干熄爐耐火材料檢修技術(shù)

王世俊 劉運(yùn)龍 張建輝 張為斌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

干熄爐耐火材料檢修技術(shù)

王世俊 劉運(yùn)龍 張建輝 張為斌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對(duì)干熄爐耐材易出現(xiàn)的故障，提出合理的檢修方案，以縮短檢修時(shí)間，降低檢修成本，延長(zhǎng)檢修周期，從而提高干熄焦的經(jīng)濟(jì)效益。

干熄爐 耐材 檢修

0 引言

干熄焦技術(shù)日漸成熟，在提升焦炭質(zhì)量、干熄焦發(fā)電、環(huán)境保護(hù)等方面均起到了關(guān)鍵作用。干熄爐是干熄焦系統(tǒng)的核心，但由于耐火材料本身使用壽命的限制、干熄爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待完善、砌筑過程控制不嚴(yán)等因素，干熄爐耐材需要反復(fù)修理、拆砌。如何合理的安排檢修時(shí)間，采用合適的檢修措施，選擇性價(jià)比高的耐火材料顯得尤為重要。

1 干熄爐耐材易出現(xiàn)的故障

1.1 環(huán)形風(fēng)道支柱(俗稱“牛腿”)損壞

“牛腿”是斜道區(qū)承受環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻重量的砌體，由于該處爐體直徑逐漸改變，“牛腿”磚不僅要承受壓力，還要承受彎矩荷載和循環(huán)氣體的沖刷；“牛腿”磚長(zhǎng)期與焦炭接觸，要不斷承受焦炭的磨損；該處環(huán)境溫度長(zhǎng)期在600 ℃到950 ℃之間波動(dòng)。綜合上述三條原因，“牛腿”磚易出現(xiàn)斷裂、磨損、豎向裂紋、表面剝落、整體坍塌等問題。因此“牛腿” 磚 一般采用有較高耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和耐磨性的A級(jí)莫來石-碳化硅磚。

“牛腿”磚損壞嚴(yán)重而整體坍塌后，上部所承受的環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻也將隨之坍塌。

1.2 冷卻段故障

冷卻段內(nèi)襯磚一般采用A級(jí)莫來石磚，由于內(nèi)襯磚長(zhǎng)期與焦炭接觸磨損，導(dǎo)致內(nèi)襯磚變薄、脫落。根據(jù)干熄爐生產(chǎn)能力大小不同，冷卻段內(nèi)襯磚深度一般為170 mm～230 mm，與中間層的粘土磚交錯(cuò)砌筑，最易磨損的部位是冷卻段下部與上錐斗接觸的部分，其磨損量可達(dá)50 mm/年～80 mm/年。

1.3 其他故障

干熄爐還易出現(xiàn)以下小故障，一旦發(fā)生也將引起嚴(yán)重后果，檢修時(shí)仍需仔細(xì)檢查并合理安排施工處理。干熄爐其他常見故障分析見表1。

表1 干熄爐其他常見故障分析

2 檢修周期及檢修技術(shù)

2.1 年修

干熄爐年修，顧名思義該檢修每年進(jìn)行一次，但如果耐材質(zhì)量過硬、施工水平較高、日常生產(chǎn)操作得當(dāng)，可以延長(zhǎng)至18個(gè)月，如安陽鋼鐵焦化廠的75 t/h干熄爐、140 t/h干熄爐、190 t/h干熄爐等均是按18個(gè)月的年修周期準(zhǔn)備和實(shí)施的。

年修的檢修時(shí)間通常為20～25天(含升降溫)，檢修內(nèi)容包括斜道區(qū)“牛腿”耐火材料磨損情況檢查、冷卻段和預(yù)存段耐火材料磨損狀況檢查、爐口磚檢查、上錐斗耐磨板及下錐斗鑄石板檢查，以及對(duì)上述部位耐火材料的缺陷進(jìn)行必要的修補(bǔ)[1]。

2.1.1 斜道區(qū)

斜道容易出現(xiàn)問題的就是 “牛腿”，每次檢修需要對(duì)耐火磚脫落比較嚴(yán)重的牛腿進(jìn)行拆砌，一般為第一、二環(huán)“牛腿”磚，對(duì)于其他局部損壞的“牛腿”，可以使用不定型耐火料修補(bǔ)。

檢修方案一般是干熄爐降溫過程中將焦炭料位排至斜道下方約1m處，降溫完成后打開一次除塵器人孔，從兩條牛腿之間進(jìn)入干熄爐內(nèi)，依次平焦、鋪設(shè)鋼板、安裝千斤頂支撐住環(huán)形風(fēng)道支撐梁，然后可以對(duì)“牛腿”進(jìn)行拆砌，每?jī)蓷l同時(shí)拆砌的“牛腿”一般要間隔4條牛腿以上，防止環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻下沉。拆除“牛腿”磚時(shí)不可以使用電錘，只能使用水鉆，防止振松周圍砌體。由于不拆除環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻，新砌“牛腿” 磚都是插入原有“牛腿”中的，不能保證“牛腿”與上部環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻緊密接觸，因此需要在“牛腿”上部一層或者多層灰縫內(nèi)塞入0Cr25Ni20不銹鋼板,保證所砌“牛腿”受力。牛腿拆砌完成后，可以對(duì)局部破損的“牛腿”進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)方法一是在 “牛腿”上安裝“Y”型膨脹螺栓，然后直接涂抹剛玉可塑料，方法二是在“牛腿”上安裝“Y”型膨脹螺栓的同時(shí)支設(shè)模板，用澆注料澆筑。兩種方法各有利弊，方法一檢修時(shí)間短，但剛玉可塑料是人工涂抹，涂抹不均勻，易脫落，方法二雖然能保證澆注料修補(bǔ)的均勻，但是澆注料中含有水，靜置時(shí)間和烘爐時(shí)間都要延長(zhǎng)。牛腿灰縫中塞入不銹鋼板如圖1所示。

圖1 牛腿灰縫中塞入不銹鋼板

2.1.2 冷卻段

當(dāng)斜道區(qū)“牛腿”修復(fù)完成后，邊排焦炭邊對(duì)冷卻段進(jìn)行修補(bǔ)，可以免除搭設(shè)腳手架的時(shí)間。修補(bǔ)方法一般都是用剛玉可塑料進(jìn)行涂抹，但固定可塑料的方法有兩種，一是在冷卻段內(nèi)襯磚上橫向、豎向每隔150 mm左右安裝一個(gè)“Y”型膨脹螺栓，用膨脹螺栓固定可塑料；二是在冷卻段內(nèi)襯磚表面整體鋪設(shè)一層鋼格柵網(wǎng)，用鋼格柵網(wǎng)固定可塑料。

2.1.3 上、下錐斗

冷卻段修復(fù)完成后，將焦炭排空，觀察上錐斗耐磨板和下錐斗鑄石板，對(duì)斷裂、破損、脫落的耐磨板或鑄石板進(jìn)行更換即可。值得一提的是，由于耐磨板和鑄石板雖然耐磨性強(qiáng)，但是彈性差，質(zhì)地很脆，在烘爐前裝冷焦時(shí)，可以在冷卻段人孔和供氣裝置風(fēng)帽之間搭設(shè)竹架板，防止焦炭高空墜入干熄爐內(nèi)對(duì)耐磨板和鑄石板造成沖擊而使其斷裂，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2 大、中修

大、中修一般是對(duì)數(shù)個(gè)區(qū)域或全部區(qū)域的爐體耐材進(jìn)行拆砌更換，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，干熄爐耐火材料壽命為5年左右，因此大、中修的檢修周期一般為5年。干熄爐殼體在預(yù)存段和冷卻段有托磚板，所以預(yù)存段可以單獨(dú)檢修，冷卻段、斜道區(qū)、環(huán)形風(fēng)道則需要同時(shí)檢修，如果斜道區(qū)下部有拖磚板的話(如安陽鋼鐵焦化廠140 t/h干熄焦)，冷卻段也可以單獨(dú)檢修。

大、中修重點(diǎn)部位是環(huán)形風(fēng)道和斜道區(qū)“牛腿”。與年修不同的是，檢修前需將焦炭排空，在干熄爐內(nèi)搭設(shè)腳手架，然后從上到下依次拆除環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻、斜道區(qū)“牛腿”和冷卻段內(nèi)襯，然后再由下至上逐層砌筑，砌筑過程要遵守干熄爐砌筑規(guī)范，需要等下部泥漿凝固后才可繼續(xù)向上砌筑。

2.3 搶修

搶修的情況有兩種，一是由于耐材質(zhì)量問題或檢修質(zhì)量不過硬，導(dǎo)致正常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)爐體坍塌，坍塌部位一般為環(huán)形風(fēng)道和斜道區(qū)“牛腿”。出現(xiàn)此類事故時(shí)，需要緊急組織訂貨、安排施工，砌筑過程與大、中修相同。

二是由于干熄焦鍋爐爆管或其他設(shè)備故障，需要檢修，導(dǎo)致干熄爐被迫搶修。鍋爐檢修時(shí)間一般為20～25天，可利用這段時(shí)間對(duì)干熄爐爐體耐材進(jìn)行少量修補(bǔ)，提高干熄爐爐體耐材的壽命。由于檢修時(shí)間短，無法做檢修前準(zhǔn)備，一般使用可塑料對(duì)耐材磨損、脫落部位進(jìn)行修補(bǔ)即可。

3 檢修新技術(shù)

3.1 干熄爐耐材在線檢查技術(shù)

干熄爐耐材在線檢查技術(shù)是使用特殊的軟管內(nèi)窺鏡，在不停產(chǎn)不降溫的情況下，觀察干熄爐易損的環(huán)形風(fēng)道和“牛腿”的狀況，提前確定檢修工作量和耐火材料準(zhǔn)備量，防止多報(bào)材料而造成浪費(fèi)。軟管內(nèi)窺鏡的軟管分三層，外層和中間層采用0Cr25Ni20不銹鋼波紋管，內(nèi)層為數(shù)據(jù)傳輸線，使用壓力為0.7 MPa以上的冷卻水強(qiáng)制冷卻，由中間層流入，外層流出。軟管內(nèi)窺鏡使用方法是：在正常生產(chǎn)過程中，打開中栓，將軟管內(nèi)窺鏡鏡頭從中栓孔放入，逐一通過環(huán)形風(fēng)道和斜道，觀察環(huán)形風(fēng)道和“牛腿”的狀況。

3.2 斜道區(qū)“牛腿” 碳化硅磚替代技術(shù)

氮氧化物結(jié)合碳化硅磚在各項(xiàng)理化指標(biāo)上都要優(yōu)于碳化硅磚，主要用于斜道區(qū)“牛腿”，可以使“牛腿”的使用壽命延長(zhǎng)3～5年。但氮氧化物結(jié)合碳化硅磚的價(jià)格較碳化硅磚要高出很多，因此需要綜合干熄爐其他部位耐材的狀況、資金預(yù)算情況、干熄焦效益等多方面進(jìn)行考慮。氮氧化物結(jié)合碳化硅磚與A級(jí)莫來石碳化硅指標(biāo)比較見表2。

表2 氮氧化物結(jié)合碳化硅磚與A級(jí)莫來石碳化硅指標(biāo)比較

3.3 “牛腿”及環(huán)梁整體澆注技術(shù)

由于干熄焦結(jié)構(gòu)因素，“牛腿”磚被設(shè)計(jì)成異形且?guī)Ч?、舌的結(jié)構(gòu)，各個(gè)部位相互咬合，對(duì)砌筑技術(shù)要求很高[2]；“牛腿”磚體積、質(zhì)量較大，每日檢修只能砌筑2～3層，防止灰縫壓縮。以上這些因素嚴(yán)重制約著檢修速度，使檢修時(shí)間延長(zhǎng)。因此經(jīng)過試驗(yàn)，開發(fā)出了“‘牛腿’及環(huán)梁整體澆注”的檢修技術(shù)。該技術(shù)適用于大、中修整體砌筑環(huán)形風(fēng)道和斜道區(qū)時(shí)，拆除舊砌體后，在斜道區(qū)制作、安裝模板，使用A級(jí)莫來石碳化硅澆注料將“牛腿”和環(huán)形風(fēng)道支撐梁整體澆注成型，檢修時(shí)間較砌磚施工縮短50%左右。但該技術(shù)也有不足之處，由于澆注料為不定型材料，雖然碳化硅、莫來石等含量與定型材料相同，但由于沒有受過壓力機(jī)壓制，其體積密度較低，耐壓強(qiáng)度相應(yīng)較低?！芭Ｍ取奔碍h(huán)梁整體澆注效果如圖2所示。

圖2 “牛腿”及環(huán)梁整體澆注效果

3.4 環(huán)形風(fēng)道風(fēng)量調(diào)節(jié)磚的材料新技術(shù)

干熄爐循環(huán)氣體的出口位于環(huán)形風(fēng)道0 °墻的位置，如果不加控制，會(huì)導(dǎo)致0 °墻附近的斜道內(nèi)流通的循環(huán)氣體較多，而180 °墻附近的斜道內(nèi)的流通的循環(huán)氣體較少甚至沒有，最終導(dǎo)致熄焦不均勻，造成焦炭燒損。因此需要在環(huán)形風(fēng)道(“牛腿”的上部)增加風(fēng)量調(diào)節(jié)板，風(fēng)量調(diào)節(jié)板原設(shè)計(jì)材質(zhì)為0Cr25Ni20不銹鋼，但使用1年就會(huì)燒損、變形甚至斷裂，設(shè)計(jì)采用截面尺寸相同和重量等同的A級(jí)莫來石磚，即可解決此問題。

4 控制生產(chǎn)過程，延長(zhǎng)耐材壽命

安陽鋼鐵焦化廠現(xiàn)有三座干熄爐，由于生產(chǎn)節(jié)奏不同、職工技能水平不同、生產(chǎn)過程的工藝控制不同，導(dǎo)致干熄爐爐體耐材的使用壽命也不盡相同。根據(jù)三座干熄爐的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)越穩(wěn)定(料位浮動(dòng)小、循環(huán)風(fēng)量穩(wěn)定、溫度控制合理、不頻繁的升降溫等)，則干熄爐耐火材料的使用壽命越長(zhǎng)。

5 結(jié)束語

合理安排干熄爐檢修并科學(xué)采用干熄爐檢修新技術(shù)，能最大限度提高焦炭干熄率、提升焦炭質(zhì)量、增加干熄焦發(fā)電量，將為鋼鐵企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟增加一份籌碼。

[1] 潘立慧,魏松波.干熄焦技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005：239.

[2] 方昌榮，代潔，李世明，等.干熄爐斜道區(qū)耐火材料改進(jìn)與應(yīng)用[J].煤化工，2008(6)：31-33.

REPAIR TECHNOLOGY OF REFRACTORY MATERIAL FOR DRY QUENCHING FURNACE

Wang Shijun Liu Yunlong Zhang Jianhui Zhang Weibin

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

In view of the fault of the dry quenching furnace refractory easily appeared, reasonable repair scheme is proposed, so as to shorten the maintenance time and reduce maintenance costs, extend the maintenance cycle, and thus the economic benefit of coke dry quenching is improved.

dry quenching furnace refractory maintenance

?俊，助理工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠；

2015-10-8