马钢：干熄焦耐火材料异常损坏的分析与改进
2010-07-27 13:54 来源： 我的钢铁
随着干熄焦的国产化、大型化，干熄焦技术的发展与研究渐成行业热点。干熄焦设备用耐火材料主要用于干熄槽、一次除尘器以及锅炉等受冲刷和磨损部位。初期的干熄炉和一次除尘器工作面层所采用的耐火材料仅是一种高强度黏土砖，从运行情况看，斜道区、冷却段耐火砖断裂、掉砖和磨损非常严重，每年的正常维修已无法保证干熄炉生产的需要，1年后就需大修更换。因此，近年来对于熄焦耐火材料材质进行了较大改进。
1 干熄焦设备所用耐火材料
(1)预存室。考虑装焦时的热膨胀和冲刷磨损，使用了热稳定性高、抗急冷急热性能好的带钩舌的A型莫来石砖。
(2)斜道区。考虑温度频繁波动和循环烟气的连续冲刷，承重受力大又不易翻修，选用了抗急冷急热性能好、抗折强度大的莫来石碳化硅质砖，同时配以相同材质的耐火泥砌筑。
(3)冷却室。考虑焦炭运动的磨损和较大的温度变化，选用了高强度耐磨、抗急冷急热性能好的B型莫来石砖。
(4)一次除尘器。考虑承受循环气体和焦粉双重冲刷磨损较大，选用了高强度耐磨、抗急冷急热性能好的A型莫来石砖。
2 干熄焦耐火材料存在问题及损坏原因
经过改进后的干熄焦耐材虽有效地减缓了损坏速度，但仍无法满足大型化干熄焦发展的需要。目前干熄炉耐火砖体面层损坏较严重，特别是干熄炉内和一次除尘器承叉溜槽部位最为严重，炉内主要集中在斜道区和冷却段耐火材料砌体。
2.1 斜道区耐材损坏原因
(1)预存室设计过大，结构不合理，重力破坏较大。大容积预存室虽然能够稳定调控生产，但却增加了耐材重量。现在的预存室容积高达420m3，总重量近400t，加大了斜道区支撑牛腿的承载压强。使牛腿受力过大，产生纵向与侧向砖层断裂。
(2)斜道区受循环气体冲刷和磨损严重，砖泥强度减弱、剥离。炉内气体速度周边高、中心低，存在明显的勾留现象，而且越接近斜道速度的偏析越严重，冷却室气流上升的过程是气体向周边汇集从斜道排出的过程，由于结构的弊病，加速了冲刷。斜道区是风道进出口，焦炭、循环气体以及耐火材料砌体温度沿斜道高向连续活动，特别是下部耐火砌体温度波动在300～700℃之间．较大的温差会造成耐火砖拉裂、剥落。斜道上部环形烟道及出口，长期承受循环气体和焦粉的反复剧烈冲刷和磨损，砖缝的耐火泥被冲空，该部位破损严重。
(3)斜道牛腿结构及砖型设计不合理。斜道区隔墙两侧没有水平支撑力，生产中隔墙砖易发生水平位移，且承载截宽度只有200mm， 明显过小。牛腿倾斜角过大(70°)，荷重支撑力明显较弱。现使用的带“凹槽”型砖，虽然起到部分咬合作用，但却加速了该部位裂纹的产生，从目前牛腿损坏情况看，砖的接缝开裂正是“凹槽”处。
(4)斜道牛腿承重受力点不合理。36个斜道支撑牛腿及周边无法承载近400t重量， 同心荷重引起砖层断裂。砌筑时，承重受力点位置不合理，使牛腿不能均匀受力。受力点前移会造成牛腿部1～4层受力加重前倾断裂；受力点后移会造成牛腿下部8～13层砖断裂、剥落。
(5)耐火泥的强度黏合性能较差、强度低。现在的烘炉温度最高达800℃，远低于耐火泥的荷重软化温度15O0℃ 。耐火泥硬化强度达不到要求，无法完全黏结，强度降低。
(6)反复升降温造成耐材冷热收缩加剧，加速破损。在冷态下耐材呈周边向中心收缩运动，对炉体拉裂现象较突出；在热态下，热膨胀形成的牵引力加剧了炉体耐材的不规则位移，形成砖泥断裂、剥落。
2.2 冷却室耐火砖破坏的原因
(1)焦炭运动机械力的磨损。焦炭在向下流动时对耐火砖产生的机械力，对砖的面层产生磨损，加上循环气体运动冲刷产生孔洞
(2)温差的变化产生的化学反应引起砖质损坏。循环气体中存在CO，在300～600℃范围内进行化学反应，分离出的游离碳对耐火材料有侵蚀作用，会造成耐火砖砌体破裂或完全损坏。
(3)排焦不均匀造成温差变化产生炉墙剥裂。在生产中圆周方向排焦流速不均匀，流速快的地方温度较高，流速慢的地方温度较低，造成圆周方向温差加剧，急冷剧热现象引发炉墙收缩膨胀不均，产生裂缝。
2.3 1DC耐火材料破损原因
(1)1DC作为风道集散区，长期受高流速气体和焦粉的冲击，磨损加剧，特别是重力挡墙的下部矩形槽在烟气转向流动过程中形成较大的旋涡气流，对耐材形成不规则磨损。
(2)承叉溜槽部位下接水冷却管长期运行后产生泄露必须拆修，反复检修造成连接法兰严密性降低，负压区大量空气吸入和高温焦粉再次燃烧，该部位主要为高铝浇注料，烧损后会逐渐脱落。
(3)频繁的停产检修，造成系统频繁的短期升、降温，系统耐火材料砌体因完全降温收缩和二次开工膨胀，出现裂缝和剥落，砌体损坏较大。
3 干熄焦耐火材料的保护措施
为保证干熄焦耐材与生产的协调，必须改进斜道区结构设计并运用合理的操作制度。
(1)斜道区设计结构改型，合理分配支撑承载压强。为保证焦炭的冷却能力，可考虑烟道开口面积扩大到原来的1.5倍，烟道数从36孔减少为32孔，以保证牛腿承载面积有效增大，增加承载能力。将支撑牛腿的倾斜角度由原来的7O°降低至63～65°，以增加根部的承载受力支撑；将带“凹槽”单层砖改为无槽整砖，以增加强度。改进时要满足娴道出口阻力与系统稳定的设计要求，还可以对调节砖布置结构进行调整，减少单个烟道出口金属调节砖，以减少阻力，保证气流畅通。
(2)严格砌筑标准。在干熄炉耐材砌筑时，就要严格管理，坚决执行砌筑标准，合理掌握烟道平拱圈梁砌筑，均匀分布支撑牛腿的重力面，使其均匀受力。
(3)完善操作制度，维持工况稳定。减少物料在炉内产生的偏隙，保持稳定的排焦量，保证物料流动的均匀性，减少圆周方向各点温差，可以有效减缓机械磨损力和因温度波动产生的裂缝和剥落。
(4)运用合理的气料比，降低循环系统的阻力，减缓气流对耐材的冲刷。
(5)尽量减少干熄炉内红焦完全冷却的检修次数，保证热态平衡，减少耐材热胀冷缩产生的破坏。
(6)增加耐火泥强度，合理控制砖缝。现在所用耐火泥强度相对较低(只有砖的1/10)，黏合性能差，必须考虑增加耐火泥强度：①可以在砌筑时调整胶体含量的调配比例，增加黏合性。②适当增加同材质的颗粒调配以增加强度。③严格烘炉制度，确保耐火泥强度性能提高。
4 干熄炉大修方式和存在的问题
目前斜道区耐材破损的大修，多采用吊顶方式和局部更换施工法。这种方法使用井字梁和吊棒支撑隔墙上部及炉体倾斜部位荷重，实际效果较差：①无法解决新老砌筑体的黏合接茬问题。②无法掌握新老砌体的均衡受力，新砌体强度有限，生产后还会出现断裂。③无法真正承吊起预存室近400t的重量。
5 今后的课题
随着焦炭高生产率的发展，冷却形式的变化和伴随余热回收带来的操作变化，会使耐材的使用条件更加苛刻、严谨。因此，改进影响炉体耐材寿命的烟道部位材质及其结构就更为重要，综合考虑包括烟道形状、砖支撑结构、膨胀缝的合理化率和预存室的容积大小在内的耐火材料评价技术及检修更换方式是我们必须面对的课题，必须进行有效的专业计算分析及改进。
摘自《燃料与化工》2008年第39卷第2期
作者李文忠 夏燚（马钢煤焦化公司）
编辑蔚金哲 021-26093241
