干熄炉炉体耐火材料损伤原因及减缓损伤的措施

      大型高炉高效运行水平的提高，对干熄焦的依赖性越来越高，系统年修工作成为干熄焦连续生产的难题，很多厂 家在努力延长年修周期。能不能达到两年的炉衬年修周期，关键在于炉衬的寿命。炉衬的寿命关键在于耐火材料的质量、砌体设计结构和施工方法等。

1、炉体主要部位的损伤

(1)斜道牛腿

      干熄焦国产化推进以来，除采用36个牛腿支撑外，目前国内140t 处理量以下的干熄炉，普遍采用单斜道结构，1  40t以上处理量的干熄炉普遍采用双斜道结构，牛腿砖设计使用莫来石-SiC质砖。损坏表现在两个方面： 一是牛腿发生放射状崩溃性损坏和单方向折断；二是在拱顶部位高温段，有发生砖体烧熔现象。

(2)环形气道

     大型的干熄炉环形气道，在使用2～3年后，有气道变形的严重情况出现，甚至倒塌。某厂干熄炉环形气道，变形情况已经形成严重隐患，现已经做支撑。

(3)冷却室

      干熄炭焦连续不断地排出，要求冷却室砌体有足够的耐磨性，尽管设计时考虑到此问题，但冷却室径向磨损达到30～70mm/ 年，若不及时修补，会影响排焦的均匀性，从而影响排焦温度。

(4)保温性浇注料的损坏

      干熄炉至锅炉段浇注料为耐高温浇注料，分两层浇注，内层为重质，外层为轻质。

      高温运行寿命周期仅为一年半左右，损坏机理为开裂、粉化、掉料等结构性的破坏。

(5)装入炉口

     干熄焦系统在连续的生产过程中，装入炉口需要频繁的开启，并快速装入大量高温焦炭，炉口部位的砌体会频繁遭受急冷急热和焦粉冲刷。水封槽下部的保温棉和耐火泥浆往往会最先遭到破坏，从而导致炉口砌体和水封件的损

坏。

2、 砌体损坏原因分析

     除了运行管理、操作不当导致干熄炉砌体损坏以外，耐火材料和施工质量方面影响炉体寿命的主要因素如下。

(1)耐火砖性能不稳定

      目前斜道区采用的莫来石-SiC砖，主要指标不合理，不能满足使用要求，主要体现在炉口莫来石-SiC热震稳定性、预存室荷重软化温度、斜道抗折强度、冷却室耐磨性等关键指标上。而用户关注常温耐压强度多、抗折强度少  特别是忽略高温强度，认为干熄炉红焦焦炭仅有1000℃左右，不需要对荷重软化温度有太多的关注。实际上，在系统的运行过程中，需要导入4000～6000m3/h 的空气， 一方面作为循环气体的补充；另一方面，提供燃烧可燃基(CO1~12等)及焦粉所需氧气。从理论上说，这些燃烧反应让局部环境温度达到1350℃是可能的。更值得关注的问题是， 循环气路的严密性一直是干熄焦系统运行过程中，难以保证的难题。在斜道出口至锅炉尾部的负压腔，泄漏点多且不 易排查和检修，所以在斜道和锅炉入口段高温段，会因严密性不够造成局部的空气漏入，并在此部位产生局部的剧烈燃烧，而在此部位漏入的反应过剩空气，会随循环气体，再一次流经高温段(斜道拱顶部位)发生燃烧反应，烧熔砌体，从4#干熄炉状况分析来看，局部温度可能达到了1550℃,甚至更高。这是导致多数厂家斜道拱顶破坏、环形气道变形的重要原因。

     干熄焦用耐火材料的耐磨性，这些年来只作为参考指标，不是因为不重要，而是当时制造工艺和检测水平不够导 致的。当年的攻关指标是<9.0cm3,只是一个不确定的保守值，现在多数厂家已经做到4.0cm3 以下。若要保证排焦系 统的安全，必须有效提高材料的耐磨性，从目前的产品结构和制造水平来看，材料成本提高30%,冷却室维修延长到

5一6年是没有问题的。

(2)耐火泥料技术指标

      要提高耐火泥高低温性能是保证砌体严密性和强度的重要因素。环形气道和牛腿部位的损坏多为从砖缝剥落开始，必须要研究耐火泥烧后强度、火泥热膨胀和重烧线变化与定形砖匹配的要求，以保证砌体结构性的牢固。

(3)保温型浇注料的材质和浇注方法需要改进

      一次除尘膨胀节、三重冷却水套管上部等高温部位因膨胀特性或异形原因使用整体浇注方法，该部位为系统关键通道，却损坏频繁，对系统均衡稳定造成很大的影响。分析原因，主要是轻质浇注料强度不够，浇注方法不当所致。

(4)炉体结构设计需要不断适应工况而改进

      炉体结构设计改进是一个循序渐进的过程，但根据目前多数干熄炉运行状况，至少有两点要改： 一是干熄炉炉口 水封槽结构应改型，达到持久抵抗高温、冲刷的恶劣环境，保护干熄炉炉口装入水封，从而达到干熄焦系统安全稳定 运行的目的；二是由于焦炉容积的大型化，干熄炉一次性装焦量成倍增加，装焦时产生的热应力也成倍提高，对炉体 结构的强度要求相应提高。解决环形气道原结构设计缺陷问题，从而提高砌筑体抗热冲击能力，并提高循环风道严密性。

(5)砌筑施工标准的执行

     干熄炉砌筑体属竖窑式结构，是正压状态的圆筒形立体饱筑，特别是斜道区变角度承载，所以要充分考虑承重的 合理性及火泥在常温下24h后的黏合和耐压强度；由于施工方多为赶工期，从而忽略了这一点，在砌筑时就产生了位移和滑动，每个牛腿受力不均匀，使斜道整体受力均匀性能降低。

3、 减缓损坏的措施

(1)提高耐火材料标准和火泥强度

     目前使用的莫来石-碳化硅质砖，其高温耐压强度，高温下的抗折性能和热震稳定性能存在不稳定性，另外由于受力不均匀，无法承受上部巨大的压强。可考虑采用指标性能更优越、稳定性能更高的砖质，如氮化硅结合碳化硅、氧氮化硅结合碳化硅、塞隆结合碳化硅，其高温抗折强度分别达到40MPa、30MPa、60MPa。    在目前莫来石碳化硅  质砖(含环形气道)的性能改进上，考虑改进荷重软化温度≥1550℃、增加高温抗折≥20MPa、 提高热震稳定性(1100℃水冷)≥60次、考核耐磨性≤5.5cm3 等主要指标。

(2)冷却室要考虑用碳化硅砖以保证耐磨性

      之前维修用浇注料采用高铝重质浇注料，因不能满足使用要求，现改为莫来石-碳化硅浇注料。

(3)改进砖型，利于砌体结构强度

     砖体部位采用纵向、横向圆形凹槽，使砖层咬合更加合理，局部应力相对均衡，对提高整体均匀受力较为有益。

在此基础上，预存室砖要增加立向沟槽，承受装焦、储存的膨胀应力，避免严重变形。改变炉口砖形结构，让不锈钢水封结构潜人砖槽内部，避免与高温直接接触，缓解骤冷骤热的影响。

(4)设计结构改型、合理分配支撑承载压强在确保焦炭的冷却处理能力下，可考虑将烟道开口面积适当降低，适当增大牛腿承载宽度，增强承载能力；将支撑牛腿倾斜角适当降低，以增加底部的受力支撑。

(5)严格砌筑标准，加强施工管理

       在施工砌筑时，必须严格管理，规范砌筑，合理掌握烟道平衡圈梁砌筑，均匀分配支撑牛腿的重心及圆周分布角  度。杜绝因工期及其他因素降低砌筑要求，综合考虑季节性因素，尽量在夏季、秋季开始砌筑，在砌筑过程中要严格 掌握灰缝误差(±0.5mm), 合理控制好砖缝及水平度，发现斜道位移或塌腰现象，立即停止砌筑，及时调整。合理工期 应控制在22天：即每天一层，13天砌筑完成斜道牛腿；干燥期6天；干燥期结束后，重新测量水平度，无差异后支模砌筑拱顶部位， 一天一层，22天后完成斜道区砌筑，确保斜道区形成整体，从而提高承重的均匀性。