浅谈煅烧炉高温修补

1浅谈煅烧炉高温修补摘要煅烧炉是炭素企业煅烧这一工序的最重要的设备，罐式煅烧炉具有煅烧质量好，炭质损失小，比较容易实现利用炭素原材料本身挥发分进行煅烧，不加或少加燃料的优点。因此，罐式煅烧炉是炭素工业中被广泛采用的一种炉型。但是在生产过程中，由于温度波动，物料冲刷等原因，炉子容易破损，耐火材料的施工、修补炉的操作，多在高温、粉尘的劳动环境下进行。本文就罐式煅烧炉在不停炉、不影响生产的情况下进行的高温修补进行论述。关键词：煅烧炉、耐火砖、结合剂一、罐式煅烧炉基本构造煅烧炉是在固定的料罐中实现对炭素材料的间接加热，使之完成煅烧过程的热工设备。罐式煅烧炉由炉体（包括料罐、火道、四周大墙）和金属骨架以及附属在炉体上的冷却水套、加排料装置等几部分组成。[1]料罐和火道是炉体最重要的组成部分，料罐按纵横方向成双排列，连同它两侧的四条火道构成一组，一台炉可有3—7组，料罐的水平截面为两端是弧形的扁长形，罐壁垂直或略向外倾斜，后者即所谓斜罐式煅烧炉。对煅烧含挥发分较高的延迟焦，斜罐可以使下降的料层松动，减小结焦造成堵炉的危险。火道在2料罐高度上分6—8层，烟气在火道内是一长“之”字形路线。料罐和火道都处于高温，工作环境恶劣，而且还要求罐壁导热性能好，气密性高，因此多采用硅质异型砖砌筑。炉体的中部是几组料罐和火道，外部四周是大墙，在大墙中设有挥发分通道和预热空气通道，煅烧过程中排出的挥发分和从罐上部的逸出口流出，由位于炉顶部的集合道把同组中的挥发分汇集，然后经大墙中的通道，才能送到燃烧口和需要补充热量的火道进行燃烧。经换热室或炉底空气预热道预热过的空气，也要通过大墙中的通道才能由挥发分的燃烧点供其燃烧。为了控制挥发分和预热空气的量，专门设有拉板砖进行调节，另外在大墙上还设有很多火道观察孔、测温侧压孔，便于炉子的操作和监控。大墙采用粘土质耐火砖、保温砖和红砖砌筑。二、筑炉材料及以影响炉子寿命的因素罐体和火道是用异型硅砖砌筑，硅砖具有导热性好，荷重软化温度高，高温机械强度大等特点，适合于间接加热、火道温度高、有物料摩擦和撞击的工作条件，其缺点是抗热震性差，故操作中应尽量减少温度的波动，一般把硅砖做成带凸棱和沟槽的异型砖，并且尺寸要求准确，砌筑砖缝要求严格，这不但增加了砌体的气密性，还增加了整体的机械强度。除此之外，燃烧口温度高，用高铝砖砌筑，换热室和四周外墙则用热稳定性较好的粘土质耐火砖以及红砖砌筑。罐体和火道是炉子工作条件最恶劣的部分，也是炉体损坏最3严重的部分，硅砖在升温过程中，因为体积变化大，所以对烘炉的要求特别严格，操作不当，常常造成炉子早期破损。运行中的炉子，如果温度控制不好，温度太高或波动太大，砖就会被烧坏或造成严重裂纹，物料中的碱性灰渣生成的低熔点盐对硅砖会造成侵蚀。固定碳与二氧化硅在长期高温作用下发生的还原反应，使硅砖的结构疏松，移动的物料对罐壁的磨损使砖的破坏逐渐扩展到内部，就是上述各种因素的综合作用造成了硅砖的损坏。燃烧口因为高温、温度波动大，也是炉子最容易损坏的部分。此外，铸铁支承板、冷却水套、加排料装置也有被烧坏的情况。三、耐火材料的修补技术当炉子的耐火砖的砌体或局部损坏时，用喷射、抛投设备的方法进行冷态或热态修补，这是常用的修补方法，既迅速又经济。不定形耐火材料的化学和矿物组成主要取决于所用粒状和粉状耐火材料，另外还与结合剂的品种和数量有密切关系。由不定形耐火材料构成的构筑物或制品的密度主要与组成材料及其配比有关。同时，在很大程度上取决于施工方法和技术。一般而论，与相同材质的烧结耐火制品相比，多数不定形耐火材料，由于成型时所加外力较小，在烧结前甚至烧结后的气孔率较高；在烧结前构筑物或制品的某些性能可能因产生某些化学反应而有所变动，有的中温强度可能稍为降低；由于结合剂和其他非高温稳定的材料存在，其高温下的体积稳定性可能稍低；由于其气孔率较高，有的还因结合剂的影响，可能使其耐侵蚀性较低，但热震性4一般较高。不定形耐火材料用的结合剂分有机结合剂和无机结合剂，碳素结合剂是有机结合剂的一种，这类结合剂是由一些含碳较多，特别是残留碳较多的有机物所组成的结合剂[2]。这些有机物在常温下能使粒状和粉状料粘结为整体，在高温下由于碳素残留于其中而仍起结合作用，这类结合剂在常温下多呈固态或半固态，在加热过程中，在一定温度范围内具有热塑性，利用这种热塑性可使其与粒状和粉状料混拌均匀制成混合料，并可采用适当的施工方法将混合料制成具有相当高密度的构筑物或制品。随着温度的提高，结合剂发生分解作用、接桥作用、脱氢和缩聚作用，发展为碳素结合，使构筑物或制品变硬而具有相当高的冷态或热态强度。常用的碳素结合剂有焦油沥青、石油沥青和酚醛树脂等。炭素结合剂在加热过程中的强度变化不同于一般热塑性树脂，而结合剂的品种不用，保持热塑性的温度范围和硬化特性也不尽相同。一般而论，结合剂中碳素含量越高，在粒状和粉状料表面之上结合的碳素浓度和在孔隙中残留的碳素也越多，使构筑物或制品的结构越密实，强度越高。一般热塑性树脂的含碳量较低，在常温下具有一定的强度，但随着温度的升高而软化，温度越高强度越低。由此可见，这种材料不宜作为永久性结合剂。焦油沥青的含碳量较高，在常温下有一定强度，加热软化并在相当宽的温度范围内保有塑性，随着5温度的提高，进行缩聚、焦化，约到500℃时强度达到最高值。酚醛树脂的含碳量也较多，在常温下的强度与前两者相近，加热后也可软化，但保持塑性的温度范围很窄，在此后的升温过程中，在远较焦油沥青的硬化温度为低的温度下即迅速硬化，而具有较高的热态结合强度。此种硬化快而强度高的特性与其在加热焦化的过程中分解生成的气体少，碳化物的收缩小，因而其结构仍较致密有关。由于酚醛树脂具有上述强度随加热而变化的特点，并且其中所含的对环境污染的有害物质较少，因此在耐火材料生产中日益受到重视。四、耐火材料的发展与展望今后耐火材料的材质、形态、制造工艺方面，能够期待的新的技术如下：（1）新成分系；（2）新组织构造系；（3）新功能并存型；（4）加热、冷却系统内藏型；（5）造渣机能型；（6）新制造工艺。首先，新成分系耐火材料的出现是可能的，耐火材料新的使用方法的需要出现时，新成分系的问世就有充分的可能，其他的，即使是现在钢铁工艺中的可能性也是存在的。资源上受到制约的耐火材料成分系受到很大限定是现实存在的，但是有很多未接触6过的成分系也是事实存在的，特别是从炭素材质为开始的非氧化物类耐火材料利用提高的情况来看，包氧化物-非氧化物复合成分系，新成分系开发的可能性是很大的[3]。新组织系的耐火材料，至今为止的耐火材料组织研究的历史若单纯表示的话是致密化的历史，除去绝缘材料等一部分特殊用途的耐火材料之外，致密组织的耐火材料在耐侵蚀性方面、强度方面（冷却、高温）都是很有效的，制造时的粒度分布一般得到了最密的填充，作为致密化以外组织控制的思考方法，比如，有通过高硅酸钢包耐火砖中玻璃相内的未经石英粒均匀分布而使耐侵蚀性提高，借助铬镁耐火砖的高温烧成而形成直接结合型构造，通过含有石墨系的塞头、水口中的“洋葱状”取向组织而防止纵裂等。与成分系相比较，现状中的组织形态缺少多样性，也就是说，在组织结构当中，没有开拓的部分是很多的。作为功能性耐火材料，已经使用了滑动水口和透气砖，业界认为还要进一步开发新功能并存的耐火材料，其功能和今后的需要相关很深。功能性耐火材料的进步和上述耐火新组织构造开发之间的关联的情况较多，另外，也可以认为耐火材料和金属间的结合技术也将产生联系。借助于耐火材料中内置的加热或是冷却系统，存在开拓耐火材料新的用途的可能性，已经应用的最新型高炉的逐渐冷却就是其可能性的最好例证，通过这种方式，以往耐热冲击低而不能使用的材质的使用成为可能。另外，和真正的渣涂层与自身涂层技7术相连的可能性提高。所谓造渣功能型耐火材料是与耐火材料性质相矛盾的，造渣即为熔损，至今为止的冶金用耐火材料的历史是向提高耐熔损性方面发展的，如何防止耐火材料的渣化是一个大的命题。对于耐火材料的新制造工艺，存在着各种期望，若大致区分的话，是为赋予新的特性和功能的工艺技术和产品的质量特性为现状的水平，但是，劳动生产率和制造成本的改善上具有彻底效果的物质中能够分门别类，当然，也需要兼备两者性质的工艺。前者的新工艺与追求新材质、新组织构造之间的关系密切，作为一般的论点，可以认为已经在其他领域中所开发了的工艺中的应用的可能性极高，特别是今后期待着受到重视的份体处理、形态形成以及加热的3个主要工艺中的发展。8[1]中国冶金百科全书〈炭素材料〉，黄启震，李圣华，冶金工业出版社，128，（1992）[2]耐火材料工艺学，王维邦，冶金工业出版社，196—197，（2004）[3]钢铁用耐火材料，杉田清，冶金工业出版社，340—345，（2004）