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焦炉炉衬损毁机理及对耐火材料的要求
焦炉炉衬损毁机理及对耐火材料的要求, 焦炉砌体损毁类型如下 : 1 ) 炭化室墙面产生鼓肚、凹陷,炉头部位产生裂纹、窠洞、渣蚀和烧穿 ; 2 ) 炭化室下部炉衬发生 “ 剪劈 ” 、磨伤或烧穿,盖顶区产生燃烧室位移 ; 3 ) 边部过顶砖损坏等。焦炉炉衬损毁原因主要是热应力作用和机械磨损,但化学侵蚀作用也是不容忽视的。
众所周知,焦炉炭化室和蓄热室是周期性工作的。 炼焦 末期炭化室墙表面的实际温度为 1000~1100℃ ,出焦开始后,砖砌体温度逐渐降低,至装煤后仅有 500~600℃ 。温度的大幅度波动,使砖砌体产生热应力,导致炉衬发生裂纹、耐火砖组织疏松和强度降低。特别是机、焦侧边部炉头砖和炉顶,受冷热冲击较大,成为焦炉炉衬的薄弱环节,损毁更其。斜道区衬体在热应力的作用下,也产生裂纹并逐步扩大,容易发生煤气出漏现象。
机械磨损与焦炉的结构型式和操作条件有关,在装煤和 推焦 时,炭化室炉墙和炉底承受着较大的机械磨损和 冲击 作用。当 推焦 杆变形和装煤过多时,将导致炉墙变形、磨损和卡伤,以及炉底机、焦侧边砖损毁和燃烧室位移。苏联调查了 70 多座不同类型 ( 即 1IK 型、 11K-2K 型和 11BP 型 ) 的炼焦炉,其机械损毁情况如下 : 炉龄 25 年以上的 NK 型焦炉,中央火道区炉墙变形的占 26% ,焦侧 4~5 号火道区变形的占 15% ; NK 型焦炉炉墙砌体剪劈情况是 : 10 年炉龄的为 12% , 15~17 年炉龄的为 30% , 20~21 年炉龄的则大于 50% 。在同样的情况下, NIK-2K 型和 IIBP 型炼焦炉,一般很少发生剪劈现象,但窠洞较多,约占 30% 。
在焦炉炭化室墙面上,由于煤中盐类的化学侵蚀和煤气分解出来的碳素沉积作用,致使炉墙 硅砖 的组织和性能发生变化 : 燃烧室侧受高温和燃气的作用,硅砖变为黄褐色,厚度约为 70 毫米, SiO 2 和 Ca0 稍有增加,气孔率有所提高 ; 硅砖中间层变为灰褐色,厚度约为 20 毫米 ; 炭化室侧硅砖则为黑灰色,该层约有 10 毫米厚, Fe20 3 和 A l 20 3 的含量有所增加,组织致密,气孔率降低。炭化室炉顶沉积着碳素类物质,且经常烧掉,致使砖组织疏松,强度下降 ; 蓄热室等部位的砖砌体也同样受到化学侵蚀作用,特别是上部格子砖,由于温度高、有积灰,侵蚀更严重些。
随着焦炉的大型化,火道温度从 1300℃ 左右提高到 1460℃ , 结焦 时间从 18 小时缩短到 14 小时,焦炭日产量从 25 吨 / 孔增加到 67 吨 / 孔左右。因此,炼焦炉砌体的工作条件更苛刻,对 焦炉 用耐火材料提出了更高的要求。
上 图为日本焦炉硅砖质量的演变情况。从图中看出,在二十五年中,硅砖的显气孔率逐年降低,即体积密度增加,同时耐压强度也随着提高。这也说明,日本焦炉硅砖的导热性和耐磨性等性能指标有了较大的改进。
目前,各国焦炉用耐火材料主要是硅砖,其外形尺寸应准确无误,并具有足够高的体积密度,导热性、高温蠕变性和高温强度。同时,砖中的石英成分要基本上转化为鳞石英,残余石英成分应低于 5% ,越少越好 ( 一般用真比重指标来控制 ) , A l2O3 Fe 2O3 和 碱性 氧化物等杂质,要 降 低到允许的范围之内。
日本和西德等国家,为了适应于大容积焦炉用砖的需要,在 1 970 年先后修订了焦炉用砖工业标准,规定的性能指标更高了。苏联焦炉用硅砖的国家标准,虽然没有修订,但各厂生产的焦炉硅砖,质量均有较大的提高,见 下 表所示。
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