焦炭干熄焦的工藝流程及所用耐火材料

焦炭干熄焦的工藝流程及所用耐火材料

焦炭生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)是熄焦。熄焦方法主要有濕(法)熄焦和干(法)熄焦。濕熄焦是傳統(tǒng)的工藝，它是用水作載熱體(噴水方法)將熾熱的焦炭(溫度約1000℃)降低到300℃以下；而干熄焦采用非水方法熄焦，具體是采用惰性氣體(一般為氮氣)鼓入裝入熄焦爐的熾熱焦炭冷卻，然后從熄焦爐下部排出。

由于熄焦方法不同，效果不同：
(1) 焦炭質(zhì)量。干法熄焦優(yōu)于濕法熄焦。后者因用水將熾熱焦炭冷卻，焦炭裂紋增多，焦炭質(zhì)量下降，不利于高爐煉鐵。據(jù)有關(guān)資料分析，干熄焦因焦炭質(zhì)量提高，可使高爐煉鐵入爐焦比下降2% ~5%，提高高爐生產(chǎn)能力約1%。
(2) 節(jié)約水資源，減少環(huán)境污染。
(3) 降低有害雜質(zhì)，保護環(huán)境。在濕法熄焦過程中，水與熾熱焦炭接觸， 產(chǎn)生的大量化合物、硫化物等有害物質(zhì)，自由排放，污染環(huán)境。干熄焦采用惰性 循環(huán)氣體在密閉的干熄爐內(nèi)對熾熱焦炭進行冷卻，對粉塵、污染物易于控制。焦炭干熄焦用耐火材料干熄爐由預存室、斜道區(qū)和冷卻室組成。分別分布在干熄爐上、中、下部。干熄爐為圓形截面豎式槽體，外殼用鋼板及型鋼制作，內(nèi)層采用不同耐火磚砌筑，有些部位用耐火澆注料。預存室的上部是錐頂區(qū)，中部是直段實心耐火磚砌體，下部是環(huán)形煙道。分內(nèi)墻及外墻二層環(huán)形砌體，內(nèi)墻要求高強度耐火磚。斜道區(qū)內(nèi)層磚要求：抗熱震、高強度、耐磨。為此，選用莫來石-SiC磚。干熄爐入口耐火磚也如此。干熄爐預存室的耐火磚，熱沖擊大。裝焦炭的機械沖擊和磨損，要求高強、耐磨、熱震好的耐火材料，如莫來石磚；冷卻室因溫度變化頻繁，因此良好的抗熱震性是耐火材料基本要求。

干熄焦用的干熄爐工作環(huán)境，耐火材料應具備如下優(yōu)良特性：(1) 抗熱震性。(2) 耐磨、強度要高(耐壓強度、抗折強度)。

焦爐用耐火材料

1．硅磚硅磚中SiO2含量93％以上，SiO2能以三種類型結(jié)晶形態(tài)(石英、鱗石英、方石英)和一種非結(jié)晶形態(tài)(石英)存在，而同一類的結(jié)晶形態(tài)，又有幾種同素異形體。石英有α—石英和β—石英；方石英有α—方石英和β—方石英；鱗石英有α—鱗石英、β—鱗石英和γ—鱗石英。三種形態(tài)及其同素異形體，是以晶格和密度不同來彼此區(qū)分的。
它們在一定溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。超過此溫度范圍，即發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變。600℃以前晶型轉(zhuǎn)變較多，故體積變化較大，而且在117℃、163℃、180—270℃，和573℃等幾個轉(zhuǎn)化點，體積變化尤為顯著，這時容易引起砌體變形和硅磚裂紋。但是在600℃以上硅磚的體積變化較平穩(wěn)，它的抗急冷急熱性反優(yōu)于粘土磚。
因此，這對焦爐各部位材質(zhì)的選用，對焦爐砌筑、安裝、烘爐，生產(chǎn)維護及冷爐等，都有重要的意義。硅磚屬酸性耐火材料，具有良好的抗酸性渣侵蝕的能力。硅磚的導熱性能好，荷重軟化溫度高，幾乎接近其耐火度，一般都在1620℃以上，這是因為硅磚中的鱗石英能形成良好的結(jié)晶骨架，呈現(xiàn)出近于晶體的性質(zhì)。由于硅磚具有以上特點，故現(xiàn)代焦爐主要部位：炭化室、斜道區(qū)和蓄熱室墻采用硅磚砌筑。增加硅磚導熱性對焦爐強化生產(chǎn)有利，提高硅磚密度能提高導熱性。

2．粘土磚粘土磚耐火度雖高，但荷重軟化開始溫度比耐火度要低得多，而且軟化變形溫度間隔很大，可達200C以上。粘土磚屬酸性耐火材料。具有良好的抗蝕性，它的熱穩(wěn)定性好，但導熱性和機械性能均較硅磚差。格子磚、箅子磚、小煙道襯磚、爐頂用磚以及爐門襯磚、上升管襯磚等，應具有良好的熱穩(wěn)定性，而對荷重軟化溫度要求不高，故均采用粘土磚。缸磚是過燒的粘土磚，表面光滑、密度大、機械強度和耐磨性高，用于焦爐頂面及焦側(cè)作業(yè)臺面等處。

3．高鋁磚含Al2O3高于48%的鋁硅質(zhì)耐火磚叫高鋁磚，它的耐火度及荷重軟化開始溫度均高于粘土磚，抗渣性能也好。耐急冷急熱性雖不如粘土磚但優(yōu)于硅磚，可用于砌筑燃燒室爐頭。

4．葉蠟石磚葉蠟石磚是含SiO277%一78％，A12O319％一2l％的半硅磚，它的耐急冷急熱性和抗渣性均較強，是一種新型耐火材料，已被用于焦爐爐頂面磚和水煤氣發(fā)生爐作內(nèi)襯，其用途有待開發(fā)。

5．耐火泥料耐火泥是使砌體成為一個整體的粘結(jié)劑，它應具有與砌體用磚相應的性能，焦爐用的火泥應具有：

(1)常溫下有良好的可塑性與粘結(jié)性；

(2)干燥和燒成時收縮性小；

(3)耐火度和荷重軟化溫度高于所在部位溫度。砌筑焦爐用的耐火泥分為硅火泥和粘土火泥。硅火泥分高溫(>1500℃)、中溫(1350一1500℃)和低溫(1000一1350℃)三種。

砌筑焦爐時，根據(jù)各部位的耐火磚種類和溫度采用不同的耐火泥。焦爐在熱態(tài)對所產(chǎn)生的裂縫、剝蝕或熔洞等爐體損壞進行噴補或抹補時，所用泥料是以水玻璃為粘結(jié)劑的硅質(zhì)或粘土質(zhì)火泥，以及以磷酸為粘結(jié)劑的粘土火泥。由于磷酸成本較高，也有的部分采用硫酸鋁作粘結(jié)劑配制成熱修泥料。

除上述耐火材料外，為減少高溫墻面向外界的散熱，在其受熱面與外壁間常用隔熱材料砌筑。

隔熱材料可以直接充填，可調(diào)制成膠泥涂抹，可制成隔熱磚或隔熱板，也可制成隔熱氈，還可以輕質(zhì)粘土磚塊、蛭石、嘭脹珍珠巖等作骨料，加水泥、磷酸鹽、水玻璃等膠凝材料制成隔熱混凝土。焦爐常用的隔熱材料有硅藻土磚、輕質(zhì)粘土磚、膨脹珍珠巖磚、蛭石磚、硅酸鋁纖維等。

焦爐砌筑耐火材料的管理

焦爐是一種結(jié)構(gòu)復雜、要求壽命長達25年以上且長期連續(xù)生產(chǎn)的熱工設(shè)備，它的用途是將煤在隔絕空氣的條件下加熱到950℃～1050℃干餾，從而獲得焦炭和其他副產(chǎn)品，是焦化煤氣系統(tǒng)的心臟，因此焦爐砌筑是焦化煤氣系統(tǒng)工程施工的重要環(huán)節(jié)。

眾所周知，焦爐砌筑工程施工是否順利，與施工準備做得是否充分有很大關(guān)系，施工準備做得好，施工時就會按部就班、有條不紊地順利進行，而耐火材料的管理工作既占施工準備工作的一大塊，又貫穿整個砌筑過程。焦爐用耐火材料量大、品種多、磚型復雜、砌筑質(zhì)量要求高等特點，以JN60—82型65孔焦爐為例，其耐火磚總量約17000t，500多個磚型，耐火材料有硅磚、粘土磚、缸磚、硅藻土磚、紅磚、耐熱填料及耐火泥漿等，大約占整個焦爐本體砌筑工程造價的70%，所以對以上這些耐火材料進行管理的技術(shù)水平高低，將直接影響工程實體的質(zhì)量、工期和項目的經(jīng)濟效益。

1 耐火材料庫焦爐砌筑前耐火材料的準備工作必須到位，而耐火材料需要放入耐火材料庫，包括有蓋庫和露天庫。有蓋庫用來存放硅磚、隔熱磚和粉料，露天庫貯存粘土磚、缸磚和紅磚。輔助材料大多也放在有蓋庫內(nèi)。無論有蓋庫或露天庫，均要有堅實的地坪，庫內(nèi)地坪要高于庫外地坪，周圍要有排水溝。有蓋庫要保證不漏雨，庫內(nèi)設(shè)足夠的照明。

2 耐火磚的碼放為了方便施工用料，應根據(jù)工程需要和庫房的具體情況繪制出耐火材料入庫存放平面圖，規(guī)劃使用庫房。其原則是：要按照施工的先后順序碼放，先進行砌筑部位的耐火磚盡量靠近運輸線路堆放；按照砌筑焦爐的部位分別碼放；按不同磚種碼放，如硅磚、粘土磚、保溫磚等分別堆放；按照不同規(guī)格分別碼放；所有磚垛均應標識清楚，標明磚種、磚號及使用部位，以免用錯；磚垛間通道的寬度：人行道不小于600mm，運輸?shù)啦恍∮?000mm，磚垛與墻的距離不小于500mm；同一磚號的磚垛，只允許有一個不完整的磚垛。

3 耐火材料的檢查與磚加工在施工前，對耐火材料要做好四個方面的工作，以保證質(zhì)量和工期。

3.1 檢查入庫
3.1.1 異型耐火磚逐塊檢查，合格品入庫。
3.1.2 磚垛堆放高度宜為：(不大于)直形耐火磚3m　　 大數(shù)量異型耐火磚2.5m　　 小數(shù)量異型耐火磚和形狀特復雜的磚1.5m
3.1.3不合格磚也分號另行堆放整齊。
3.1.4 耐火泥等要抽查其重量，記錄準確，標識清楚。

3.2 分大小號
3.2.1 以磚的厚度(高度)為主，將蓄熱室墻和燃燒室的大數(shù)量磚號(共約6～7個)按厚度分為兩類，標明大小，分垛堆放。
3.2.2 在耐火磚訂貨時，力爭把厚度標準改為+1、-2，長度為+2、-3這樣，就可取消了按厚度分大、中、小號的工作。否則就力爭大公差磚越少越好，以減少加工量，但負公差磚也不能過多，否則砌體的灰縫和標高就難以保證。

3.3 磚抽檢
3.3.1按需要對磚的主要尺寸進行量尺，隨機抽查，以了解磚公差的分布情況。抽查數(shù)量依據(jù)磚量大小約為3%～10%。
3.3.2 抽查要精確，要做好記錄和分析。

3.4 耐火磚的加工
3.4.1 一般耐火磚加工廠設(shè)在磚庫的附近，加工廠要具備防雨和排水功能。廠內(nèi)配置一臺切磚機及除塵設(shè)備。
3.4.2 根據(jù)磚抽查和預砌結(jié)果，確定加工磚方案，各部位的磚的加工工作應在該部位砌筑開始前完成。
3.4.3 設(shè)計規(guī)定的切磚提前進行。
3.4.4 凡需要加工的磚必須由技術(shù)人員按照施工圖經(jīng)過計算畫出加工草圖，草圖上應該注明原磚號、新編磚號、材質(zhì)、尺寸、數(shù)量、使用部位及其他要求。
3.4.5 加工時要按照草圖在磚上畫出加工線，經(jīng)檢查無誤后方可進行切割。加工后磚的尺寸誤差應控制在2mm以內(nèi)。3.4.6 加工好的磚應標上新編磚號，交材料員登記并分別碼入庫房的指定位置待用。

4 預砌筑
4.1 預砌筑的目的
4.1.1 進一步審查設(shè)計，審時不易察覺的問題。
4.1.2 檢查耐火磚外形，入庫時沒有發(fā)現(xiàn)的問題。發(fā)現(xiàn)在施工圖紙自發(fā)現(xiàn)在磚檢查驗收
4.1.3 進一步了解耐火磚的尺寸偏差和相互配合的狀況，再結(jié)合抽查磚來確定加工方案。
4.1.4了解耐火泥的使用性能。
4.2 預砌筑的要求
4.2.1 預砌筑時，除斜道砌在蓄熱室墻頂之外，其他均從地坪重新打底 。
4.2.2 預砌時，要和正式砌磚一樣測量放線立標桿，使用的磚要隨機取用。
4.2.3 預砌要做好詳細記錄及情況分析。

5 耐火材料的供應
(1)耐火磚、耐火泥漿及輔助材料采用限額供料方式，技術(shù)人員要做好日作業(yè)計劃，做好每日每砌筑組上磚小票，當日料當日用完。
(2)擺磚場設(shè)置在焦爐附近，上磚人員根據(jù)技術(shù)人員編制的上磚小票將磚從磚庫領(lǐng)出并按照小票標明的順序碼放在磚板上，于砌磚前一目夜班一次集裝供齊，砌磚時要有專人負責補充零星壞磚，廢究耐火磚當日運下爐回庫。(3)每一板磚碼放完成后 由材料員按小票清點復查，確認無誤后，在磚板的明顯處寫明墻號、組號、磚板號。
(4)上磚時，由叉車配合汽車將磚整板運入焦爐大棚內(nèi)，用天車吊運到爐上并按照磚板上所標的組別和板號擺放在相應位置。
(5)在焦爐機側(cè)一端焦爐大棚外側(cè)設(shè)置攪拌站，配置3臺泥漿攪拌機、3個大灰槽和1個計量水箱，搭設(shè)一座80～lOOm。臨時防雨火泥庫。
(6)攪拌站每天的攪灰類別和攪拌量、配比由技術(shù)員提前一天提供給站長，由站長安排作業(yè)人員嚴格按配比攪拌。攪拌好的泥漿應按類別做好標識，一旦用錯后果不堪設(shè)想。
(7)耐火泥漿 由攪拌站裝中灰槽運到焦爐大棚內(nèi)，用天車吊運到每個作業(yè)組。向每砌筑組供一中灰槽泥漿，砌磚過程中，再按當日需灰量，為各組補齊。每天砌筑完成后要對剩余的泥漿進行清理、回收，并堆放在指定位置，在熱態(tài)灌漿時使用。工業(yè)爐砌筑工程遵循“設(shè)計是前提，材料是基礎(chǔ)，施工是關(guān)鍵，管理是保證”的技術(shù)路線，目前我國的焦爐砌筑施工已經(jīng)形成一套較為成熟的工法，在采用新技術(shù)和運用高科技方面我公司近年已經(jīng)研究出“焦爐仿真施工技術(shù)”，利用計算機輔助系統(tǒng)進行焦爐砌筑施工管理，省時省材省力，數(shù)據(jù)準確，尤其是在耐火材料管理方面效果尤為顯著。