熱回收焦爐爐門內襯材料的發展

臧小俊 王永興

焦炭是鋼鐵行業基礎原料之一，傳統煉焦爐為水平式機焦爐，炭化室正壓操縱，其最大的缺點是污染嚴重，雖然采取了多項治污措施，但還是無法完全解決污染問題，因此各國都試圖開發新型替代技術。

20世紀80年代國外開始研究無污染的煉焦方法，一種新型煉焦爐開始投入生產，這就是清潔型熱回收焦爐，與傳統機焦爐的最大區別是它負壓操作、揮發分爐內完全燃燒。這就避免了有害氣體的逸散，保護了環境。

我國在20世紀90年代對熱回收焦爐進行開發，雖起步稍晚，但很快在世界上取得了領先優勢，多項技術都為首創，如:液壓搗固技術;平接焦技術等。由于其清潔性，短短十年間這種焦爐在我國就取得了巨大的發展并走向世界，尤其是在環境比較敏感的地區。

從2003年7月第一座QRD清潔型熱回收焦爐投產以來，焦爐的爐門內襯一直是困擾設計單位和各焦化企業多年的難題。各焦化企業一直在澆筑料和陶瓷纖維模塊之間選擇和更換，但都達不到理想的使用壽命。不但增大了焦化廠的運行費用，而且更換不及時還燒壞損傷爐門本體。下面以遼寧盛盟焦化有限公司的爐門內襯調查情況為例，向大家做簡要說明:

遼寧盛盟焦化有限公司在2005年1月建成投產。該企業采用山西省化工設計院的專利技術——QRD-2000清潔型熱回收焦爐。入爐煤的揮發分Vd=24%。炭化室最高使用溫度1 350℃，正常操作溫度1 250℃ ～1 300℃。從投產至今，爐門內襯使用了三類材料:澆筑料、陶瓷纖維模塊和氧化鋯—莫來石磚。

1 爐門內襯使用情況

1)2005年投產初期使用輕質硅藻土澆筑料。上下爐門一套14 000元，需要烘烤才能使用。投產半年就出現損壞。損壞狀況:縱橫裂紋，強度低，易脫落。

2)2006年9月更換為陶瓷纖維模塊。上下爐門一套16 000元。使用8個月出現損壞。損壞狀況:a．含鋯陶瓷纖維模塊在長期使用時，坍塌的煤餅在表面結渣，由于模塊沒有足夠的強度，結渣增厚會導致模塊剝落;b．上爐門下沿有一個150 mm的小沿，由于爐門密封不嚴，竄入空氣燃燒導致局部高溫，該處燒熔后將鐵水滴到下爐門內襯，從而損壞下爐門內襯。

3)2007年6月陸續改為磷酸鹽澆筑料。上下爐門一套33 600元。廠家承諾不需烘烤，干燥硬化30 h后就可使用。使用3個月就出現了損壞，后來增加干燥時間30 d，使用壽命得到延長，但由于澆筑料在制作過程中，偶然影響因素比較多，導致性能不穩定。使用中短則七八個月損壞，長則使用一年半。損壞狀況:有斷開、脫落及裂紋，陶瓷杯斷裂。

4)2010年5月開始使用氧化鋯—莫來石磚，上下爐門一套34 000元，使用至今無損壞。

2 三種爐門內襯材料的比較

2． 1 澆筑料

優點:

可任意成型，整體性好，便于機械化施工。

缺點:

1)須在現場配制、現場成型、現場養護或烘烤，影響因素較多，性能不穩定。

2)澆筑料的理化指標，是預制試塊燒結后的檢測指標，廠家所提供的指標和實際有較大出入，不能作為設計選用依據。

3)爐門的澆筑料內襯，若需要烘烤，由于爐門鑄鐵耐溫的限制，必然在距澆筑料的工作面的不同距離存在溫度梯度，澆筑料烘烤后變成層狀結構。各層之間溫差應力可能使澆筑料產生裂紋。

4)不需烘烤的澆筑料，在焦爐炭化室1 250℃ ～1 350℃的情況下使用，也會在內部產生裂紋。并且由于炭化室煤餅上下溫度不一樣，在爐門澆筑料的縱向產生應力，造成澆筑料損壞。

2． 2 陶瓷纖維模塊

優點:

質量輕，熱導率和熱容量低，抗熱震性和抗機械振動性優良，爐門表面溫度低，散熱量少。

缺點:

1)強度較差，坍塌的煤餅在表面結渣，結渣增厚會導致模塊剝落，使厚度減薄，影響使用壽命;

2)如果上下爐門結合處密封不嚴，竄入空氣燃燒導致局部高溫，該處燒熔后將鐵水滴到下爐門內襯，從而損壞下爐門內襯。

2． 3 氧化鋯—莫來石爐門磚

其技術指標如表1所示。

表1 材料技術指標

優點:

1)性能穩定，不會因為現場施工的因素影響材料的性能。

2)強度高，抗熱震性好。

缺點:

1)施工要求高。

2)爐門表面溫度及散熱量比陶瓷纖維模塊差，但與澆筑料基本相近。

3 結語

爐門內襯采用襯磚結構是各焦化企業試圖選擇的方案。但由于清潔型焦爐最高操作溫度在1 350℃，爐門頻繁開閉對磚的抗震性要求比較高。設計單位沒有研發力量，為找到適合操作工況滿足使用的爐門襯磚，一直積極聯合耐火材料廠家和生產企業在已投產的焦爐上做實驗。氧化鋯—莫來石爐門磚，2006年在山東順鑫焦業有限公司實驗在上爐門內襯，使用至今。2009年在山東日照焦電有限公司實驗在下爐門內襯，使用至今。2010年在遼寧盛盟焦化有限公司得到應用，至今使用完好。從實驗和實際使用的調查情況分析，此種磚已能滿足生產使用要求，雖然一次性投入略高，但因為使用壽命長，不但大量的減少焦化廠的運行費用，而且可以避免內襯更換不及時，燒損爐門本體，綜合效益比較明顯，尤其對國外項目是一種理想的材料。

［1］ 中國冶金百科全書總編緝委員會．中國冶金百科全書(煉焦化工)［M］．北京:冶金工業出版社，1992．

［2］ 葛 林．筑爐手冊［M］．北京:冶金工業出版社，1996．