國內(nèi)外耐火磚解析

文海全 李敬方（中海油惠州煉化公司石化五廠， 廣東 惠州 516086）

國內(nèi)外耐火磚解析

文海全 李敬方
（中海油惠州煉化公司石化五廠， 廣東 惠州 516086）

近年來，國內(nèi)耐火磚生產(chǎn)工藝發(fā)展迅速，高性能耐火材料使用壽命不斷延長，不斷推動耐火磚國產(chǎn)化的進(jìn)程。焚燒爐內(nèi)原有耐火磚采用日本進(jìn)口爐磚，自2012年7月使用至今約3.5年。對爐內(nèi)體測厚后，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)耐火磚腐蝕明顯，最薄處已減少至原厚度的1/10。為保證安全生產(chǎn)，利用本次檢修更換爐內(nèi)耐火磚，同時在保證爐磚質(zhì)量的前提下，使用國內(nèi)耐火磚以降低采購成本。爐磚質(zhì)量、烘爐過程、廢液酸堿性、爐溫、開停工次數(shù)等均是爐磚壽命的影響因素。本文將從爐磚質(zhì)量、廢液酸堿性、烘爐過程三方面著手，提出延長耐火磚壽命的改良意見，以達(dá)到安全長周期、增效低成本的運行理念。

耐火磚；焚燒爐；廢水酸堿性；生命周期

1 爐磚結(jié)構(gòu)

焚燒爐耐火磚結(jié)構(gòu)大致分為隔熱磚、普通耐火磚、高溫耐火磚、灰泥、玻璃纖維、澆注料 。隔熱磚為輕質(zhì)磚，緊貼焚燒爐殼體。普通耐火磚位于直筒段中下部，一部分與隔熱磚配合使用，一部分緊貼焚燒爐急冷槽部位（圖1中③標(biāo)示）；高溫耐火磚（圖1中②標(biāo)示）位于直筒段中上部，與隔熱磚配合使用（圖1中①標(biāo)示）?；夷嘁环矫嬗米髡掣礁魺岽u與耐火磚，一方面用作隔熱磚（或耐火磚）與殼體粘附；纖維棉用作管口與耐火磚縫隙的填補(bǔ)；澆注料用于修復(fù)破損的耐火磚。

圖1 爐磚結(jié)構(gòu)圖

2 爐磚尺寸

測量后得知：H0、H6區(qū)段（焚燒爐頂部及底部）基本無腐蝕；H1、H2區(qū)段（直筒段下部）腐蝕較輕；H3、H4、H5（直筒段上部）有明顯腐蝕發(fā)生。H5至H6區(qū)段（上椎體）腐蝕最大。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，爐磚上附著的鈉鹽厚度約30mm，則上述7個測量點中，耐火磚最大腐蝕厚度=（3500-3300-2X30）/ 2=70mm，耐火磚的制造厚度為230mm，則耐火磚整體減薄厚度約在1/3以上。尤其是H5和H6之間安裝廢水噴嘴的位置處，耐火磚最薄處厚度僅為20cm。

3 爐磚腐蝕情況

3.1 H0、H1爐體底部急冷槽構(gòu)圖

鈉鹽附著在爐體急冷槽四周，具有保護(hù)耐火磚的作用。但附著過多，會增加急冷槽的承載負(fù)荷，不利于設(shè)備本體。故檢修期間，會適量清除急冷槽上的鈉鹽，特別是導(dǎo)流孔上的鈉鹽。從上圖可看出此部分耐火磚未有減薄跡象。

3.2 H2、H3、H4爐體直筒段構(gòu)圖

直筒段的耐火磚有明顯裂縫，說明在相鄰耐火磚之間的粘附物“灰泥”有脫落情況。灰泥脫落一方面會減弱耐火磚之間的附著力，一方面爐磚間隙過大會進(jìn)一步加劇耐火磚腐蝕。鑒于此段耐火磚厚度有所減薄，故本次對此部分耐火磚進(jìn)行了更換。

3.3 H5至H6之間爐體上椎體構(gòu)圖

爐內(nèi)上椎體區(qū)段耐火磚腐蝕最為明顯。其中噴嘴處耐火磚經(jīng)測量最薄處僅為20mm（原厚度230mm）。上椎體共計六處噴嘴，其四周均有明顯的“喇叭口”痕跡。此為原爐磚廠家為防止影響噴嘴霧化效果，而特意采用的設(shè)計。但此設(shè)計將會減薄上椎體耐火磚厚度，并不利于爐磚壽命。故本次更換耐火磚時，將縮短爐體外部噴嘴管口長度并延伸爐內(nèi)噴嘴長度約3～5cm，解決廢水霧化問題。

3.4 爐體頂部構(gòu)圖

頂部耐火磚完好，未有腐蝕痕跡，不進(jìn)行此區(qū)段爐磚更換。

4 爐磚成分指標(biāo)

（1）輕質(zhì)隔熱磚

名稱 項目 國內(nèi)磚 國外磚Al2O3， % ≥48 ≥43 Fe2O3，% ≤1.0 ≤1.4體積密度，g/cm3≤0.8 ≤0.78耐壓強(qiáng)度，MPa ≥3 ≥1.7重?zé)€變化率，1400℃×3h，% ≤2 —平均導(dǎo)熱系數(shù)，350℃，W（m·k） ?≤0.35 ?≤0.39

（2）耐火磚（品種1）

名稱 項目 國內(nèi)磚 國外磚耐火度，℃ ≥1750 ≤1700 Al2O3， % ≥65 ≥61 Fe2O3， % ≤1.0 ≤1.0 TiO2， % — 1 CaO， %體積密度， g/cm3≥2.5 ≥2.49顯氣孔率， % ≤20 ≤15.5 0.2MPa荷重軟化點， ℃ ≥1500 ≥1500熱震穩(wěn)定性（1100℃，水冷，次） ≥12 —耐壓強(qiáng)度， MPa ≥70 ≥88重?zé)€變化率，1500℃×3h，%-0.2～+0.1 —

（3）耐火磚（品種2）

名稱項目 國內(nèi)磚 國外磚耐火度，℃ ≥1750 ≤1800 Al2O3，% ≥68 ≥89 ZrO2，% ≥15 —Gr2O3，% ≥5 —SiO2，% ≤10 ≤7 Fe2O3，% ≤0.7 ≤1體積密度，g/cm32.8-3.0 3.0顯氣孔率， % ≤16 ≤12 0.2MPa荷重軟化點， ℃ ≥1650℃ —熱震穩(wěn)定性（1100℃，水冷，次） ≥10 —耐壓強(qiáng)度，MPa ≥80 ≥100重?zé)€變化率，1500℃×3h，% ≤0.03 0外觀顏色 紫紅色 白色

5 耐火磚主要理化指標(biāo)說明

（1） Al2O3耐火磚中Al2O3為α- Al2O3晶體結(jié)構(gòu)，故又稱剛玉結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)緊密，擁有耐化學(xué)腐蝕特性。屬于惰性氧化物，幾乎和酸堿不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。然而，廠家在生產(chǎn)莫來石耐火磚時，由于煅燒工藝差異，可能會導(dǎo)致γ- Al2O3無法全部轉(zhuǎn)化為α- Al2O3，而γ- Al2O3屬立方緊密堆積晶體，不溶于水，但能溶于酸和堿，是典型的兩性氧化物，故γ- Al2O3的引入會導(dǎo)致爐磚腐蝕加劇。在選定爐磚廠家時，對于磚的燒結(jié)工藝應(yīng)作為考量的重點工作。

（2） SiO2硅質(zhì)耐火材料能抗酸性渣腐蝕。屬于弱酸性耐火材料。高溫時，爐內(nèi)還原性氣體滲透到耐火磚中會與SiO2發(fā)生反應(yīng)。如SiO2+H2=H2O+SiO，而SiO具有高滲透性，會滲入耐火磚材料內(nèi)部，腐蝕爐磚。故該指標(biāo)宜控制低。

（3） ZrO2氧化鋯纖維是一種多晶質(zhì)耐火纖維材料?；瘜W(xué)穩(wěn)定性及抗氧化性能好，熱導(dǎo)率小，具有抗沖擊性、可燒結(jié)性等。ZrO2的耐酸堿腐蝕能力大大強(qiáng)于SiO2和Al2O3。不溶于水，溶于硫酸及氫氟酸；微溶于鹽酸和硝酸。優(yōu)質(zhì)的耐火磚，將會利用CaO作為鋯質(zhì)耐火材料穩(wěn)定劑，減少ZrO2晶體流失到爐渣中。

（4） GrO2有毒，耐酸堿性極佳。不溶于水，難溶于酸。GrO2在1600℃煅燒后變?yōu)樽霞t色，可作為鋯鉻剛玉莫來石磚是否達(dá)到煅燒溫度的判斷依據(jù)。爐磚中鉻含量越高，抗侵蝕能力越強(qiáng)，但鉻含量越高，會使?fàn)t磚抗震性能下降，易致爐磚出現(xiàn)塊狀脫落。一般認(rèn)為操作溫度以上，每增加100℃，高鉻磚的侵蝕速率會增加4倍。

（5） Fe2O3一般耐火材料中含有Fe2O3，在高溫下將與爐內(nèi)還原性氣體CO、H2反應(yīng)。如Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2、Fe2O3+CO=2FeO+CO2、Fe2O3+H2=2FeO+H2O；而FeO會侵蝕Al2O3保護(hù)膜，在爐磚臨界處生成Fe（Cr，Al）2O4尖晶石，減弱爐磚抗蝕性；故對Fe2O3的含量必須嚴(yán)格控制。

（6） TiO2TiO2作為變價氧化物，在高溫爐內(nèi)環(huán)境中，可與Al2O3形成固容體，促使剛玉晶體內(nèi)部產(chǎn)生晶格缺陷，活化晶格，促進(jìn)燒結(jié)。TiO2的固容量達(dá)到1%時，可使燒結(jié)溫度降低150～200℃，而且對爐磚耐火性無明顯影響。

（7） CaO 氧化鈣在耐火磚和澆注料中，含量低，但起著重要作用。一方面可作為鋯質(zhì)耐火磚的穩(wěn)定劑，一方面利用澆注料中高鋁水泥的水硬性，將溶出的Ca2+作為粘土結(jié)合澆注料硬化的絮凝離子加以利用，提高耐火磚的抗熱抗震性。

6 結(jié)語

①國內(nèi)耐火磚的空隙率稍大于國外耐火磚，孔隙率越大越易被酸堿性介質(zhì)侵蝕；②國內(nèi)隔熱磚的外觀完整性及磚體硬度優(yōu)于國外磚；體積密度略高于國外磚，在保證強(qiáng)度條件下，隔熱磚的密度越小越好；③國內(nèi)耐火磚含有鋯鉻成分，國外磚無鋯鉻成分，但含有TiO2和CaO，有利于爐磚燒結(jié)；④廢液中堿金屬鹽類含量高低直接影響耐火磚的侵蝕程度和滲透性。在焚燒廢液時，盡量保證堿性廢液的pH＜10；⑤爐內(nèi)溫度控制越高，越會加快含鉻磚的侵蝕速率，在爐溫900℃時，每升高100℃，磚的侵蝕速率會增加4倍。故在保證外排廢氣廢水指標(biāo)合格的前提下，焚燒爐最佳控制溫度為900～910℃；

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［8］艾凱咨詢網(wǎng).2015-2020年中國耐火磚市場分析預(yù)測及戰(zhàn)略咨詢報告.

文海全（1985-），男，廣安人，大學(xué)本科，中海油能源發(fā)展惠州石化，主要從事三廢處理及丙烯酸技術(shù)工作。