1、石灰竖炉的结构

炼钢厂老区的3座石灰竖炉均为直筒式，自上而下分为预热带、煅烧带、冷却带三带。根据各带的功能不同，应选用不同材质、不同性能的耐火材料，以获得最佳的经济效益。

2、耐火材料的选择

预热带:在预热带，炉衬主要承受石灰石的冲击、磨损以及由于煅烧带上移而产生的较高温度的危害。此段耐火材料的选用主要考虑耐火砖体积密度要高并且具有一定荷重软化温度和热震稳定性，一般选用耐磨性较好的致密黏土砖。

煅烧带:在煅烧带炉墙主要承受高温及下降物料的磨损和上升高压气流的冲刷，因此此段炉衬的选择应主要考虑耐火度、荷重软化温度要高。另外，由于此段为CaCO3主要分解区域，选用的耐火砖高温下与石灰接触造成的化学侵蚀作用及衬砖工作时受到的机械应力和热崩裂造成的组织脆化，要求该带衬砖应有较强的抗化学侵蚀能力和结构致密性。因此一般选用中性或碱性致密耐火砖。目前，国内主要采用高密度黏土砖、高铝砖、镁砖、镁铬砖、镁尖晶石砖等。

冷却带:竖炉冷却带温度较低，此部位的衬砖化学侵蚀较轻。该部位受鼓入的冷空气作用，石灰与空气的热量在此处进行交换，并承受炉衬砖的重量。因此该部位多选用高强度的致密黏土砖，也可采用致密高铝砖。

1.高温反应

石灰是碱性氧化物，能与黏土砖、高铝砖在高温下发生化学反应，其中CaO与砖中Al2O3可以产生不一致熔融温度为1545℃的3CaO·Al2O3。由于原燃料带入的杂质中含有Fe2O3，还可以产生熔点为1415℃的4CaO·Fe2O3·Al2O3。在竖炉的高温区域，当局部产生超过1400℃高温时，炉衬为黏土砖或高铝砖，则此部位的衬砖就会产生低熔物熔化而熔融损坏。而在正常的煅烧范围内，由于燃料灰分(SiO2、Al2O3、Fe2O3等)与石灰石带入的杂质(泥沙中含有K2O、Na2O)参与，石灰与黏土砖、高铝砖中的Al2O3化合形成以3CaO·Al2O3为基质的四、五元矿物，其熔点更低。

2.窑壁效应

混料式竖炉存在不可避免的“窑壁效应”，而石灰煅烧是低温(正常煅烧温度1150℃)慢烧的操作，炉内供风压力较低，可形成较大的“窑壁效应”，使炉周围易出现1400℃的高温。大容积的石灰竖炉，当煅烧带上移后，炉周助燃风可以得到很好的预热，在煅烧带炉壁形成1400～1500℃的高温。当炉衬为黏土砖或高铝砖时，会很快损坏。

3.结瘤

黏土质和高铝质炉衬易形成炉结瘤。结瘤的形成破坏了炉内助燃气体的正常运行，物料下行亦不顺，进而形成偏窑，使石灰中既有生烧又有过烧，质量较差，在竖炉操作上不得不进行打瘤作业，作业条件很差，而且瘤块在打落或自然脱落时会把炉衬砖拉断，当炉衬残存不多时，还会发生局部炉衬砖拉脱并导致其上部衬砖的脱落。

4.变更砖的材质

采用磷酸二氢铝不烧砖作工作衬，它是磷酸铝结合高铝质耐磨砖。由于磷酸二氢铝是氢氧化铝与磷酸制得的一代磷酸铝，具有较强的凝胶性。同时，由于磷酸二氢铝本身是磷酸铝与高铝质耐火材料作用的结果，这种材料在高温环境下(1300～1500℃)，一般含有较多的玻璃相，特别是当材料中含有SiO2较多时，随着SiO2含量的提高，玻璃相含量的提高就更显著。由于存在上述有利于固相与液相烧结的因素，这种材料的气孔率比普通烧成砖低，表面不易润湿，熔渣不易渗入其内，故一般皆具有较高的抗渣性。其常温强度和弹性模量都较高，耐磨性能也较好。

5.镁砖的性能分析

镁砖耐火度虽然较高，但由于其基质组合成分主要是CMS-M2S系统，故其荷重软化温度不高(1500℃左右)。焦炭燃烧点呈点状分布，局部燃烧温度很高(与风速与焦炭粒度有关)，很可能达到或接近镁砖的荷重软化温度，造成衬砖软化，影响衬砖的使用寿命。同时镁砖热震稳定性较差(2～3次)，在料位部位(上炉门下0.7m)受到料位上下波动、停送助燃风的影响，温度变化较大，不利于镁砖的工作。

石灰竖炉炉衬的设计以保温性能好，蓄热量大为原则。炉墙厚度为600～850mm，小容积取下限，大容积取上限。炉墙厚度不足，保温性能差，热散失高，能耗就高。

炉衬的砌筑以各环分开，因为各层衬砖材质不一样，承受的工作温度不一样，产生的热膨胀不一样，各环分开砌筑，各环的热膨胀不受制约。

以前石灰竖炉炉墙结构自炉壳依次为25mm耐火纤维毡或水渣，115mm轻质黏土砖，230mm轻质黏土砖，230mm厚楔形三级高铝砖，230mm直形三级高铝砖。采用耐火泥浆湿法砌筑。炉衬设计寿命为3～4年，但在两年半后，由于上炉门部位衬砖损坏严重，不能支撑上部炉衬，造成大面积脱落。同时煅烧部位侵蚀严重，残面结构疏松。

在170m3竖炉大修时，炉衬结构设计为自炉壳依次为115mm轻质黏土砖，230mm轻质黏土砖，230mm厚楔形磷酸二氢铝不烧砖，230mm直形磷酸二氢铝不烧砖。间隔缝隙为3mm，砌筑方式如下。

1)湿法砌筑，磷酸二氢铝不烧砖用成品磷酸胶泥。

2)轻质黏土砖用耐火泥，耐火泥需配水玻璃时，水玻璃用量为10%。

3)环与环，层与层之间均错缝砌筑，间隙用同材质泥浆填充。

1)磷酸二氢铝不烧砖热震稳定性好，并具有一定的抗碱性和高耐磨性，用于170m3竖炉寿命可达5年以上，现已推广应用于两座150m3石灰竖炉。

2)加厚炉墙，提高了竖炉的保温效果，同时竖炉利用系数由原来的0.8t·(m3·d)-1提高到1.0t·(m3·d)-1，焦比(干基)仍为7.3%～7.6%。

3)节约了大修费用。高铝砖价格约为1780元·t-1，磷酸二氢铝不烧砖价格约为1000元·t-1，大修一座石灰竖炉可节省约210000元。