Study of structural stability of blast furnace hearth ceramic lining

Étude de la stabilité de la tasse céramique du creuset du haut fourneau

¹ School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
e-mail: liangzi801116@yahoo.com.cn
² Beijing REAL Nonmetallic Materials Co., Ltd, Beijing 100086, China

Received: 14 December 2010
Accepted: 4 October 2011

Abstract

Nowadays, finding ceramic materials with good physical-chemistry characteristics to make ceramic cups is no longer a big difficulty. However, the stability of the construction, the anti-penetration ability and the adaptability of the working profile of the hat face of the ceramic cup are of critical importance to prolong the campaign life of the ceramic cup itself and thus the BF hearth. In a lot of cases, the so-called “ceramic cup” is formed just by one, two or more rings of the standard-shaped ceramic bricks which are installed closely against the carbon hot face. In these linings, there are many penetrating linear joints from the hot face to the cold face through the ceramic lining. Both the overall stability of the construction and the anti-penetration ability of the lining are very poor. Therefore, the goal of installing a ceramic cup, to protect the carbon lining from the erosion of hot metal, would be difficult to achieve and the lifetime of the ceramic cup would not be long no matter what excellent materials were being used. However, an “Integrated Ceramic Cup” structure for the BF hearth is composed of special-shaped ceramic blocks which are all interlocked with each other. In such a construction, there is no linear breakthrough joint from the hot face to the cold face of the ceramic lining. A ceramic lining with this structure can effectively avoid hot metal and gases penetrating into and then through the joints of the ceramic lining to attack the carbon lining behind. As a result, the campaign life of the BF hearth, and also the campaign life of the blast furnace, would be prolonged. Nowadays the “Integrated Ceramic Cup” structure has been used in many modern blast furnaces and its significant performance has been proved.

Résumé

Il n’est pas très difficile actuellement de trouver des matériaux céramiques présentant de bonnes caractéristiques physico-chimiques pour réaliser la tasse céramique du haut fourneau. En revanche, la stabilité de la construction, la capacité à éviter la pénétration des liquides et du gaz, ainsi que l’adaptabilité de la tasse céramique au profil d’usure de la face chaude sont d’une importance primordiale pour la prolongation de la durée de vie de la tasse céramique elle-même, et donc du creuset du haut fourneau. Dans de nombreux cas la tasse céramique est constituée juste d’un ou deux rangs de briques céramiques façonnées, qui sont positionnées directement contre la face chaude du carbone. Ce type de montage favorise l’existence de joints linéaires qui relient directement la face chaude et la face froide du revêtement céramique. Dans ce cas la stabilité globale de la construction et la capacité anti-pénétration du revêtement sont très médiocres. Il en résulte que l’objectif de la tasse céramique, à savoir la protection du revêtement de carbone contre l’érosion de la fonte liquide, est difficile à atteindre et que la durée de vie de la tasse céramique est faible, quelque excellents que soient les matériaux utilisés pour cette tasse céramique. Nous avons étudié une structure de «tasse céramique intégrée», composée de blocs céramiques d’une forme adaptée et imbriqués les uns dans les autres. Dans une telle construction, il n’y a pas de joint de rupture linéaire entre la face chaude et la face froide du revêtement réfractaire. Ce type de structure est très efficace pour éviter la pénétration de la fonte liquide et des gaz le long des joints du revêtement céramique, et donc l’attaque du réfractaire de carbone situé juste derrière la tasse céramique. Il en résulte que la durée de vie du creuset, et donc aussi du haut fourneau lui-même, est prolongée. Aujourd’hui, le concept de «tasse céramique intégrée» a été adopté sur de nombreux hauts fourneaux modernes et son efficacité a été prouvée.