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干熄爐爐體耐火材料損傷原因及減緩損傷的措施

      大型高爐高效運(yùn)行水平的提高，對干熄焦的依賴性越來越高，系統(tǒng)年修工作成為干熄焦連續(xù)生產(chǎn)的難題，很多廠 家在努力延長年修周期。能不能達(dá)到兩年的爐襯年修周期，關(guān)鍵在于爐襯的壽命。爐襯的壽命關(guān)鍵在于耐火材料的質(zhì)量、砌體設(shè)計結(jié)構(gòu)和施工方法等。

1、爐體主要部位的損傷

(1)斜道牛腿

      干熄焦國產(chǎn)化推進(jìn)以來，除采用36個牛腿支撐外，目前國內(nèi)140t 處理量以下的干熄爐，普遍采用單斜道結(jié)構(gòu)，1  40t以上處理量的干熄爐普遍采用雙斜道結(jié)構(gòu)，牛腿磚設(shè)計使用莫來石-SiC質(zhì)磚。損壞表現(xiàn)在兩個方面： 一是牛腿發(fā)生放射狀崩潰性損壞和單方向折斷；二是在拱頂部位高溫段，有發(fā)生磚體燒熔現(xiàn)象。

(2)環(huán)形氣道

     大型的干熄爐環(huán)形氣道，在使用2～3年后，有氣道變形的嚴(yán)重情況出現(xiàn)，甚至倒塌。某廠干熄爐環(huán)形氣道，變形情況已經(jīng)形成嚴(yán)重隱患，現(xiàn)已經(jīng)做支撐。

(3)冷卻室

      干熄炭焦連續(xù)不斷地排出，要求冷卻室砌體有足夠的耐磨性，盡管設(shè)計時考慮到此問題，但冷卻室徑向磨損達(dá)到30～70mm/ 年，若不及時修補(bǔ)，會影響排焦的均勻性，從而影響排焦溫度。

(4)保溫性澆注料的損壞

      干熄爐至鍋爐段澆注料為耐高溫澆注料，分兩層澆注，內(nèi)層為重質(zhì)，外層為輕質(zhì)。

      高溫運(yùn)行壽命周期僅為一年半左右，損壞機(jī)理為開裂、粉化、掉料等結(jié)構(gòu)性的破壞。

(5)裝入爐口

     干熄焦系統(tǒng)在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，裝入爐口需要頻繁的開啟，并快速裝入大量高溫焦炭，爐口部位的砌體會頻繁遭受急冷急熱和焦粉沖刷。水封槽下部的保溫棉和耐火泥漿往往會最先遭到破壞，從而導(dǎo)致爐口砌體和水封件的損

壞。

2、 砌體損壞原因分析

     除了運(yùn)行管理、操作不當(dāng)導(dǎo)致干熄爐砌體損壞以外，耐火材料和施工質(zhì)量方面影響爐體壽命的主要因素如下。

(1)耐火磚性能不穩(wěn)定

      目前斜道區(qū)采用的莫來石-SiC磚，主要指標(biāo)不合理，不能滿足使用要求，主要體現(xiàn)在爐口莫來石-SiC熱震穩(wěn)定性、預(yù)存室荷重軟化溫度、斜道抗折強(qiáng)度、冷卻室耐磨性等關(guān)鍵指標(biāo)上。而用戶關(guān)注常溫耐壓強(qiáng)度多、抗折強(qiáng)度少  特別是忽略高溫強(qiáng)度，認(rèn)為干熄爐紅焦焦炭僅有1000℃左右，不需要對荷重軟化溫度有太多的關(guān)注。實(shí)際上，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要導(dǎo)入4000～6000m3/h 的空氣， 一方面作為循環(huán)氣體的補(bǔ)充；另一方面，提供燃燒可燃基(CO1~12等)及焦粉所需氧氣。從理論上說，這些燃燒反應(yīng)讓局部環(huán)境溫度達(dá)到1350℃是可能的。更值得關(guān)注的問題是， 循環(huán)氣路的嚴(yán)密性一直是干熄焦系統(tǒng)運(yùn)行過程中，難以保證的難題。在斜道出口至鍋爐尾部的負(fù)壓腔，泄漏點(diǎn)多且不 易排查和檢修，所以在斜道和鍋爐入口段高溫段，會因嚴(yán)密性不夠造成局部的空氣漏入，并在此部位產(chǎn)生局部的劇烈燃燒，而在此部位漏入的反應(yīng)過?？諝?，會隨循環(huán)氣體，再一次流經(jīng)高溫段(斜道拱頂部位)發(fā)生燃燒反應(yīng)，燒熔砌體，從4#干熄爐狀況分析來看，局部溫度可能達(dá)到了1550℃,甚至更高。這是導(dǎo)致多數(shù)廠家斜道拱頂破壞、環(huán)形氣道變形的重要原因。

     干熄焦用耐火材料的耐磨性，這些年來只作為參考指標(biāo)，不是因?yàn)椴恢匾钱?dāng)時制造工藝和檢測水平不夠?qū)?致的。當(dāng)年的攻關(guān)指標(biāo)是<9.0cm3,只是一個不確定的保守值，現(xiàn)在多數(shù)廠家已經(jīng)做到4.0cm3 以下。若要保證排焦系 統(tǒng)的安全，必須有效提高材料的耐磨性，從目前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造水平來看，材料成本提高30%,冷卻室維修延長到

5一6年是沒有問題的。

(2)耐火泥料技術(shù)指標(biāo)

      要提高耐火泥高低溫性能是保證砌體嚴(yán)密性和強(qiáng)度的重要因素。環(huán)形氣道和牛腿部位的損壞多為從磚縫剝落開始，必須要研究耐火泥燒后強(qiáng)度、火泥熱膨脹和重?zé)€變化與定形磚匹配的要求，以保證砌體結(jié)構(gòu)性的牢固。

(3)保溫型澆注料的材質(zhì)和澆注方法需要改進(jìn)

      一次除塵膨脹節(jié)、三重冷卻水套管上部等高溫部位因膨脹特性或異形原因使用整體澆注方法，該部位為系統(tǒng)關(guān)鍵通道，卻損壞頻繁，對系統(tǒng)均衡穩(wěn)定造成很大的影響。分析原因，主要是輕質(zhì)澆注料強(qiáng)度不夠，澆注方法不當(dāng)所致。

(4)爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計需要不斷適應(yīng)工況而改進(jìn)

      爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)是一個循序漸進(jìn)的過程，但根據(jù)目前多數(shù)干熄爐運(yùn)行狀況，至少有兩點(diǎn)要改： 一是干熄爐爐口 水封槽結(jié)構(gòu)應(yīng)改型，達(dá)到持久抵抗高溫、沖刷的惡劣環(huán)境，保護(hù)干熄爐爐口裝入水封，從而達(dá)到干熄焦系統(tǒng)安全穩(wěn)定 運(yùn)行的目的；二是由于焦?fàn)t容積的大型化，干熄爐一次性裝焦量成倍增加，裝焦時產(chǎn)生的熱應(yīng)力也成倍提高，對爐體 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求相應(yīng)提高。解決環(huán)形氣道原結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷問題，從而提高砌筑體抗熱沖擊能力，并提高循環(huán)風(fēng)道嚴(yán)密性。

(5)砌筑施工標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行

     干熄爐砌筑體屬豎窯式結(jié)構(gòu)，是正壓狀態(tài)的圓筒形立體飽筑，特別是斜道區(qū)變角度承載，所以要充分考慮承重的 合理性及火泥在常溫下24h后的黏合和耐壓強(qiáng)度；由于施工方多為趕工期，從而忽略了這一點(diǎn)，在砌筑時就產(chǎn)生了位移和滑動，每個牛腿受力不均勻，使斜道整體受力均勻性能降低。

3、 減緩損壞的措施

(1)提高耐火材料標(biāo)準(zhǔn)和火泥強(qiáng)度

     目前使用的莫來石-碳化硅質(zhì)磚，其高溫耐壓強(qiáng)度，高溫下的抗折性能和熱震穩(wěn)定性能存在不穩(wěn)定性，另外由于受力不均勻，無法承受上部巨大的壓強(qiáng)?？煽紤]采用指標(biāo)性能更優(yōu)越、穩(wěn)定性能更高的磚質(zhì)，如氮化硅結(jié)合碳化硅、氧氮化硅結(jié)合碳化硅、塞隆結(jié)合碳化硅，其高溫抗折強(qiáng)度分別達(dá)到40MPa、30MPa、60MPa。    在目前莫來石碳化硅  質(zhì)磚(含環(huán)形氣道)的性能改進(jìn)上，考慮改進(jìn)荷重軟化溫度≥1550℃、增加高溫抗折≥20MPa、 提高熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)≥60次、考核耐磨性≤5.5cm3 等主要指標(biāo)。

(2)冷卻室要考慮用碳化硅磚以保證耐磨性

      之前維修用澆注料采用高鋁重質(zhì)澆注料，因不能滿足使用要求，現(xiàn)改為莫來石-碳化硅澆注料。

(3)改進(jìn)磚型，利于砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

     磚體部位采用縱向、橫向圓形凹槽，使磚層咬合更加合理，局部應(yīng)力相對均衡，對提高整體均勻受力較為有益。

在此基礎(chǔ)上，預(yù)存室磚要增加立向溝槽，承受裝焦、儲存的膨脹應(yīng)力，避免嚴(yán)重變形。改變爐口磚形結(jié)構(gòu)，讓不銹鋼水封結(jié)構(gòu)潛人磚槽內(nèi)部，避免與高溫直接接觸，緩解驟冷驟熱的影響。

(4)設(shè)計結(jié)構(gòu)改型、合理分配支撐承載壓強(qiáng)在確保焦炭的冷卻處理能力下，可考慮將煙道開口面積適當(dāng)降低，適當(dāng)增大牛腿承載寬度，增強(qiáng)承載能力；將支撐牛腿傾斜角適當(dāng)降低，以增加底部的受力支撐。

(5)嚴(yán)格砌筑標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)施工管理

       在施工砌筑時，必須嚴(yán)格管理，規(guī)范砌筑，合理掌握煙道平衡圈梁砌筑，均勻分配支撐牛腿的重心及圓周分布角  度。杜絕因工期及其他因素降低砌筑要求，綜合考慮季節(jié)性因素，盡量在夏季、秋季開始砌筑，在砌筑過程中要嚴(yán)格 掌握灰縫誤差(±0.5mm), 合理控制好磚縫及水平度，發(fā)現(xiàn)斜道位移或塌腰現(xiàn)象，立即停止砌筑，及時調(diào)整。合理工期 應(yīng)控制在22天：即每天一層，13天砌筑完成斜道牛腿；干燥期6天；干燥期結(jié)束后，重新測量水平度，無差異后支模砌筑拱頂部位， 一天一層，22天后完成斜道區(qū)砌筑，確保斜道區(qū)形成整體，從而提高承重的均勻性。