干熄焦耐火材料损坏原因分析及改进.pdf

酒钢科技 2 0 1 3年第 3期 焦化专业技术论文汇编 干熄焦耐火材料损坏原因分析及改进 向奇文 摘要 ： 本文阐述了国产大型化干熄 焦设备耐 火内村异常损坏的原因： 砖型选择不合理 ， 耐火砖 热震稳定性能羔， 预存室客积大、 耐材重； 烟道支持牛腿圆周承栽压强过大， 受力不均造成砖断裂，耐 火泥强度太低所至。经实际分析， 对斜道区必须进行技术改造 ， 从结构设计形势和承重合理性上根本 改变存在的问题 满足大型化干熄炉发展需要 。 关键词： 干熄焦； 耐火材料； 斜道支持牛腿； 改进措施 1 前 育 1 1干熄焦用耐火材料的发展及改善 干熄焦技术做为循环经济技术的代表之一 ， 已成为企业新的利润增长点。 随着国产大型化干熄焦 的推广利用 ， 尤其是针对制约干熄焦稳定运行 的因素， 渐成行业研究的热点。 干熄焦设备用耐火材料主要用于干熄炉内、 一次除尘以及锅炉等受冲刷和磨损最严重的部位； 干 熄炉砌筑体属竖窑式结构， 是正压状态的圆桶型立体砌筑， 炉体自上而下分布为预存室、 斜道区和冷 却室， 整个干熄炉外壳为铁壳， 内层采用不同面积的材料砌筑而成。 随着干熄焦技术的发展； 干熄炉和 一 次除尘器工作面层使用的耐材一直在更新和完善；初期的干熄炉和一次除尘器工作层面所采用的 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。 一年后就得进行大修更换， 因此近年来已对干熄焦耐火 材料材质进行 了较大改进。 1 2 酒钢选用的干熄焦耐火材料 1 2 1 预存室耐材： 由于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。 1 2 2斜道区耐材： 由于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 抗急冷急热性好和抗折强度大的莫来石炭化硅质砖。 同时配以相同材质得耐火泥砌筑。 1 2 3冷却室： 由于焦炭运动得磨损和温度变化较大， 选用了高强度耐磨 ， 抗急冷急热性能好的 B 型莫来石砖。 1 2 4一次除尘器： 由于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。 表 1 现使用的耐材部分理化指标 A型莫来石 B型莫来石 项目 A型莫来石砖 B型莫来石砖 S j C 砖 S j C砖 Q N 3 黏土砖 Q N 岛 黏土砖 S i c l 3 0 4 0 ，l 5 5 5 5 3 5 3 0 4 2 3 3 焦化专业技术论文汇编 酒钢科技 2 0 1 3年第 3期 续表 项 目 A型莫来石砖 B型莫来石砖 A型莫来石 B型莫来石 s i C砖 s i C砖 Q N 3 黏土砖 Q 黏土砖 F e 2 03 1 1 3 1 3 1 O 1 2 2 O 1 5 耐火度 1 7 7 0 1 7 7 0 l 7 7 O l 7 7 0 l 7 7 0 1 7 7 0 常温耐压科度 强度 1 ll P a 7 5 8 5 8 5 8 5 2 5 7 O 荷重软化温度 1 5 o o 1 5 0 o 1 6 0 0 1 6 o 0 1 4 5 O l 5 o o 抗震稳定性 3 O 2 2 4 0 5 O 1 0 1 1 0 0 C ( 水冷 ) 显气孔率 1 8 1 7 2 l 2 l 2 4 2 6 表 2 干熄焦耐火砖砌筑用火泥部分理化指标 项 目 莫来石砖用火泥 莫来炭化硅火泥 Q N , 黏土砖火泥 Q N s 黏土砖用火泥 S i C 3 O A1 2 03 6 5 40 4 5 4 5 F e 2 0 2 - 0 2 0 粘结强度 6 6 4 4 ( 8 0 0万x 2 4小时 P a ) 粘结时间 1 2 l 一2 l 一2 1 3 荷重软化强度 l 4 5 O 1 5 0 0 l 3 5 O l 3 5 O 耐火度 1 7 3 0 1 7 7 0 l 6 9 0 1 7 1 0 2 目前干熄焦耐火材料存在的问题及损坏的原因： 经过改型后的干熄焦耐材虽有效地缓解了损坏速度 ， 但仍无法满足大型化干熄焦发展的需要 ， 主 要集中在斜道耐材的破坏 日益严重，下面就酒钢 目前在用的干熄焦耐火材料破损原 因和存在的问题 进行分析。 现在用的干熄焦耐火材料浇注料损坏较小。 主要是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 因的分 析 2 1 1 预存室设计过大。 结构不合 理 重力损坏较大 追求预存室大容积 ， 能够稳定调 控生产。但却忽略了耐材重量的增 加， 现在的预存室容积高达 4 2 0 m 3 ， 总 重量近 4 0 0 t ， 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。如图所示 ： 3 4 圈 1 牛腿砖损坏情况 酒钢科技 2 0 1 3年第 3期 焦化专业技术论文汇编 2 1 2 斜道区受循环气体冲刷和磨损严重。 形成砖泥剥离、 强度减弱 气体的速度在炉内呈周边高、 中心低 存在明显的勾留现象而且越接近斜道这种速度的偏析越严 重 。 冷却室气流上升的过程可以说是气体向周边汇集从斜道排出的过程 ， 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 体温度波动于 3 0 0 - 7 0 0 C 之间。温差较大， 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 ， 导致该部位破损严重。 2 1 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 2 0 0 mm， 明 显过小； 牛腿倾斜 7 D o 角过大， 荷重支撑力明显较弱； 现使用地带“ 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。 2 1 4 斜道牛腿承载受力点不合理 3 6个斜道支撑牛腿及周边无法承载近 4 0 0 t 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； 受力点后挪 造成牛腿下部 8 一l 3层砖断裂、 剥落。 2 1 5 耐火泥的强度黏合性能较差、 强度低 我们现在的烘炉温度最高达 8 0 0 远低于耐火泥的荷重软化温度 1 5 0 0 ，耐火泥硬化强度达不 到要求 。 无法完全黏结 ， 强度降低。 2 1 6反复升降温月侈。 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 的牵弓 l 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 ： 2 2 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 2 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 C O、 在 3 0 0 - 6 0 0 范围内进行化学反应 2 C C O 2 + C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。 2 2 3 排焦不均匀造成温差变化产生拨裂 在生产中圆周方向排焦流速不均匀 ， 流速快的方 向， 温度较高； 流速较慢的地方温度较小 ， 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 1 D C耐火材料破损的原 因： 2 3 1 1 D C作为风道集散区， 长期受高流速气体和焦粉的冲击， 磨损会加剧， 特别时重力挡墙的 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 3 2 因承叉溜槽部位下接水冷却管。 水冷套管长期运行后产生泄露必须拆修， 反复检修造成连 接法兰严密性受到破坏， 负压区大量空气吸人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。 2 3 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 次开工膨胀增加 ， 出现裂缝和剥落 ， 砌体损坏较大。 3 千熄焦耐火材料的改进保护措施 为保证干熄焦耐材与生产的协调必须经过科学论证 ， 改变斜道 区结构设计 ， 运用科学合理的操作 一 3 5 焦化专业技术论文汇编 酒钢科技 2 们 3年第 3期 制度对减缓干熄炉耐火材料砌体损坏速度 ， 延长使用寿命具有很大意义。 3 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 3 6孔减少为 3 2 孔 ， 以保证牛腿承载面积有效增大 ， 增加承载能力 ； 将支撑牛腿倾斜角度降低 ， 由原来的 7 o o 降低至 6 0 6 5 。 ， 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 烟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， 将单个烟道出口金属调节 砖相应减少 ， 以保证气流畅通 ， 减少阻力。 3 2 严格砌筑标准， 加强砌筑管理 在干熄炉耐材砌筑的时候。 严格执行砌筑标准， 合理掌握烟道平拱圈梁砌筑。 均匀分布支撑牛腿 的重力面， 使其均匀受方。 3 3 制定合理的操作制度， 维持稳定工况， 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裂缝和剥 落 。 3 4 运用合理的气料比， 降低循环系统的阻力， 有效减缓气流对耐材的冲剧。 3 5 确保干熄焦系统的正常运行，尽量减少干熄炉内红焦完全冷却的检修次数，保证热态的平 衡 。 减少耐材热胀冷缩产生的破坏。 3 6 增加耐火泥强度 合理控制砖缝 现在所用耐火泥强度只有砖的 1 1 0 ， 其强度相对较低， 黏合性能差， 必须考虑增加耐火泥强度。 3 6 1可以在砌筑时调整胶体含量的调配比例， 增加黏合性。 3 6 2 适 当增加同材质的颗粒以增加强度。 3 6 3 严格烘炉制度 ， 确保耐火泥强度性能提升。 4 目前千熄炉大修采用的方式和存在的问题 针对目前斜道区耐材破损的大修， 多采用吊顶大修方式和局部更换施工法。 这种方法使用井字粱 和吊棒支撑隔墙上部及炉体倾斜部位荷重 。 其实际效果较差 ： 一是无法解决新老砌筑体的黏合接茬问 题。 二是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。 三是无法真正承吊起 预存室近 4 0 0 t 的重量。 5 今后的课题 随着焦炭产能的提高。 预计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 件变的更加苛刻， 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、 预存室的容