熄炉斜道区耐火材料损毁的原因及解决方法
发布日期： 2016-04-22 00:00:00 阅读量（493） 作者：1.斜道区耐火材料损毁的现状
干熄焦工程是一项先进的环保和能源再利用工艺技术，对减少环境污染，节省水资源、能源再利用和提高焦炭质量具有重要作用和意义，是国家发展改革委员会制定的十大节能工程之一。但近几年来，干熄焦工程推广进度不快，全国需改造成干熄焦的焦炉约2200座左右，而至今投产的不到100座，究其原因虽很多，但干熄焦斜道区（俗称牛腿）的耐火材料达不到设计和使用年限，损毁严重，迫使干熄炉停产检修而造成业主困扰和经济损失是一大制约因素。如昆钢、马钢、南钢等干熄炉均在投产一年内发生过斜道区耐火材料的裂纹、断裂、损毁而被迫停产检修。
2.干熄炉斜道区的破损原因
在干熄焦装置正常操作时，循环风量应与排焦量相匹配。当排焦量增大时，循环风量也应相应增大，但每次增加循环风量的幅度不能太大。循环气体流经干熄炉的冷却段时，从斜道区进入环形风道，会带走一部分焦炭。斜道区的耐火材料不仅受到焦炭向下流动时的冲击力，还受到向上的循环气体夹带焦粉的冲刷。而且，焦炭、循环气体以及耐火材料的温度沿斜道高度连续变化，特别是斜道区下部的温度在300～700℃之间变化，会产生很大的热应力，从而造成耐火材料的拉裂、剥落等，图1中示出了斜道区牛腿的破损情况。
图1 干熄炉斜道区牛腿的破损情况
3.保证干熄炉斜道区耐火材料质量的措施
目前，干熄炉斜道区耐火材料大多采用莫来石碳化硅砖及配套胶泥，但在使用中仍存在一些问题。为此，我公司在斜道区耐火材料制作和砌筑等方面采取了以下措施，有效地保证了干熄炉斜道区耐火材料的质量。
（1）重视原材料的纯净度和理化指标。生产莫来石碳化硅砖及配套胶泥的主要原料有莫来石、碳化硅和氧化铝超微粉等。其中莫来石又可分为天然莫来石、烧结莫来石和电熔莫来石；碳化硅有97碳化硅、93碳化硅、90碳化硅等品种；氧化铝超微粉有α-Al2O3、研磨Al2O3等，根据细度不同又可以分为各种品种。在干熄炉斜道区复杂恶劣的工况条件下，原料应该有很高的纯净度，很好的活性，宏观有很好的颗粒形状，微观组织结晶均匀、结晶相和晶粒形状要好，并成网状结构。但是，由于某些客户、原料供应商和产品制造厂家一味追求降低成本，势必使选用的原材料品质下降，致使莫来石碳化硅砖及配套胶泥的指标达不到设计要求。为此，我们选择了条件比较好的电熔莫来石、97碳化硅、超细α-Al2O3等原料，生产的莫来石碳化硅砖既能达到设计要求，又能满足实际生产的需要，取得了理想的使用效果。
（2）用压机制砖，严把质检关。因干熄炉斜道区砖的品种规格多、数量少、尺寸大，少数生产厂家为节约生产成本，制砖时采用人工捣打；检测设备和检测手段缺失或质检不严格。致使耐火材料的理化指标和尺寸误差达不到设计和使用要求。针对此问题，我公司使用了1000吨的压机生产，对于特别复杂的砖型，还采用了振动压机生产，以保证砖结构的均匀性。然后采用高温梭式窑烧成，并严格控制烧成温度和保温时间。若发现砖的尺寸、表面、理化指标不合格，坚决剔除销毁，重新生产、检测，有效地保证了产品的质量。对于耐火胶泥，主要是严格控制其细度，均匀搅拌，保证其粘结强度，使之与砖更好的配套。图2为我公司生产的莫来石碳化硅砖。
图2 宜兴兴贝公司生产的莫来石碳化硅砖
（3）严格控制砌筑质量。干熄炉砌筑是竖窑式结构，从斜道区开始就是变角度承载，应充分考虑承重的合理性及火泥在常温下24小时后的硬化和耐压强度。施工时往往为赶工期而忽略了这一点，砌筑中极容易产生位移和滑动，使每个牛腿受力不均匀，斜道的整体受力均匀性降低。因此，在砌筑时，必须严格管理，规范砌筑，均匀分配支撑牛腿的中心及圆周分布角度。坚决杜绝因赶工期及其他因素降低砌筑的要求，并综合考虑天气因素，尽量在夏秋季开始砌筑。在砌筑过程中，还要严格掌握灰缝误差（±0.5），泥浆一定要饱满，合理控制好砖缝及水平度，发现倾斜及扭曲现象应立即停止砌筑，及时调整。并应合理控制工期，每天砌筑一层，保证泥浆的冷态强度，砌完后应干燥三天，保证强度，确保斜道区形成整体，从而提高承重的均匀与强度，图3为干熄炉内衬照片。
图3 干熄炉斜道区内衬砌筑照片
（4）合理安排干熄炉烘炉计划。烘炉是保证干熄炉耐火材料使用寿命的重要因素。通常，耐火材料是有一定水分的，干熄炉在投产前，一定要把砌体中的大部分水排除出去，通常是从耐火材料的表面蒸发，蒸发速度随耐火材料中的水分降低而降低。在烘炉初期，一定要严格控制升温速度，一般每小时的升温速度应控制在10℃左右，最高不超过20℃。严禁出现温度波动，还必须保证足够的保温时间。
（5）保证干熄炉的稳定运行。干熄炉的稳定运行对增强斜道区耐火材料的使用寿命具有很重要的意义，必须制定合理的操作管理制度，控制好系统参数，使其保持热态平衡。因此控制相对稳定的排焦量，保证焦炭在干熄炉内以相对稳定的速度向下流动，可以减缓焦炭对耐火材料的磨损；相对稳定的排焦量还有利于炉内温度的稳定分布，也会减缓耐火材料因温度波动产生裂纹和剥落。
我公司在干熄炉用耐火材料的制作、砌筑、烘炉和生产操作的各个环节中，严格贯彻执行了上述措施，有效地保证了干熄炉耐火材料内衬的质量，深得兖矿国际焦化有限公司、上海五冶等用户的好评。
4.干熄炉斜道区耐火材料的选择
4.1 斜道区耐火材料的种类
（1）莫来石碳化硅系列。目前，干熄炉斜道区的耐火材料大多选用莫来石碳化硅系列，该材料具有很好的抗急冷急热性和耐磨性、抗折强度高、抗侵蚀等特点，在干熄炉中的使用量也最大。
（2）氮化硅结合碳化硅系列。国外尚无使用先例，国内个别厂家已进行了试验，但未有充分实践。由于这种材料的生产成本过高，还未为大多数厂家所接受。
（3）粘土系列。此材料有很好的抗急冷急热性，但其材质不尽如人意。早期建设的干熄炉使用的是粘土系列耐火材料，但目前正在逐步被淘汰。
4.2 莫来石碳化硅砖和氮化硅结合碳化硅砖的比较
干熄焦装置是用氮气来冷却红焦，如果在材质上选择和工况的材质接近，理论的使用寿命应该更长。氮化硅结合碳化硅砖就能较好地满足上述条件，再加上氮化硅结合碳化硅砖的强度也较高，是干熄炉内衬较为理想的耐火材料。但其生产成本比较高，约为莫来石碳化硅砖的三倍以上，故一次性投资较高。特别是当前焦化行业低迷的形势下，选择氮化硅结合碳化硅砖对大多数厂家来说是难以负担的。但从长远来看，我们建议有能力的企业还是可以考虑的。
对于莫来石碳化硅砖系列在使用中出现的问题，我们认为除了材质本身存在的不足外，主要是人为因素造成的，如果从结构设计、原料选择、配方、制造、施工、烘炉、运行维护等诸多环节严格控制质量，规范管理，使用一年以上是没有任何问题。
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