干熄炉斜道区损坏原因分析与解决措施

干熄炉斜风道耐火材料的损毁和提高寿命的途径任社安（上海五冶建设有限公司工业炉窑工程公司，上海201900）1 工程概况焦炭的熄焦方式有湿法熄焦和干法熄焦两种。

湿法熄焦因工艺简单、投资省，目前国内仍然采用,但此方法热量浪费相当大,且在焦炭内部产生大量热应力,造成焦炭产生裂纹和破裂。

此外,煤中的硫在炼焦过程中部分脱除,残留在焦炭中的硫与水反应,产生硫化氢和二氧化硫,这些有害气体与水蒸气一起排到大气中污染环境。

与湿法熄焦相比，干法熄焦具有减少水的浪费和利用焦炭热能达80％，还能改善焦炭质量和生产环境。

随着社会的发展，对环保及节能的要求越来越高，近年来，我国越来越多的钢铁厂选用了干法熄焦装置。

熄焦室是干法熄焦装置中的主要组成部分，由上部锥体、预存室（环形气道）、斜风道和冷却室组成。

焦炭靠自重在熄焦室中从上面的上部锥体经预存室进入冷却室，冷惰性气体（N2）从下面的风帽进入冷却室，在冷却室中进行热交换后，热惰性气体由斜风道进入环气风道，在开口部汇集，再经过除尘净化，经余热锅炉回收热量后，继续循环使用。

干法熄焦装置的种类较多，按熄焦能力分为75t/h、100t/h、125t/h、140t/h、160t/h等。

干熄焦系统耐火材料的一代炉龄正常为10～12年，斜风道部位为使冷却气体容易通过，将圆周20～36等分，并设置了支柱，斜风道支柱承受了上部隔墙及环风道内墙耐火材料的重量，是整个结构的关键部位。

斜风道部位耐火材料的工作环境恶劣，长期受急冷急热、强气流冲刷、焦炭的摩擦以及不均匀受力等影响，从而导致支撑砖断裂, 过顶砖出现剥落，无法进行正常生产。

图1 斜道部位损毁状况2 损毁机理斜烟道部位目前大部分都采用莫来石结合炭化硅砖, 耐火砖的断裂形成过程是裂纹的成核、生长、扩展（亚临界裂纹扩展-临界扩展）直至断裂。

（1）SiC材料由于氧化引起裂纹扩展机理。

在1000℃环境中，氧在裂纹尖端与SiC发生如下反应形成含有杂质的硅酸盐晶界薄层。

1 干熄炉斜道区耐火材料损毁的原因1.1 斜道区耐火材料损毁的现状干熄焦工程是一项先进的环保和能源再利用工艺技术，对减少环境污染，节省水资源、能源再利用和提高焦炭质量具有重要作用和意义，是国家发展改革委员会制定的十大节能工程之一。

但近几年来，干熄焦工程推广进度不快，全国需改造成干熄焦的焦炉约2200座左右，而至今投产的不到100座，究其原因虽很多，但干熄焦斜道区（俗称牛腿）的耐火材料达不到设计和使用年限，损毁严重，迫使干熄炉停产检修而造成业主困扰和经济损失是一大制约因素。

如昆钢、马钢、南钢等干熄炉均在投产一年内发生过斜道区耐火材料的裂纹、断裂、损毁而被迫停产检修。

1.2 干熄炉斜道区的破损原因在干熄焦装置正常操作时，循环风量应与排焦量相匹配。

当排焦量增大时，循环风量也应相应增大，但每次增加循环风量的幅度不能太大。

循环气体流经干熄炉的冷却段时，从斜道区进入环形风道，会带走一部分焦炭。

斜道区的耐火材料不仅受到焦炭向下流动时的冲击力，还受到向上的循环气体夹带焦粉的冲刷。

而且，焦炭、循环气体以及耐火材料的温度沿斜道高度连续变化，特别是斜道区下部的温度在300～700℃之间变化，会产生很大的热应力，从而造成耐火材料的拉裂、剥落等，图1中示出了斜道区牛腿的破损情况。

图1 干熄炉斜道区牛腿的破损情况2 保证干熄炉斜道区耐火材料质量的措施目前，干熄炉斜道区耐火材料大多采用莫来石碳化硅砖及配套胶泥，但在使用中仍存在一些问题。

为此，我公司在斜道区耐火材料制作和砌筑等方面采取了以下措施，有效地保证了干熄炉斜道区耐火材料的质量。

（1）重视原材料的纯净度和理化指标。

生产莫来石碳化硅砖及配套胶泥的主要原料有莫来石、碳化硅和氧化铝超微粉等。

其中莫来石又可分为天然莫来石、烧结莫来石和电熔莫来石；碳化硅有97碳化硅、93碳化硅、90碳化硅等品种；氧化铝超微粉有α-Al2O3、研磨Al2O3等，根据细度不同又可以分为各种品种。

在干熄炉斜道区复杂恶劣的工况条件下，原料应该有很高的纯净度，很好的活性，宏观有很好的颗粒形状，微观组织结晶均匀、结晶相和晶粒形状要好，并成网状结构。

干熄焦装置斜道区耐火材料的损坏及提高寿命的途径２００９年４月第３４卷第２期耐火与石灰３０多年干熄焦装置大规模使用历史的日本．斜道区目前仍在使用的是特种莫来石砖。

我们使用材料的档次明显高于日本．但使用效果却并不好。

这也从一个侧面说明一个问题：不是越高级的耐火材料使用效果越好，而是要使用最适合的耐火材料。

为了弄清干熄焦装置斜道区耐火材料的损坏原因。

我们对几座千熄焦装置斜道区耐火材料的损坏特征进行了分析和研究．认为十熄焦装置斜道区耐火材料的损坏主要是结构应力损坏．并提出了一些延长该区域耐火材料寿命的办法。

在此。

我们将干熄焦装置的损坏情况和我们的分析结果做一介绍．与大家一起交流和探讨。

２干熄焦斜道区的损坏特征图ｌ为干熄焦装置示意图。

对几座干熄焦装置斜道区的损坏特征考察后发现。

斜道区耐火材料的损坏非常一致。

都是在支柱的里端和与支柱相连的环形隔墙下部发生损坏。

图２、图３分别是某干熄焦装置支柱和环形隔墙下部典型的损坏状态。

支柱的损坏，是里侧砖先发生断裂、砖缝开裂，然后砖脱落；环形隔墙的损坏，是砖先发生水平裂纹和“抽签”现象。

然后炉内端发生断裂。

图ｌ千熄焦装置结构示意图图２支柱的损坏３斜道区耐火材料损坏机理分析斜道区的耐火材料损坏非常有规律，都是发生在支柱的炉内端及环形隔墙与支柱相连的部分。

而从斜道区炉衬的几何形状看。

这些损坏部位都是环形隔墙重力偏心载荷的作用区，显然损坏与构造性应力有关。

因此。

我们先对该区域的受力情况进行分析。

图３与支柱相连的环形隔墙的损坏图４斜道区各部分分离简化示意图为了便于分析。

需要先将支柱与其相连部分按构筑情况进行分离并形状简化。

图４是分离简化示意图。

３．１支柱的受力分析先以支柱为对象进行受力分析。

假设，在干熄焦装置完成砌筑、尚未烘炉的初始状态下。

支柱与上方的环形隔墙和下方的支座结合良好，完全为面接触状态。

这样，其受力可以简化为如图５所示。

在忽略支柱本身重力作用条件下，支柱受到以下５个方向力的作用：ＦＩ一环形隔墙的莺力Ｆ２一支柱底座的支撑力Ｆ，～环形隔墙对支柱斜面的推力１４?ＲＥＦＲＡＣＴＯＲＩＥＳ＆ＬＩＭＥＡｐｒ．２００９Ｖ０１．３４Ｎｏ．２及支柱前端发生收缩，导致支柱发生内倾变形。

干熄焦斜道区牛腿损坏原因分析及预防措施作者：郭青龙石修连来源：《管理观察》2009年第25期摘要：干法熄焦与湿法熄焦相比，具有节约能源、改善焦炭质量和保护环境等优点。

随着社会的进步，对环保、能源的循环利用要求越来越高，干熄焦已成为我国炼焦行业的发展的必然趋势。

在干熄焦生产过程中，斜道区在生产中温度会急剧变化，砖体很容易破损，主要集中在干熄炉的斜道区牛腿处。

干熄焦系统需要定期年修，很大程度上是要检查“牛腿”损坏情况，并进行相应的修补。

年修不仅费用可观，还给生产带来不便。

因此提前做一些预防措施，来减缓“牛腿”损坏速度，是一项很值得探讨的工作。

关键词：斜道区牛腿损坏预防1.前言目前我国干熄炉基本上是竖式圆形结构，自上而下分别为预存段、斜道和冷却段。

斜道不仅是冷却段和预存段过渡区域，而且还是气流汇集改向处。

在结构上，该区域逐层悬挑承托上部砌体荷重，并逐层改变烟道的深度，一旦损坏拆除和修复难度就会很大。

2.干熄炉斜道区牛腿破损分析2.1干熄炉斜道区支腿的破损情况目前国内干熄焦在运行一年左右的时间都会发现，支腿耐火材料的破损状况严重，支腿耐火砖侧面产生裂纹，裂纹宽达几个毫米，支腿耐火砖的正面开裂，最大的两个支腿耐火砖会出现几厘米的裂缝，其他斜道支腿正面出现几个厘米的裂缝。

开裂高几厘米不等，30个支腿会不同程度地存在耐火砖表面的龟裂、断裂和脱落现象，有的部位甚至出现断裂剥落严重状况。

国内若干家干熄焦的牛腿损坏各不相同。

根据损坏的部位和程度，概括起来有三个特点，具体分别为从上部第三层砖开始向下断裂型、表面剥离损坏型和牛腿底层砖脱落型。

2.2干熄炉斜道区的破损原因分析2.2.1砖型结构搭配设计不合理目前国内干熄焦斜道区支腿耐火砖绝大部分采用莫来石一化硅砖，莫来石碳化硅砖是通过加入氧化铝、氧化硅，在基质中形成连续莫来石相，将碳化硅骨料包裹形成的多相材料。

它具有碳化硅机械强度高、热导率高、膨胀系数低、热震稳定性好、耐化学侵蚀性好等特点，是一种优质耐火材料。

焦化厂影响干熄焦设施设备寿命因素及原因分析和技术措施1、影响干熄焦寿命的几种情况及原因分析1.1 干熄炉斜道区损坏：斜道区俗称为牛腿，是干熄炉较为容易损坏的部位，该区域在装焦生产中不仅会受到红焦向下流动的冲击力，还要受到夹带着焦粉的高温循环气体的冲刷。

此外，在干熄焦热循环的过程中，斜道区还会经受 300℃~700℃的温差变化，在较大的热应力作用下很容易造成斜道区耐火材料出现损坏。

主要表现为牛腿砖折断和崩溃性损坏；拱顶部位高温段砖体烧熔。

究其原因，一是耐火砖高温性能问题，难以适应频繁的、大幅度的温差变化，特别是当斜道出口密封性较差，因局部负压吸入空气时，会使该部位发生剧烈燃烧，甚至达到1350℃~1550℃的高温，继而导致砌体烧熔。

1.2 预存室环形气道变形：环形气道是干熄炉高温烟气的通道，具有砌体结构复杂，运行环境恶劣的特点，生产运行时会频繁地受到高温烟气的冲刷，对炉体结构的耐磨性、热稳定性等都有着非常高的要求。

因此，环形气道在经过两年的运行周期后大多会出现不同程度的变形甚至是倒塌，不得不停产检修。

通过与其它焦化厂干熄焦设备运行情况的调查，认为环形气道变形，检修周期较短的原因：一是装焦量较大，导致装焦时炉体承受的热应力瞬间成倍提高；二是预存室容积提高，较大的装焦量必然导致气道所承受的径向应力的增加；三是气道严密性不良，导致局部砌体烧熔。

1.3 高温膨胀节内衬浇筑材料寿命短：干熄炉至一次除尘器之间的高温烟气通道采用高温浇筑料分层浇筑，虽然具有施工简单、成本低廉等优点，但是在恶劣的工况环境下，运行一段周期后较容易出现粉化、开裂等结构性破坏，致使其严密性受到破坏。

继而导致夹带大量粉尘的烟气外逸，污染环境。

1.4 装焦炉口水封槽寿命短：炉口水封槽主要起到防止装焦时烟气、粉尘外逸的作用，在生产时由于需要时常开闭，因此会频繁经受 1000℃左右高温烟气的冲刷和灼烧。

长期运行下，容易导致不锈钢水封槽的损坏，并导致工业用水漏入干熄槽内。

干熄炉斜道部位为什么易受损，如何防止受损？
答：斜道区和冷却段耐火砖砌体损坏得较快，造成这些部位耐火砖严重磨损的客观原因主要有：焦炭、循环气体以及耐火材料砌体的温度沿斜道高向连续波动，特别是在斜道下部耐火砖砌体温度梯度大，会造成耐火砖砌体拉裂、剥落；焦炭向下流动时对耐火砖产生的机械力，会导致斜道的突出部位第一块砖至第三块砖边部被磨损、打碎，还会造成冷却段的墙上出现不同深度的孔洞和磨损；循环气体中的焦粉对冷却段和斜道下部耐火砖砌体造成的磨损不大，因为该处的气流速度小。

最大的磨损发生在上部环形烟道，尤其发生在环形烟道隔墙以及环形烟道出口处，该处的耐火砖砌体因受循环气体焦粉磨损造成的孔洞较深；由于循环气体中存在CO，在300～600℃范围内会发生化学反应2CO→CC2+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。

这种损坏主要发生在冷却段的耐火砖砌体上面。

耐火砖中所含的铁杂质，会使这一化学反应加强。

为了减少这种化学侵蚀，干熄炉耐火砖中的CC2C3应严格控制，这是对耐火材料本身提出的要求。

在干熄焦生产过程中，会出现耐火砖砌体不完全冷却的短期停工现象。

即干熄焦定修时冷却段的焦炭并不排出，预存段还有红焦，循环风机也不停或者短时间停止运转，干熄炉温度逐渐下降但不完全冷却，因此对耐火砖砌体损坏的程度不大。

但当需要在锅炉和干熄炉内部进行检修时，必须将干熄炉内红焦完全降温冷却后进行，待检修完成后再重新对干熄炉进行升温操作，即干熄焦的二次开工。

干熄焦的这种完全
降温检修和二次开工会导致干熄炉耐火砖砌体膨胀加大，砌体个别部位形成裂缝和剥落，对耐火砖砌体造成较大的损坏。

这是干熄焦耐火材料损坏的主要原因，因此应严格控制干熄炉内红焦完全冷却的次数。

干熄焦斜烟道区耐火材料的损坏及砖形和炉衬结构的影响中冶焦耐工程技术有限公司特新耐火材料研究所2005-11-131 前言2004年10月，武钢干熄焦炉投产1年停炉检修时发现斜烟道支墙损坏严重，靠炉内一侧SiC 砖普遍断裂，支墙砖端面立砖缝普遍裂开（最大裂开缝达~40mm 宽），如不进行维修，蓄焦室隔墙有垮塌的危险。

2005年5月马钢干熄焦使用1年后停炉检修，也发现了类似的损坏，但损坏程度比武钢轻。

我们在武钢对干熄焦炉的损坏情况进行了实地考察时，与干熄焦炉设计方日本新日铁技术人员须藤先生及武钢焦化厂的技术人员交换了看法。

武钢焦化厂的技术人员最初认为是火泥质量问题，后通过我们的分析，大家基本赞同是应力破坏。

在马钢考察后，更坚定了我们的看法，并且认为砖形和砌筑结构对应力破坏影响较大。

之后我们在炉衬损坏机理分析和炉衬合理化结构方面做了大量的析研究工作，取得了一些成果和认识，现将实验研究结果归纳如下：2 斜烟道区耐火材料损坏机理分析2.1 干熄焦装置斜烟道区结构模式图1是干熄焦装置结构示意图。

图1 干熄焦装置结构示意图环形隔墙 斜烟道支柱 烟道外墙斜烟道区现有构筑结构大体可分为两类，一类环形隔墙与斜道支柱以及烟道外墙通过砖的沟舌连接在一体，如日本过去的75t/h 的小型干熄焦和宝钢引进的干熄焦即为此结构，这种结构可用图2表示。

另一类结构是环形隔墙与斜道支柱通过砖的沟舌连接在一体，但与烟道外墙不发生沟舌连接，武钢引进的大型干熄焦装置就采用这种结构，这种结构可用图3表示。

图2 环形烟道、斜烟道支柱和烟道外墙连成一体结构图3 环形隔墙与支柱连成一体但与外墙间设滑移缝结构 BC2.2 斜烟道支柱与环形隔墙及烟道外墙相互连接结构的损坏机理这种结构见图2，斜烟道支柱每层砖的外端通过沟舌与烟道外墙连接起来，从熄焦室墙顶端开始，每层砖向炉内延伸一点，上下层砖之间通过沟舌结构使砌体形成一体。

当上方环形隔墙的重力压在支柱内端时，支柱将受偏心载荷作用，发生向下向内变形的趋势。

干熄焦斜道用耐火材料的选择及其损毁（一）
干熄焦（简称CDQ）是利用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法，具有节能、环保、改善焦炭质量的特点。

在干熄焦装置中，使用耐火材料的主要部位是干熄炉本体和一次除尘器。

干熄炉本体又分为三部分：冷却室、吸引带（斜烟道和预存室）和装入带。

干熄炉冷却室常用耐火材料为B级莫来石砖（BM）；倾斜烟道用材料目前有A 级莫来石碳化硅（QAT）、莫来石红柱石（BE3－LN、QAT－SF）、氮化硅结合碳化硅（Si3 N4－SiC）和β-SiC四种材质，应用多的为QAT和BE3－LN；预存室用材料为A级莫来石砖；装入带锥体部位用致密黏土砖QN3、QN53，炉口部位用B级莫来石碳化硅砖（QBT）；一次除尘器用耐火材料主要为A级莫来石砖和致密黏土砖QN53。

目前我国干熄炉的损毁主要表现在以下几个方面：1）倾斜烟道支柱砖断裂、开缝和磨损；2）预存室环形风道内墙倒塌；3）冷却室砖磨损严重；4）膨胀节用耐火材料损毁；5）一次除尘器挡墙倒塌。

以下重点介绍倾斜烟道和环形风道的结构及损毁原因。