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干熄焦炉斜道区耐火材料发展

发布日期: 2019-08-29 10:31:35    阅读量(121)    作者:刘梓明

干熄焦炉为竖窑结构,从上到下分为锥段、预存段、环形风道、斜道区和冷却段,其结构如图1.1所示。在干法熄焦过程中,1000℃左右的红焦从干熄焦炉顶部装入,下降到冷却段并与低温惰性气体(N2)进行热交换,红焦温度降至200℃以下后排出。低温惰性循环气体(N2)在干熄炉冷区段与焦炭逆流换热,温度升高至900~960℃后从斜道支柱之间的风道口进入环形风道,在环形风道汇集后通过开口部进入一次除尘器,除尘后进入余热锅炉,在余热锅炉内的循环气体温度降为160℃左右,由循环风机加压后在进一步降温至约130℃后再次进入干熄炉与焦炭换热。

斜道支柱是干熄焦炉的关键部位,其作为风道口的同时必须以倾斜悬挑的方式承载上部耐火材料及设备的重量。因此,斜道支柱耐火材料的选择至关重要。

宝钢二期使用国产致密粘土砖替代从日本进口的莫来石砖,但其使用寿命仅为1年左右,完全不能满足干熄焦的生产需要。邱文冬等人对宝钢二期国产致密粘土砖和进口莫来石砖分别进行了XRD衍射分析,结果表明:国产粘土砖的主晶相为α-方石英,莫来石相较少,而进口莫来石砖的主晶相为莫来石和红柱石,α-方石英为次晶相。在此分析基础上,蒋伟锋等选择红柱石、焦宝石和莫来石等为主要原料,通过高温烧结制备了以莫来石为主晶相的红柱石-莫来石砖,红柱石在烧结过程中形成针状或纤维状的莫来石网络结构,极大地提高了制品的抗热震性能,但制品强度偏低。付卫等研究了红柱石粒度对干熄焦用耐材制品使用性能的影响,结果发现适当引入红柱石超细粉,可以降低试样的烧成温度,提高热震稳定性,同时不降低试样的强度。曹彦泓等研制开发了Al2O3-SiC砖,并应用于宝钢干熄焦炉斜道区,但实际使用中仍存在整体性差、寿命不高等问题。随着干熄焦技术的引进消化吸收并大量国产化,干熄焦炉斜道区用耐火材料逐渐发展为性能优良的莫来石-碳化硅砖,至今仍占据主导地位,但实际效果并不理想,使用2~3年后会出现开裂损毁等现象。董良军等以白刚玉、莫来石和碳化硅为主要原料,通过添加ZrO2微粉和红柱石微粉并高温烧成制备了应力缓冲型莫来石-碳化硅材料,但由于ZrO2相变过程和红柱石分解过程的体积变化量难以控制,导致实际应用效果不佳。

为了规避莫来石-碳化硅砖在干熄焦炉中服役时强度不够的弊端,国内相继研发了各种碳化硅材料。翟向军[7]利用反应烧结制备了高强度、高抗热震性的β-SiC砖,但该材料成型性能和烧结性能较差。宜兴市丁山耐火器材有限公司研制开发了SiO2结合SiC砖,并应用于某干熄焦炉中,但由于干熄炉内的碱性物质易与SiO2反应低熔点物质,破坏材料结构。武钢与宜兴某窑业公司从2006年开始研究氮氧复合材料,以碳化硅、单质硅为主要原料,在高纯氮气中1500℃高温烧成制备了Si3N4结合SiC砖,该材料具有高强度、高抗热震性和高耐磨等特点,并于2009年3月将Si3N4结合SiC砖应用在武钢干熄炉斜道区,但Si3N4结合SiC砖制备工艺复杂,生产成本较高,并未在焦化行业广泛推广应用。

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