? ? ? 冶煉礦熱爐的爐襯質量是影響冶金行業生產效率及經濟效益的重要因素， 爐襯的使用壽命對礦熱爐的工作效率及成本控制有很大影響。冷搗糊是由電鍛無煙煤、石墨等作為骨料， 改質瀝青為黏結劑， 樹脂、煤焦油等作為添加劑經一定配比后混捏而成， 通常用來填充炭磚間縫隙。目前爐襯破損、飄磚的問題主要是金屬液從炭磚間縫隙逐漸灌入侵蝕而造成的， 因此用于填充炭磚間縫隙的冷搗糊的質量至關重要。目前大多數礦熱爐運行方式是密閉式連續運行， 爐襯修補時翻修的操作難度大， 需停爐、摳出爐料才能修補， 且要重新開爐， 而重開爐不僅操作困難、耗工耗時， 一次停爐的投資和損失要遠遠超過一套爐襯的制造成本。因此， 選用更理性的筑爐材料及更先進的筑爐工藝一直是眾多工作者的研究方向。

傳統碳磚筑爐工藝

? ? ? 傳統的礦熱爐爐襯砌筑均是以預焙炭磚或自焙炭磚作為高溫部分的筑爐材料， 在筑爐過程中用冷搗糊或溫搗糊填充炭磚間縫隙。冷搗糊是一種由電煅煤、石墨、改性黏結劑等混捏而成的炭 - 炭復合材料， 主要在鋁電解槽、礦熱爐、電石爐等工業礦熱爐爐襯砌筑時填充炭磚間的縫隙， 在施工過程中不需預熱即可使用。但筑爐過程對操作要求很高， 筑爐完成后需進行焙燒后才能投產使用。在焙燒過程中， 由于炭磚與填充炭磚縫隙處糊料的收縮率的差異， 每一個填充處在焙燒過程中都可能產生縫隙， 易造成炭磚飄起的狀況。且炭磚及縫隙處會通過合金滲碳及鐵水沖刷參與還原反應， 使得縫隙變大， 在出鐵口及接縫處鐵水易將爐殼燒穿， 導致被迫停爐翻修， 造成巨大的經濟損失等。此外熱搗炭糊瀝青在筑爐時， 揮發出大量的瀝青毒氣，使得筑爐條件惡劣， 在此筑爐環境下， 筑爐質量受到嚴重影響， 既不能保證筑爐質量還影響工人們的身心健康， 造成投產后諸多生產隱患。近年來部分企業在生產實踐中已逐漸意識到傳統炭磚筑爐工藝的局限， 都在進行探索新的筑爐工藝 。

1.1 預焙炭磚筑爐工藝

? ? ? ? 預焙炭磚通常以經 1 250 ℃ 煅燒后的無煙煤、石油焦、瀝青焦為骨料， 煤瀝青為黏結劑， 按一定比例混捏后擠壓成型， 制成生坯炭磚。在投入使用前， 將生坯炭磚在焙燒爐內在還原氣氛下按一定的升溫 速 度 進 行 焙 燒 ( 一 般 焙 燒 溫 度 不 會 超 過1 200 ℃ ) ， 經焙燒后形成穩定的幾何形狀， 主要用于礦熱爐、電爐等的爐襯砌筑[ 。預焙炭磚筑爐工藝是用預先焙燒后的炭磚砌筑耐火爐襯， 用電極糊或熱搗糊、冷搗糊填充炭塊間 40～50 mm 縫隙， 由于電極糊的軟化溫度高， 對溫度變化較為敏感， 使用前需預熱至 140 ℃ 左右方可施工， 且由于瀝青等有毒氣體的揮發， 施工環境較為惡劣， 常有磚縫搗打不實的現象發生。

? ? ? ? 另外， 爐襯在礦熱爐升溫時只有縫間糊發生焙燒， 縫間糊焙燒過程中吸附在預焙炭塊上， 又因為縫間糊和預焙炭磚的收縮率差異， 所以預焙炭磚縫間強度是最低的， 也是爐襯中最易被鐵水侵蝕之處。在投入生產后， 由于預焙炭磚的原料煅燒及焙燒溫度低于使用溫度， 使用中會產生殘余的體積收縮。隨著揮發物排出， 縫隙增大， 金屬液易通過縫隙逐漸滲透 。

1.2 自焙炭磚筑爐工藝

? ? ? ? 自焙炭磚自 20 世紀 70 年代開始用于中小型礦熱爐及電石爐， 隨著應用技術的成熟， 逐步在大型礦熱爐上使用。自焙炭磚原料與預焙炭磚大致相同， 采用經高溫煅燒后的無煙煤為骨料( 煅燒溫度約 1 750 ℃ 左右) ， 按照一定的比例加入煤瀝青等黏結劑及添加劑在一定溫度下混捏均勻后擠壓成型， 成型后的炭磚不經預先焙燒即可砌筑爐底、爐襯， 炭磚間縫隙在 1 mm 以內， 遠小于預焙炭磚工藝筑爐時炭磚縫隙， 炭磚與炭磚之間及炭磚與爐墻之間的縫隙采用低溫縫糊填充， 爐襯結構如圖 1 所示。自焙炭磚的焙燒與預焙炭磚的焙燒不同， 是利用烘爐工藝及生產過程中產生的熱量在還原氣氛下自上而下層層焙燒， 自焙炭磚及縫糊材質相近，在相同條件下同時開始焙燒， 因此在焙燒過程中炭磚的塑性變形可以彌補爐體砌筑時產生的縫隙， 最終逐步石墨化， 形成致密、整體性強的炭質爐襯， 并隨著溫度的升高完成從炭質到石墨質的轉變 。

炭磚砌爐爐襯結構示意圖

? ? ? ? 鑒于預焙炭磚砌筑時炭磚間縫隙較大， 易導致焙燒時縫糊收縮產生裂縫， 金屬液灌入從而導致爐穿。為提高爐襯整體結構性， 減少金屬液的滲透，自焙炭磚砌筑時炭磚間縫隙較小， 焙燒后形成的石墨質爐體整體性較好， 結構致密， 金屬液難以滲透，抗侵蝕能力得到提高， 能夠顯著提高礦熱爐的使用壽命， 且自焙炭磚石墨化后導電性提高， 增加主回路電流， 減少有害支流回路， 提高了電能利用率， 帶來了經濟效益 。

? ? ? ? 自焙炭磚砌筑工藝能夠顯著提高爐體使用壽命及經濟效益， 但預焙炭磚在預先焙燒時已收縮，若自焙炭磚整個焙燒過程均在爐體內進行， 收縮率較預焙炭磚砌筑時要大， 若自焙炭磚質量較差， 焙燒后殘余收縮率過大， 爐襯將出現開裂， 生產過程中金屬液易從此滲入從而導致爐穿事故發生。且自焙炭磚品種少檔次低， 在三角區冶煉產物易滲入自焙炭磚孔隙中， 爐襯易受到侵蝕， 爐襯石墨化后導熱系數提高， 易使爐底溫度過高， 耐火磚被燒壞，易導致爐穿事故的發生。

? ? ? ? 冷搗糊整體筑爐工藝與傳統筑爐工藝不同的是不需炭磚砌筑，僅采用微膨脹冷搗糊配合冷搗工藝對礦熱爐進行無縫搗筑，在爐體內部打出爐體框架，在爐底爐壁用冷搗糊鋪筑并整體搗筑成型。在爐體筑成后，要經過嚴格的烘爐階段并利用投產初期乃至使用半年后的爐內熱量自焙，使爐襯焙燒炭化，最后冷搗層結焦、石墨化，形成坩堝效應，這是冷搗糊整體筑爐工藝的關鍵。冷搗糊整體筑爐能夠提高爐襯的體積密度、耐壓強度、抗氧化、耐磨損等性能，在抗渣、鐵水等的溶蝕及抗滲透性能方面都能大大優于傳統炭磚爐。冷搗糊整體筑爐技術的使用，改變了傳統炭磚筑爐時，有些爐僅使用幾個月炭素內襯就被氧化消耗殆盡，被迫停爐大修及重筑的現象。成功提取了冷搗糊作為筑爐材料塑性好的優點，在材料的選取和技術的創新與施工的簡便性上做了一個合理的結合，即突破了傳統炭磚爐的局限，也滿足了鐵合金、黃磷爐及其他冶煉爐的冶煉技術要求，實現了礦冶企業降低能耗、增加產量的要求。對提高電爐裝置的技術工藝水平起到了積極的推動作用。

? ? ? ? 冷搗糊筑爐專利技術發明是充分利用了自身研發冷搗無縫整體成型的工藝結構，發明利用了冷搗糊低溫下易于搗固成型且焙燒后理化性能與炭磚相同的特性，采用其作為不定型炭素材料可塑性強的特點，完全取代了炭磚作為制作冶煉爐爐體的整體材料，結構如圖2所示。其無縫搗筑的結構性工藝，大大降低了鐵水滲漏電爐爐底、破壞爐壁的技術難題，使電爐的使用壽命得到了較好的延長，消除了筑爐時的很多隱患，保證了電爐的正常生產，應用范圍相當廣闊。其工藝技術除了可用于鐵合金、黃磷電爐的新建、修筑和技改外，還可以用于各種冶煉電爐和鋁電解槽等礦熱冶煉爐的新建、修筑和技改。通過不同配套糊料技術的綜合使用，冷搗糊筑爐技術能廣泛應用于國內外不同地區的電爐設計與施工建設，增加經濟與社會環境效益。

整體砌爐爐襯結構圖

? ? ? ? 目前有多家企業制備冷搗工藝筑爐用的冷搗糊，主要以煅后無煙煤、石墨等為骨料，改質瀝青為黏結劑，煤焦油、樹脂等為添加劑，與各種抗收縮材料為主要原料混捏而成，不僅應用于礦熱爐整體筑爐，還可以對爐襯進行局部修補，但由于工藝原因仍存在層與層間的分層，造成重大事故的發生。