本实用新型公开了一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，包括炉衬底和设于炉衬底上的炉衬墙，所述炉衬墙包括从下至上依次设置的第一热压炭砖层、高铝砖层、粘土砖层以及高铝浇筑料层，所述第一热压炭砖层的内侧设有高铝砖内衬，所述第一热压炭砖层中热压炭砖的尺寸为长200‑500mm、宽150‑250mm、高50‑150mm。本申请中，通过对第一热压炭砖层处热压炭砖的尺寸特别设计，以减小热压炭砖间的间隙，并配合岩棉缓冲层对热胀冷缩的缓冲作用以及石墨瓦外衬对第一热压炭砖层的热量及时传递，避免了受热不均进而由热胀冷缩造成环

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 213747885 U (45)授权公告日 2021.07.20 (21)申请号 8.9 (22)申请日 2020.12.15 (73)专利权人 河南远洋新材料技术有限公司 地址 450000 河南省郑州市巩义市河洛镇 神北村 (72)发明人 白吉康孟轲白林果张利军 王全喜白吉华任益凡 (74)专利代理机构 成都市鼎宏恒业知识产权代 理事务所(特殊普通合伙) 51248 代理人 罗超 (51)Int.Cl. F27D 1/06 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (54)实用新型名称 一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬 (57)摘要 本实用新型公开了一种大中型矿热炉炭质 冷凝炉衬，包括炉衬底和设于炉衬底上的炉衬 墙，所述炉衬墙包括从下至上依次设置的第一热 压炭砖层、高铝砖层、粘土砖层以及高铝浇筑料 层，所述第一热压炭砖层的内侧设有高铝砖内 衬，所述第一热压炭砖层中热压炭砖的尺寸为长 200‑500mm、宽150‑250mm、高50‑150mm。本申请 中，通过对第一热压炭砖层处热压炭砖的尺寸特 别设计，以减小热压炭砖间的间隙，并配合岩棉 缓冲层对热胀冷缩的缓冲作用以及石墨瓦外衬 对第一热压炭砖层的热量及时传递，避免了受热 不均进而由热胀冷缩造成环裂的问题，进而避免 U 了环裂导致的停产、增加维护成本的问题，提高 5 了炉体的常规使用的寿命。 8 8 7 4 7 3 1 2 N C CN 213747885 U 权利要求书 1/1页 1.一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：包括炉衬底和设于炉衬底上的炉衬 墙，所述炉衬墙包括从下至上依次设置的第一热压炭砖层、高铝砖层、粘土砖层以及高铝浇 筑料层，所述第一热压炭砖层的内侧设有高铝砖内衬，所述第一热压炭砖层中热压炭砖的 尺寸为长200‑500mm、宽150‑250mm、高50‑150mm。 2.依据权利要求1所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述高铝浇筑料层 与所述粘土砖层之间设有岩棉缓冲层，所述岩棉缓冲层的厚度为8‑12mm。 3.依据权利要求2所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述高铝浇筑料层 与所述岩棉缓冲层之间设有用于对所述高铝浇筑料层起支撑固定作用的法兰，所述法兰上 设有延伸至所述高铝浇筑料层内以对所述高铝浇筑料层起支撑固定作用的法兰上锚固件， 所述高铝浇筑料层内还设有对高铝浇筑料层起支撑固定作用的炉壳上锚固件。 4.依据权利要求1所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述炉衬底包括依 次设于所述第一热压炭砖层底部的第一微孔炭砖层和第二微孔炭砖层、半石墨砖层和高铝 砖衬底层。 5.依据权利要求4所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述第一热压炭砖 层的外侧设有高导热性的石墨瓦外衬，所述石墨瓦外衬向下延伸至所述第一微孔炭砖层和 第二微孔炭砖层、半石墨砖层和高铝砖衬底层的外侧。 6.依据权利要求5所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述第一微孔炭砖 层与所述石墨瓦外衬之间设有由内致外分布的第一高导热炭质膨胀捣打料层和第二热压 炭砖层。 7.依据权利要求5所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述第二微孔炭砖 层、半石墨砖层和高铝砖衬底层均与所述石墨瓦外衬之间设有第二高导热炭质膨胀捣打料 层。 8.依据权利要求4所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述炉衬底还包括 位于所述第一微孔炭砖层上的炭质捣打料层和死铁层。 9.依据权利要求1所述的大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，其特征是：所述第一热压炭砖 层内设有铁口砖，所述铁口砖的一端向外延伸凸出于所述第一热压炭砖层外，所述铁口砖 内设有一内置高铝砖，所述高铝砖内衬、铁口砖和内置高铝砖内设有导通的出铁口通道。 2 2 CN 213747885 U 说明书 1/4页 一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬 技术领域 [0001] 本实用新型属于矿热炉技术领域，具体涉及一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬。 背景技术 [0002] 矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉。它大多数都用在还原冶炼矿石、炭质还原剂及溶剂 等原料。主要生产硅铁、锰铁、铬铁、钨铁和硅锰合金等铁合金，是冶金工业中重要工业原料 及电石等化工原料的生成设备。其工作特点是采用炭质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培 电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料，因炉料的电阻而产生 能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。 [0003] 其中，炉衬包括保温炉衬和冷凝炉衬，保温炉衬使用导热性差的粘土砖或高铝砖 保温，维持炭砖熔炼区的高温。无渣法冶炼的铁合金产品如硅铁、金属硅等大都使用保温炉 衬。冷凝炉衬中，炉墙使用导热性能好的耐火材料，将炉内热量向炉壳传递，以帮助炉墙内 形成凝固炉渣的假炉衬，即冷凝炉衬。保温炉衬的炉底和炉墙厚度大于冷凝炉衬，使用炭质 捣打料的保温炉衬其炉底和炉墙厚度又增加约500mm厚，这不仅增加了砌筑成本，延长了砌 筑时间，企图用增加炉衬厚度来延长有渣法冶炼的电炉炉衬寿命成效甚微。特别是电炉容 量大幅度增容的形势下，30MVA以上大容量的埋弧电炉如高碳铬铁、高碳锰铁、硅锰合金、镍 铁冶炼电炉已经逐渐淘汰了保温炉衬。 [0004] 现有冷凝炉衬中，其炉衬墙采用大块的炭砖砌筑而成，砖与砖之间间隙较大，间隙 内的粘结剂易被铁水等侵蚀，进而导致炭砖内的炭颗粒被溶蚀，破坏炭砖组织致密性，降低 了炭砖的强度，影响了炉衬的常规使用的寿命，同时，大块炭砖以及较大的间隙也导致传热不均 匀，易受热胀冷缩的影响导致产生环裂，进而影响生产，增加维护成本，进一步减少矿热炉 的常规使用的寿命。 实用新型内容 [0005] 未解决以上问题，本实用新型提供一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬。 [0006] 本实用新型所采用的技术方案为：一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，包括炉衬底 和设于炉衬底上的炉衬墙，所述炉衬墙包括从下至上依次设置的第一热压炭砖层、高铝砖 层、粘土砖层以及高铝浇筑料层，所述第一热压炭砖层的内侧设有高铝砖内衬，所述第一热 压炭砖层中热压炭砖的尺寸为长200‑500mm、宽150‑250mm、高50‑150mm。 [0007] 作为一种可选的技术方案，所述高铝浇筑料层与所述粘土砖层之间设有岩棉缓冲 层，所述岩棉缓冲层的厚度为8‑12mm。 [0008] 作为一种可选的技术方案，所述高铝浇筑料层与所述岩棉缓冲层之间设有用于对 所述高铝浇筑料层起支撑固定作用的法兰，所述法兰上设有延伸至所述高铝浇筑料层内以 对所述高铝浇筑料层起支撑固定作用的法兰上锚固件，所述高铝浇筑料层内还设有对高铝 浇筑料层起支撑固定作用的炉壳上锚固件。 [0009] 作为一种可选的技术方案，所述炉衬底包括依次设于所述第一热压炭砖层底部的 3 3 CN 213747885 U 说明书 2/4页 第一微孔炭砖层和第二微孔炭砖层、半石墨砖层和高铝砖衬底层。 [0010] 作为一种可选的技术方案，所述第一热压炭砖层的外侧设有高导热性的石墨瓦外 衬，所述石墨瓦外衬向下延伸至所述第一微孔炭砖层和第二微孔炭砖层、半石墨砖层和高 铝砖衬底层的外侧。 [0011] 作为一种可选的技术方案，所述第一微孔炭砖层与所述石墨瓦外衬之间设有由内 致外分布的第一高导热炭质膨胀捣打料层和第二热压炭砖层。 [0012] 作为一种可选的技术方案，所述第二微孔炭砖层、半石墨砖层和高铝砖衬底层均 与所述石墨瓦外衬之间设有第二高导热炭质膨胀捣打料层。 [0013] 作为一种可选的技术方案，所述炉衬底还包括位于所述第一微孔炭砖层上的炭质 捣打料层和死铁层。 [0014] 作为一种可选的技术方案，所述第一热压炭砖层内设有铁口砖，所述铁口砖的一 端向外延伸凸出于所述第一热压炭砖层外，所述铁口砖内设有一内置高铝砖，所述高铝砖 内衬、铁口砖和内置高铝砖内设有导通的出铁口通道。 [0015] 本实用新型的有益效果为：本申请中，通过对第一热压炭砖层处热压炭砖的尺寸 特别设计，以减小热压炭砖间的间隙，并配合岩棉缓冲层对热胀冷缩的缓冲作用以及石墨 瓦外衬对第一热压炭砖层的热量及时传递，避免了受热不均进而由热胀冷缩造成环裂的问 题，进而避免了环裂导致的停产、增加维护成本的问题，提高了炉体的常规使用的寿命。 附图说明 [0016] 图1为大中型矿热炉炭质冷凝炉衬的结构示意图。 [0017] 图2是图1中a区域放大示意图。 具体实施方式 [0018] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和 示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附 图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围， 而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范 围。 [0019] 下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。 [0020] 实施例： [0021] 如图1和图2所示，一种大中型矿热炉炭质冷凝炉衬，包括炉衬底和设于炉衬底上 的炉衬墙，所述炉衬墙包括从下至上依次设置的第一热压炭砖层1、高铝砖层2、粘土砖层3 以及高铝浇筑料层4，所述第一热压炭砖层1的内侧设有高铝砖内衬5，所述第一热压炭砖层 1中热压炭砖的尺寸为长200‑500mm、宽150‑250mm、高50‑150mm。传统矿热炉的冷凝炉衬，第 一热压炭砖层1处采用大尺寸的热压炭砖层，一般规格为1m×400mm×400mm或是1m×600mm ×600mm，由于炉壳和炉壳内的冷凝炉衬均为环形，因而大尺寸的方形热压炭砖之间有较 4 4 CN 213747885 U 说明书 3/4页 大的间隙，该间隙由粘结料填充，由于该较大间隙的存在，导致热量在热压炭砖之间传递不 均匀，热压炭砖热胀冷缩造成环裂，为此，本申请特别设计了尺寸为长200‑500mm、宽150‑ 250mm、高50‑150mm的热压炭砖，以此构成的环形炉衬墙，间隙更小，热传递更均匀，以避免 局部高温造成环裂，同时，高铝砖内衬5形成对第一热压炭砖层1的保护。作为一种优选的实 施方式，本实施例中采用尺寸为长460mm、宽230mm、高114mm的热压炭砖。 [0022] 一个方面，传统的炭砖中，铁水沿着炭砖气孔向炭砖内部渗透，渗透的铁水溶解炭 砖中的粘结剂，进而溶蚀炭砖中的炭颗粒，破坏炭砖组织致密性，降低了炭砖的强度，渗入 到炭砖中的铁水与炭砖发生化学反应，生成了Fe C一类的脆性物质，这种物质生成以后在  x  炭砖的气孔中产生体积膨胀，使炭砖气孔脆化、破裂，在炭砖热面形成脆化层。本申请中，通 过采用更小尺寸的热压炭砖，减小砖与砖之间的间隙，以阻碍铁水的渗透侵蚀，并且，本申 3 请的热压炭砖的密度为1.72g/cm ，远高于传统炭砖，进一步延缓了铁水的渗透侵蚀。 [0023] 另一方面，热力学计算表明，当种种原因导致的热量在炭砖内不能均匀传递时，炭 砖的热面和冷面会存在比较大的温差，炭砖内部产生温差热应力较大， 诱发炭砖产生裂纹。 纯的碱金属蒸汽通过炭砖的微裂纹不断向炭砖低温区流动和扩散，如果碱金属蒸汽在进入 到炭砖微裂纹后，当温度满足800—900℃时，碱金属蒸汽会在微裂纹中液化，然后与炭砖的 硅铝质灰分发生反应，造成灰分的体积膨胀30%‑50%，加剧炭砖微裂纹扩展而形成裂纹。本 申请的热压炭砖尺寸更小以及砖与砖之间更小的间隙，有利于减小其热面和冷面的温差， 保证热量热地的均匀性和稳定能力，以减少裂纹的产生，同时，热压炭砖的高导热性，也可进 一步降低砖冷热面的温差，从而解决环裂的问题。 [0024] 作为一种可选的实施方式，所述高铝浇筑料层4与所述粘土砖层3之间设有岩棉缓 冲层6，所述岩棉缓冲层6的厚度为8‑12mm。设计岩棉缓冲层6，为炉衬墙的热胀冷缩提供空 间，逐步降低了因热胀冷缩导致环裂的风险。 [0025] 作为一种可选的实施方式，所述高铝浇筑料层4与所述岩棉缓冲层6之间设有用于 对所述高铝浇筑料层4起支撑固定作用的法兰7，所述法兰7上设有延伸至所述高铝浇筑料 层4内以对所述高铝浇筑料层4起支撑固定作用的法兰上锚固件8，所述高铝浇筑料层4内还 设有对高铝浇筑料层4起支撑固定作用的炉壳上锚固件9。设置法兰7、法兰上锚固件8和炉 壳上锚固件9，以对高铝浇筑料层4起到固定支撑的作用，增加结构的稳定性。 [0026] 作为一种可选的实施方式，所述炉衬底包括依次设于所述第一热压炭砖层1底部 的第一微孔炭砖层10和第二微孔炭砖层11、半石墨砖层12和高铝砖衬底层13。 [0027] 作为一种可选的实施方式，所述第一热压炭砖层1的外侧设有高导热性的石墨瓦 外衬14，所述石墨瓦外衬14向下延伸至所述第一微孔炭砖层10和第二微孔炭砖层11、半石 墨砖层12和高铝砖衬底层13的外侧。石墨瓦具有高导热性，可以将第一热压炭砖层1的热量 及时传递出，逐步降低第一热压炭砖层1局部高温造成环裂的风险。 [0028] 作为一种可选的实施方式，所述第一微孔炭砖层10与所述石墨瓦外衬14之间设有 由内致外分布的第一高导热炭质膨胀捣打料层15和第二热压炭砖层16。 [0029] 作为一种可选的实施方式，所述第二微孔炭砖层11、半石墨砖层12和高铝砖衬底 层13均与所述石墨瓦外衬14之间设有第二高导热炭质膨胀捣打料层17。 [0030] 作为一种可选的实施方式，所述炉衬底还包括位于所述第一微孔炭砖层10上的炭 质捣打料层18和死铁层19。 5 5 CN 213747885 U 说明书 4/4页 [0031] 作为一种可选的实施方式，所述第一热压炭砖层1内设有铁口砖20，所述铁口砖20 的一端向外延伸凸出于所述第一热压炭砖层1外，所述铁口砖20内设有一内置高铝砖21，所 述高铝砖内衬5、铁口砖20和内置高铝砖21内设有导通的出铁口通道22。 [0032] 本申请中，通过对第一热压炭砖层1处热压炭砖的尺寸特别设计，并配合岩棉缓冲 层6对热胀冷缩的缓冲作用以及石墨瓦外衬14对第一热压炭砖层1的热量及时传递，避免了 受热不均进而由热胀冷缩造成环裂的问题，进而避免了环裂导致的停产、增加维护成本的 问题，提高了炉体的常规使用的寿命。 [0033] 本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出 其他各种各样的形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要 求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围以内。 6 6 CN 213747885 U 说明书附图 1/1页 图1 图2 7 7

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