干熄焦斜道区耐火材料损毁机理及复合耐材的应

发布时间：2020-08-04 06:06:52 作者：admin 浏览：402

干熄炉是一种特殊的冶金炉窑，炉内工况条件变化大，内衬耐火材料处于一个温度频繁变化、剧烈化学侵蚀以及焦粉强烈冲刷的恶劣环境，对砌体的理化指标有特别的要求，斜道区域更要承载上部砌体的荷重并能在温度频繁波动的条件下，抵抗气流的冲刷和焦炭粉尘的磨损，其耐火材料受多种因素的侵袭而损蚀。

2.1 高温循环气流磨损

斜道区承托着环形风道以上的砌体重量及红焦下落的摩擦力，耐材受到的磨损来自两个方面，高温循环气流及运动的红焦。

干熄炉内循环气体流动剧烈，冷却红焦的氮气循环量超过了20万m3/h，在900℃的高温环境中，循环气体与红焦发生化合反应，生成一氧化碳、氢气以及游离碳等有害物质，对砌体产生化学侵蚀，引起耐火材料的熔解、损毁。高温湍急气流及逆向运动的焦粉，直接冲刷斜道区砌体，导致耐火砖磨损、剥落。现代大型干熄炉排焦量达到了260t/h，红焦在向下运动过程中与耐材产生相互挤压摩擦，导致立柱部位的边角出现磨损。

国内干熄炉所用的莫来石-碳化硅配套耐火泥，其粘结时间只有2min，且采用磷酸盐粘结剂，极易受还原性气体的侵蚀磨损，碱性气体会与呈酸性的粘结剂发生反应，分解莫来石晶相结构，致使耐材表面呈现层状脱落。正因为干熄炉烟道立柱的砖与砖之间粘结性较低、附着性差，才导致砌体疏松、砖块垮落。

2.2 原料介质机械冲击

干熄炉斜道区分布30余个立柱，每个要承受上部近10t的重量，环形风道内墙为单墙，外无依靠，当重达20t以上红焦装入干熄炉时，对环形风道内墙产生巨大的机械冲击力和热膨胀力，极易使内墙鼓胀，甚至倒塌，这就要求斜道区耐材具有较强的抗冲击能力。立柱上部处于900-1100℃左右的高温环境，故对耐材的中高温强度、抗疲劳指数等方面要求高。

国内干熄炉斜道区立柱选用莫来石-碳化硅砖，其耐压、抗折强度较低，在温度骤变及重载负荷状况下，容易产生裂纹进而发生断裂，究其原因是砖的热稳定性较差和组成结构不合理，满足不了大型干熄炉内复杂工况的要求。

2.3 温度剧变热应力

在干熄炉斜道区域，焦炭、循环气体及耐材砌体的温度沿斜道高度方向连续波动，承受350-1000℃温度区间急冷急热变化，年达3万余次，巨大的热应力会使砌体产生裂纹、变形，造成耐材拉裂、剥落。

砌体反复的热胀冷缩，加剧了耐材的体积变化，引起坚固砌体的松弛，热膨胀系数越大，松弛效应越显著，这就降低了环形烟道砌体的气密性，在内外气体压力差的条件下，导致预存段与环形烟道的气体窜漏，若内墙磨损严重变薄，窜漏更大，存在局部或小范围爆炸的危险。

干熄炉用耐火材料品种繁多，砖型复杂、几乎全部是特异型制品，而且砖的外形尺寸要求严格，斜道区域及冷却室等关键部位用高性能耐火材料具有一定特殊性，包括抗热震、抗剥落和耐磨损性等指标。武钢为应对干熄焦装置频繁大修的问题，其与宜兴某窑业公司从2006年开始，规避碳化硅耐材的弊端，以碳化硅(SiC)结合四氮化三硅(Si3N4)为原料，研发出高热震耐磨的氮化硅结合碳化硅砖(氮氧复合材料)，2009年3月把氮氧复合材料整体组合应用在武钢与6.0m焦炉配套的1B干熄炉斜道区(从53层至81层，由158个砖型组成)。

3.1 具有优良的理化性能指标

氮氧复合耐材采用高纯人工合成原料制作，选用优质原辅材料炭化硅砂和工业硅粉，SiC含量≥98%，Fe2O3含量≤0.5%，经过混合、成型、干燥等近20道工序，关键的渗氮焙烧工艺采用全程计算机控制，使氮气充分反应，确保显气孔率、体积密度等理化指标及Si3N4等化学成分符合要求。

3.2 具有较高的高温耐压强度

干熄炉斜道区，悬挑承托着砌筑在其上的整个预存段重量，这对耐材的强度要求极高，氮化硅复合耐材的常温和中高温强度远高于现用耐材。实测表明，氮化硅复合材料的中温耐压强度>200MPa，中温抗折>42MPa(表1)，远超氧化物耐材，耐压强度和抗折强度分别超过常用的莫来石碳化硅砖近3倍和1倍，可有效抵抗红焦装入时的冲击力，增加了斜道区环形砌体的坚固性、整体性，有利于分散承重。

氮氧复合耐材铁和其他杂质含量低，游离碳对氮化物几乎不发生侵蚀作用，长期使用不会导致强度下降，从而有效地减轻和消除了砌体鼓胀现象。

3.3 具有较强的抗热震性

干熄炉耐材的高热震性是炉内稳定运行、炉衬高寿命的有效保障，所研发的氮氧复合材料同时具有高抗热震性，能较好满足热震使用条件。