热回收焦炉炉门内衬材料的发展

臧小俊 王永兴

焦炭是钢铁行业基础原料之一，传统炼焦炉为水平式机焦炉，炭化室正压操纵，其最大的缺点是污染严重，虽然采取了多项治污措施，但还是无法完全解决污染问题，因此各国都试图开发新型替代技术。

20世纪80年代国外开始研究无污染的炼焦方法，一种新型炼焦炉开始投入生产，这就是清洁型热回收焦炉，与传统机焦炉的最大区别是它负压操作、挥发分炉内完全燃烧。这就避免了有害气体的逸散，保护了环境。

我国在20世纪90年代对热回收焦炉进行开发，虽起步稍晚，但很快在世界上取得了领先优势，多项技术都为首创，如:液压捣固技术;平接焦技术等。由于其清洁性，短短十年间这种焦炉在我国就取得了巨大的发展并走向世界，尤其是在环境比较敏感的地区。

从2003年7月第一座QRD清洁型热回收焦炉投产以来，焦炉的炉门内衬一直是困扰设计单位和各焦化企业多年的难题。各焦化企业一直在浇筑料和陶瓷纤维模块之间选择和更换，但都达不到理想的使用寿命。不但增大了焦化厂的运行费用，而且更换不及时还烧坏损伤炉门本体。下面以辽宁盛盟焦化有限公司的炉门内衬调查情况为例，向大家做简要说明:

辽宁盛盟焦化有限公司在2005年1月建成投产。该企业采用山西省化工设计院的专利技术——QRD-2000清洁型热回收焦炉。入炉煤的挥发分Vd=24%。炭化室最高使用温度1 350℃，正常操作温度1 250℃ ～1 300℃。从投产至今，炉门内衬使用了三类材料:浇筑料、陶瓷纤维模块和氧化锆—莫来石砖。

1 炉门内衬使用情况

1)2005年投产初期使用轻质硅藻土浇筑料。上下炉门一套14 000元，需要烘烤才能使用。投产半年就出现损坏。损坏状况:纵横裂纹，强度低，易脱落。

2)2006年9月更换为陶瓷纤维模块。上下炉门一套16 000元。使用8个月出现损坏。损坏状况:a．含锆陶瓷纤维模块在长期使用时，坍塌的煤饼在表面结渣，由于模块没有足够的强度，结渣增厚会导致模块剥落;b．上炉门下沿有一个150 mm的小沿，由于炉门密封不严，窜入空气燃烧导致局部高温，该处烧熔后将铁水滴到下炉门内衬，从而损坏下炉门内衬。

3)2007年6月陆续改为磷酸盐浇筑料。上下炉门一套33 600元。厂家承诺不需烘烤，干燥硬化30 h后就可使用。使用3个月就出现了损坏，后来增加干燥时间30 d，使用寿命得到延长，但由于浇筑料在制作过程中，偶然影响因素比较多，导致性能不稳定。使用中短则七八个月损坏，长则使用一年半。损坏状况:有断开、脱落及裂纹，陶瓷杯断裂。

4)2010年5月开始使用氧化锆—莫来石砖，上下炉门一套34 000元，使用至今无损坏。

2 三种炉门内衬材料的比较

2． 1 浇筑料

优点:

可任意成型，整体性好，便于机械化施工。

缺点:

1)须在现场配制、现场成型、现场养护或烘烤，影响因素较多，性能不稳定。

2)浇筑料的理化指标，是预制试块烧结后的检测指标，厂家所提供的指标和实际有较大出入，不能作为设计选用依据。

3)炉门的浇筑料内衬，若需要烘烤，由于炉门铸铁耐温的限制，必然在距浇筑料的工作面的不同距离存在温度梯度，浇筑料烘烤后变成层状结构。各层之间温差应力可能使浇筑料产生裂纹。

4)不需烘烤的浇筑料，在焦炉炭化室1 250℃ ～1 350℃的情况下使用，也会在内部产生裂纹。并且由于炭化室煤饼上下温度不一样，在炉门浇筑料的纵向产生应力，造成浇筑料损坏。

2． 2 陶瓷纤维模块

优点:

质量轻，热导率和热容量低，抗热震性和抗机械振动性优良，炉门表面温度低，散热量少。

缺点:

1)强度较差，坍塌的煤饼在表面结渣，结渣增厚会导致模块剥落，使厚度减薄，影响使用寿命;

2)如果上下炉门结合处密封不严，窜入空气燃烧导致局部高温，该处烧熔后将铁水滴到下炉门内衬，从而损坏下炉门内衬。

2． 3 氧化锆—莫来石炉门砖

其技术指标如表1所示。

表1 材料技术指标

优点:

1)性能稳定，不会因为现场施工的因素影响材料的性能。

2)强度高，抗热震性好。

缺点:

1)施工要求高。

2)炉门表面温度及散热量比陶瓷纤维模块差，但与浇筑料基本相近。

3 结语

炉门内衬采用衬砖结构是各焦化企业试图选择的方案。但由于清洁型焦炉最高操作温度在1 350℃，炉门频繁开闭对砖的抗震性要求比较高。设计单位没有研发力量，为找到适合操作工况满足使用的炉门衬砖，一直积极联合耐火材料厂家和生产企业在已投产的焦炉上做实验。氧化锆—莫来石炉门砖，2006年在山东顺鑫焦业有限公司实验在上炉门内衬，使用至今。2009年在山东日照焦电有限公司实验在下炉门内衬，使用至今。2010年在辽宁盛盟焦化有限公司得到应用，至今使用完好。从实验和实际使用的调查情况分析，此种砖已能满足生产使用要求，虽然一次性投入略高，但因为使用寿命长，不但大量的减少焦化厂的运行费用，而且可以避免内衬更换不及时，烧损炉门本体，综合效益比较明显，尤其对国外项目是一种理想的材料。

［1］ 中国冶金百科全书总编缉委员会．中国冶金百科全书(炼焦化工)［M］．北京:冶金工业出版社，1992．

［2］ 葛 林．筑炉手册［M］．北京:冶金工业出版社，1996．