干熄炉环形风道内环墙坍塌影响因

摘要：安钢焦化厂140t／h干熄炉环形风道内墙及牛腿出现坍塌，分析认为，主要原因是耐火砖材质及恶劣的工况、有害气体侵蚀等导致的耐火砖损蚀，砌筑设计不合理，强化生产及设备故障导致的停机及操作不规范等问题，采取相应对策后，干熄炉维修周期由不足1a延长为15个月。
　　关键词：干熄炉；环形风道；坍塌；耐火砖；损蚀
    1前言
　　安钢焦化厂140t／h干熄焦(CDQ)系统为7、8JN60焦炉及2×55孔焦炉的配套项目，装置处理能力为140t／h，并配有干熄焦地面除尘站和配套余热发电系统，于2009年7月投产使用。2010年3月份干熄炉环形风道内墙及牛腿出现坍塌，致使大修。
　　为此，从耐火砖材质及损蚀机理和工艺操作方面对炉墙坍塌事故进行分析，采取了相应的对策，取得了良好的效果。
　　2环形风道内墙坍塌原因分析
　　2．1耐火砖损蚀
　　1)耐火砖材质。安钢焦化厂使用的是国产高
　　档莫来石砖、A10，／SiC质砖。莫来石砖、A1O／SiC质砖虽然相组成稳定，但有时会因生产工艺等问题，其烧结性能与黏土质砖差别较大，砌砖缝之间也是易产生损毁的薄弱环节，长期抗CO等化学侵蚀方面的表现不如黏土质砖。虽然最近几年国产CDQ内衬耐火材料质量有很大的提高，但其实际使用仍存在整体性差、使用寿命不理想、成本过高等问题。安钢焦化厂CDQ耐火砖使用寿命还不到1a，就出现了内衬砖损蚀坍塌的情况。
　　2)耐火砖损蚀原因。环形风道和斜道处于一
　　个频繁剧烈的温度变化、化学侵蚀、焦炭粉尘等引起的冲刷和磨损、长期高温荷重、冷却方式以及余热回收制度变化等恶劣工况之下。因受循环气体焦粉磨损，导致内衬砖的孑L洞较深，逐渐产生损蚀，出现裂纹、开裂、局部剥落、磨损，中期出现层状剥落、表层疏松、变形、加速磨损剥落，最后导致组织结构疏松、断裂、脱落等类型的损毁。这些损蚀类型中，温度波动产生的热应力剥落和固体、气体流动产生的机械剥落，是导致内衬砖损毁的最主要因素；炼焦夹带的有害介质、冷却产生的还原性气体、煤灰粉尘等与炉衬材料发生化学作用，最终熔解、侵蚀、损毁，这一损蚀也是决定环形风道内衬砖寿命的重要因素。
　　3)耐火砖损蚀机理。CDQ内衬砖损蚀主要有物理损蚀和化学损蚀，其中主要为化学损蚀。
　　从事故区域倒塌部位可以看出，物理损蚀机理主要有：①内衬砖处于300~700℃范围内，每年要经受2万余次的温度变化。斜道及环形风道部位急冷急热产生的热应力是耐火材料损毁的根本原因，也是决定内衬砖使用寿命的最主要因素。②同时内衬砖要承受向下运动的焦炭(此时焦炭为磨料)产生的机械力以及逆向粉尘、气流的冲刷，造成耐火砖砌体拉裂、剥落，特别是焦炭向下的冲击力会造成墙面上出现不同深度的孔洞和磨伤。③使用温度下，炉衬的结构强度以及在使用过程中自身的结构性强度下降产生损毁，这与材料的组织结构、物相组成的热稳定性、热应力后的持有强度有关。
　　化学损蚀机理为：①由于循环气体中含有CO，在300～600℃范围内发生化学反应(2CO--+CO+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【。②国产的莫来石砖、炭化硅砖一般都含由Fe2O3，内衬砖长期经受高温状态下CO、H等气体的侵蚀。在强还原性气体氛围下，极易与内衬砖Fe2O3反应。反应方程式为：
　　3CO+Fe203--*2Fe+3CO2；H2+Fe2O3_÷3H2O+2Fe；而生成的cO：(g)、HO(g)与灼热的焦炭在高温状态下又生成强还原性气体CO、H：，进一步加速游离碳的生成。③碱侵蚀。乌克兰在对干熄焦内衬砖的研究中证明乜]，焦炭表面富集一定的碱金属，在750℃以上可产生少量的钾钠或其盐的蒸汽，它们会分解莫来石晶相结构，形成松脆质结构的六方钾钠霞石等低熔物，致使制品表层成层状脱落，在焦炭、气流的作用下，磨损加速。④各种有害介质与炉衬材料发生化学作用导致的化学侵蚀损毁。
　　2．2砌筑设计不合理
　　安钢焦化厂140t／h干熄炉斜道部位设计有同列碳化硅砖，承受上部预存段重量后，一般都开裂8～20mm，致使斜道区牛腿(冷却段与预存段之间的支撑柱)开裂。因设计不合理，造成某些砖型无法严格按工艺要求砌筑，同时耐火砖存在正负公差，在保证尺寸前提下，无法保证灰缝在1～3mm范围内。砌筑时曾发现，灰缝最大为7mm。上述原因是牛腿开裂并导致环形风道倒塌的又一原因。
　　2．3生产操作存在问题
　　安钢焦化厂140t／hCDQ装置投人运行后，经常出现一些设备事故，增加了系统停产检修次数，加剧了干熄炉温度剧烈变化，加速了内衬砖的侵蚀；另外，各种生产指标及经验都不成熟，并且该系统自投产以来，一直处在强化生产的状态，致使干熄炉长期处在高位标准，对干熄炉炉体部位作用力加大，特别是在环形风道部位承受焦炭作用力(重力及摩擦力)明显增大。装焦操作不规范造成预存段内焦炭偏析，使环形风道内部各处压力分布不均匀，长期在这种状况下，重心容易出现偏移，尤其环形风道在牛腿部位受到侵蚀后，出现坍塌。
　　2．4改进措施
　　1)选择高热焓、结构致密、耐磨及铁等杂质含
　　量低的高级耐火材料，同时要求制品有高热震稳定性、抗化学侵蚀、致密高强、高耐磨、高荷重软化温度等突出的性能指标，对耐火材料抗CO等化学侵蚀能力进行检测，减轻操作过程中对耐火材料特别是内衬砖的损蚀。
　　2)砌筑时加强监测，对耐火砖进行测量、分组，将正负偏差的砖分类，确保灰缝在1～3mm范围内。
　　3)生产过程中采取相应措施，确保干熄炉预存
　　段料位控制在合理的位置，尽量避免干熄炉上下料位的波动及偏析，确保干熄炉稳定运行。
　　4)针对焦炭对冷却段内衬砖磨损严重的问题，
　　采用贴耐磨瓷砖的办法。
　　5)合理控制分配循环风机风量。循环冷却气体量的分配应根据干熄炉各段间温度范围进行合理分配调节，尽量避免由于循环气体受到炉内焦炭质量的变化而产生温度的变化，特别要注意斜道牛腿及环形风道部位温度剧烈波动。如果控制不好，将导致该区域温度剧烈波动次数增加，加速对耐火材料的侵蚀。
　　3结语
　　采取改进措施后，安钢焦化厂CDQ装置自2010年5月恢复运行后，2011年8月再次进行维修，使用时间为15个月。干熄炉内衬砖损蚀为这次事故的主要原因。只有从砌筑、烘炉、生产操作等各方面控制好干熄炉各项工艺参数，特别是减少斜道及环形风道区域温差的大幅波动次数，对减轻干熄炉内耐火材料的损蚀及延长干熄炉的使用寿命有着非常重要的意义。某焦化厂针对干熄炉牛腿设计方面的一些缺陷，设计了专门的砖型并申请了专利，弥补了原来设计中的不足，并在生产中取得了很好的效果。建议安钢干熄炉在下次大修时借鉴引进该项专利技术。