焦爐耐火磚的選擇及爐體耐火材料的使用分析
焦爐是由耐火磚和耐火材料砌成的爐子， 用煤煉制焦炭的窯爐。是煉焦的主要熱工設備。焦爐爐體由爐頂、燃燒室和炭化室、斜道區(qū)、蓄熱室等部分，并通過煙道和煙囪相連。整座焦爐砌筑在混凝土基礎上?，F(xiàn)代焦爐基本結構大體相同，但由于裝煤方式、供熱方式和使用的燃料不盡相同，又可以分成許多類型。根據(jù)焦爐各部位的不同工況，選用的耐火磚材料分別有硅磚、半硅磚、粘土磚、高鋁隔熱磚、硅線石磚、紅磚和耐火澆注料等種類的耐火材料砌筑。
半硅磚是指SiO2含量大于65%的鋁硅質(zhì)耐火制品，一般用含石英砂的耐火粘土、葉臘石以及耐火粘土或者高嶺土選礦的尾礦作原料。半硅磚受熱后的膨脹性不太大，這種微量的膨脹也只有利于提高砌體的整體性。半硅磚可減弱熔渣對砌體侵蝕作用，當高溫熔渣與磚表面接觸后，在磚的表面產(chǎn)生一層粘度較大的釉狀物質(zhì)，可阻止溶液繼續(xù)向磚內(nèi)滲透，形成一層保護層，從而提高了磚的抗侵蝕能力。半硅磚用于焦爐蓄熱室中下部，采用半硅磚的目的是為了保證砌體的嚴密性一級防止酸性砌體侵蝕(高爐煤氣加熱時)。由于半硅磚的熱膨脹介于粘土磚與硅磚之間，與硅磚仍有差距，當焦爐達中齡時，能否保持爐體的嚴密性傷有實驗，而硅磚的抗侵蝕能力沒有問題，所以可以認為蓄熱室墻體采用半硅磚砌筑，除了價格略低外，技術上沒有意義的。此外，耐火材料制造行業(yè)亦缺乏焦爐用半硅磚的生產(chǎn)經(jīng)驗。
焦爐蓄熱室格子磚通常采用粘土磚，有些廠家為了降低成本用一些含AL2O3較高的原料取代粘土磚的主原料焦寶石，一至焦爐用高爐煤氣加熱時，蓄熱室上部格子磚在還原性氣氛下受酸性氣體侵蝕，產(chǎn)生熔脹現(xiàn)象。后來對蓄熱室上部四層格子磚的AL2O3做了規(guī)定，稱之為低鋁格子磚。要求了AL2O3含量30%~36%的粘土磚，增加了熱震(風冷)次數(shù)大于25次(一般粘土磚無此要求)，中部用半硅磚，上部用AL2O3含量≥40%的粘土磚。
炭化室工作特點是具有周期性，一般都是在裝煤時，爐墻表面溫度降至500~600℃，在結焦末期，爐墻表面溫度重新又升至1000~1100℃。由于溫差巨大，炭化室的砌體或產(chǎn)生很大的熱應力，很容易導致砌體出現(xiàn)裂紋，組織松散，強度降低等問題，由于還受到煤料成焦時的膨脹壓力、裝煤和推焦時的強烈機械磨損和撞擊，以及化學侵蝕和炭素沉積等，這些都會給炭化室的墻面帶來極大的損壞。因此，炭化室墻、底必須要用致密硅磚砌筑。利用硅磚砌筑，能將顯氣孔率控制至16%~17%，從而有效提高爐墻導熱性，增加生產(chǎn)能力。為使密封性好，要采用異型磚砌筑。通常一座大型煉焦爐要使用400種以上的磚，甚至超過1000種。一座60孔、容積為44.3m3、高度為5.5m的煉焦爐需用耐火材料約為17000噸?，F(xiàn)代化大型焦爐對硅磚的要求非常嚴格，首選硅磚要求平整光滑、棱角整齊、尺寸公差小。硅磚為鱗石英、方石英并與殘存石英及玻璃相共存的復合體，其中只有鱗石英形成結晶網(wǎng)絡而構成堅固的骨架，使磚具有良好的高溫結構強度，因此，必須使石英達到充分轉(zhuǎn)化，促使磚中大量鱗石英的形成。發(fā)達國家生產(chǎn)硅磚真密度一般為2.31~2.32g/cm3，參與膨脹幾乎為零，能很好地滿足焦爐炭化室的要求。在炭化室兩端的爐頭，因為在爐門開啟時，溫度會驟然由1000℃降到500℃以下，這已超過硅磚體積穩(wěn)定的573℃的界限，因此爐頭的耐火材料就不能再使用硅磚，而要選擇抗熱、抗震性好的粘土磚、高鋁磚、硅線石磚、紅柱石磚等進行砌筑。朝向炭化室一側(cè)的爐門因經(jīng)常開閉，溫度波動較大，一般采用粘土磚砌筑，也可用堇青石磚和不定形耐火材料，耐火材料與外殼之間充填隔熱材料。
燃燒室由爐墻、爐底和爐頂三部分組成。由于燃燒室與炭化室是相間設置的，因此，爐墻是與炭化室共用的，需要進行嚴密的砌筑，以防止氣體竄漏。爐墻的側(cè)面主要受到高溫、煤中所含鹽類和燃起的作用，因此，燃燒室工作層要用硅磚砌筑，其技術要求與炭化室用磚相同。其他部位可以選用耐火材料。頂蓋層位于焦爐本體上部，采用粘土磚或硅磚砌筑，小型焦爐用粘土磚，大型焦爐蓋頂磚均用硅磚。煙囪和干熄焦裝置設在焦爐鄰近，裝煤孔周圍因溫度波動較大，則用粘土磚砌筑。在爐頂上部添加填充層，并依次砌筑粘土磚、漂珠磚、硅藻土隔熱磚，最上層用缸磚鋪面，還必須采取密封盒防水措施。斜道承受焦爐本體載荷，斜道區(qū)內(nèi)有空氣和煤氣通道，將燃燒室與蓄熱室連通。
蓄熱室工作也存在周期性和溫度波動大的特點。過去的小型焦爐蓄熱室的單墻、隔墻、蓄熱室和格子磚砌體，大多都是采用粘土磚砌筑：目前，如果沒有特殊要求，大部分焦爐蓄熱室的單墻、主墻、隔墻砌體全部采用硅磚砌筑，以確保焦爐整體膨脹均勻。
小煙道、煙道和煙囪全部用粘土磚砌筑內(nèi)襯，小煙道位于蓄熱室底部與分煙道連通，通過分煙道、總煙道再到煙囪將燃燒廢氣排出，分煙道外層用水泥膨脹珍珠巖磚做隔熱層。
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