或烧漏，炉长立即将风眼区转出熔体面，执行停风操作。

（1）炉壳表面局部发红

①风眼区、端墙部位发红，立即在表面喷水或通风散热，待出炉后做进一步处理。

②炉口部位发红，加大石英石、冷料投入量，借助熔体喷溅，自行挂渣。

（2）局部洞穿

①在风眼区位置，可将炉子转出液面，用石棉绳和镁泥堵塞，继续吹炼，出炉后从炉内用镁泥填补或倒炉处理。

②在炉身或端墙位置，立即倾转将熔体倒人钢包或直接排放到安全坑中，必须停炉检修。

③在炉口位置，加大石英石、冷料投入量，控制送风量，使烧漏部位自行挂渣。

④大面积发黑、发红或洞穿立即倾转炉体，将熔体倒人钢包或直接倒入安全坑中，进行停炉检修。2100433B

炉壳主要由炉底、炉身、炉帽、炉口、出钢口等部分组成。由于炉壳尺寸太大，如果在制造厂进行整体制造时，无法将其发运到用户。为此多数制造厂均采用沿炉体垂直中心线将炉体剖分开，在制造厂进行分瓣加工制造后，到安装现场再组焊成型。

炉壳分瓣原则是保证炉壳各部件从铁路发运到用户，且不影响产品质量，力争分瓣数量最少。

炉体机械加工制造难点就是保证炉壳现场组焊时，能够按照图纸要求顺利将炉壳组装成一体，并保证组焊后炉帽上120°均布的三个球铰螺栓吊挂孔的精度要求。

根据制造工艺及运输方便，将炉体分为4段，分别为：炉帽1段，炉身2段，炉底1段，每段又分为2瓣，共8瓣。

转炉炉体包括炉壳和炉壳内的耐火材料炉衬，炉壳用钢板焊成。炉衬包括工作层、永久层及填充层三部分。

工作层由于直接与炉内液体金属、炉渣和炉体接触，易受侵蚀，普遍采用焦油白云石质或焦油镁砂质大砖砌筑炉衬。为提高炉衬寿命，已广泛使用镁质白云石为原料的烧成油浸砖，另外根据炉子各部位的工作条件和破损性质的不同，采用不同材质和厚度的砖组合砌筑。对侵蚀最严重的部位，如装料侧、渣线区、炉底等部位，使用具有耐火度高、高温强度大、抗炉渣侵蚀能力强等性能的优质耐火材料，我国大中型转炉采用镁碳砖。

填充层介于工作层与永久层之间，一般用焦油镁砂或焦油白云石料捣打而成。此层的作用是减轻炉衬膨胀时对炉壳的挤压，而且也便于拆除工作层残砖，避免损坏永久层。

永久层紧贴着炉壳钢板，其作用是保护炉壳。修炉时一般不拆除炉衬永久层。永久层通常是用一层镁砖或高铝砖侧砌而成。

炉壳由炉帽、炉身、炉底三部分组成。各部分用钢板加工成型后焊接和用销钉连接成整体。

（1）炉帽

炉帽通常做成截锥形，这样可以减少吹炼时的喷溅损失以及热量的损失，并有利于引导炉气排出。炉帽顶部为圆形炉口，用来加料，插入吹氧管，排出炉气和倒渣。为了防止炉口在高温下工作时变形和便于清除粘渣，普遍采用通入循环水强制冷却的水冷炉口。水冷炉口有水箱式和埋管式两种结构。

水箱式水冷炉口是用钢板焊成的，在水箱内焊有若干块隔板，使进入水箱的冷却水形成蛇形回路，隔板同时起筋板作用，增加水冷炉口的刚度。这种结构的冷却强度大，并且容易制造，但比铸铁埋管式容易烧穿。埋管式水冷炉口是把通冷却水的蛇形钢管埋铸于铸铁内。这种结构冷却效果稍逊于水箱式，但安全性和寿命比水箱式炉口高，故应用十分广泛。

炉帽通常还焊有环形伞状挡渣板（裙板），用于防止喷溅物烧损炉体及其支撑装置。

水冷炉口可用楔和销钉与螺帽连接，由于炉渣的黏结，更换炉口时往往需使用火焰切割，因此我国中、小型转炉多采用卡板焊接的方法，将炉口固定在炉帽上。

（2）炉身

炉身是整个炉子的承载部分，一般为圆柱形。在炉帽和炉身耐火砖交界处设有出钢口，设计时应考虑使堵出钢口方便，保证炉内钢水倒尽和出钢时钢流应对盛钢桶内的铁合金有一定的冲击搅拌能力，且便于维修和更换。

（3）炉底

炉底有截锥形和球形两种。截锥形炉底制造和砌砖都较为方便，但其强度比球形低，故在我国用于50t以下的中、小转炉。球形炉底虽然砌砖和制作较为复杂，但球形壳体受载情况较好，多用于120t以上的炉子。

炉帽、炉身和炉底三部分的连接方式因修炉方式不同而异。有“死炉帽，活炉图底”、“活炉帽，死炉底”等结构形式。小型转炉的炉帽和炉身为可拆卸式（如图2a），用楔形销钉连接。用这种结构采用上修形式。大中型转炉炉帽和炉身是焊死的，而炉底和炉身是采用可拆卸式的（如图2b），这种结构适用于下修法，炉底和炉身多采用吊架，T字形销钉和斜楔连接。

炉体钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一，主要是指用来制造锅炉中的锅壳、锅筒、集箱端盖、支吊架等重要部件用的热轧专用碳素钢和低合金耐热钢中厚钢板材料。炉体钢板常常处于中、高温和高压状态下工作，除承受较高温度和压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气的腐蚀，工作条件较差。如果锅炉在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重的损失。因此炉体钢板必须具有良好的物理性能、力学性能和可加工性，并在材料标准的技术条款中给予严格的规定，以满足其使用中的安全。