抗剝落耐磨磚在干熄焦爐冷卻室的應用和改進

谷毅

摘 要：從我國目前焦化廠的現狀來看，干熄焦爐冷卻室中的磨損程度直接制約了焦化廠長期安全和穩定的生產，其主要表現雖然不同，但是實際的原因基本一致，主要因素在于所用的耐高溫磚體材料并不具備耐磨性，故而會出現磨損的情況，本文主要通過對現在干熄焦冷卻室使用過程中暴露的問題原因進行深入分析，以及通過對新型材料的參數與現在使用的BM莫來石磚參數進行對比分析，從而確定出更加適合焦化廠——干熄焦爐冷卻室使用的耐火材料。

關鍵詞：干熄焦爐冷卻室；干熄爐；磨損；耐磨性

中圖分類號：TQ520.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0096-01

1 干熄焦冷卻室目前的實際情況和弊端

1.1 干熄焦冷卻室使用過程中暴露的問題以及對干熄焦生產的影響

根據我國目前各個焦化廠對于干熄爐使用來看，干熄焦爐冷卻室的磨損程度基本上每年都有逐步遞增的趨勢，第一年冷卻室各個方位面磚磨損程度大約在45-70mm左右，第二年則會達到80-110mm，基本已經將所有的工作面磚全部磨損了。

而由于冷卻室這種每年逐步遞增磨損，給干熄焦的生產帶來十分嚴重的影響，例如：墻體不同程度損壞，會導致熱量使用率的降低的問題，若是磨損嚴重的話還會帶來不可預估的安全隱患。

1.2 此現狀的目前的解決方法和各個方法的缺點

（1）大、中、小型焦化廠通過不同方式在操作中減少磨損量，但實際的收效并不顯著。（2）大部分焦化廠會在在檢修中也會通過澆注耐磨材料的方式進行維護，以求達到減少磨損的效果，但是這種方式會使得冷卻效果直線下降。既降低了熱能的有效利用率同時也增加了排焦系統的運行風險。

2 冷卻室中耐火材料的磨損機理

針對干熄爐冷卻室耐材磨損的問題，在多次的實驗、分析、比對和試用中，發現目前使用的BM莫來石磚其耐磨指標相對來說比較低，就會造成冷卻室大面積磨損損壞；結合用戶使用要求使用復合相抗剝落耐磨磚，經在干熄爐冷卻室試用，指標基本符合要求。

2.1 主要原因

在干熄焦爐爐內，冷卻室主要完成對于焦炭的冷卻工作，通過底部自下向上的冷卻氣流與自上向下的焦炭通過對流換熱從而實現冷卻作用，而在焦炭向下運動的過程中卻會與冷卻室內的工作墻面耐火磚發生物理摩擦和化學反應，這種物理摩擦和化學反應也就造成了冷卻室耐磨材料磨損的磨損。

2.2 關于焦炭與工作墻面耐火磚的化學侵蝕和物理摩擦

2.2.1 工作墻面耐火磚的主要材料和其相關設計指標

現如今，大多數工作墻面的耐火磚主要材料為BM莫來石磚，此種耐火材料耐火溫度大于1700℃，荷重軟化溫度大于14500℃，顯氣孔率小于20%，體積密度大于2.40g/cm3，常溫耐壓強度大于80MPa，熱震穩定性（1100℃水冷）大于20，A12O3大于40%，Fe2O3含量小于1.5%

此指標中沒有明確表示常溫耐磨系數和耐磨量，經過實驗發現BM莫來石磚耐磨量為小于等于11cm2。

2.2.2 化學因素

（1）在生產過程中，大約400左右的高溫下，循環氣體中的CO會有生成C的化學反應，而這種反應所得到的元素c又對耐火材料存在腐蝕的影響，很容易損壞到工作墻面耐火磚。（2）焦炭表面存在一部分堿金屬，而這種堿金屬則會在780℃以上的高溫下產生不同成都的鉀、鈉以及含有鉀和鈉的蒸汽，這些所得物則會與工作墻面耐火磚（主要成分BM莫來石磚）發生化學反應，生成極易熔解的低熔物，從而使得工作墻面耐火磚出現不同程度的脫落。（3）其他雜質的影響，國內大部分焦化廠的原材料中都含有不同程度的Fe2O3，而這種雜質在高溫與強還原性氣體的作用下很容易發生化學反應，先產生CO2和H2O，CO2和H2O在高溫下產生不同程度的CO，進一步導致游離碳（2CO→C+CO2）對耐火材料的腐蝕。

2.2.3 物理因素

（1）工作墻面耐火磚常年處于500度左右的高溫環境下，這樣的溫度會導致工作墻面耐火磚的損壞；（2）工作墻面耐火磚不僅要承受焦炭帶來的化學反應，也要承受自上而下的焦炭產生的機械力，在這種機械力的沖刷下很容易造成耐火材料的剝落，以及工作墻面耐火磚上不同層次的孔洞。

3 新型抗剝落耐磨磚的實際優勢和使用結果

3.1 塑性復合抗剝落耐磨磚的優點

根據多年對于干熄焦爐冷卻室通病的分析，結合冷卻材料磨損對于焦化廠的生產效率和安全隱患的現狀，經過與耐火材料廠家的不斷溝通，確定了使用新型的抗剝落耐磨磚才是解決冷卻室工作墻面磨損和侵蝕的關鍵。

對塑性復合抗剝落耐磨磚長期測試，發現此種耐火材料耐火溫度大于1700℃，荷重軟化溫度大于于1550℃，顯氣孔率小于18%，體積密度大于2.50g/cm3，常溫耐壓強度大于100MPa，熱震穩定性（1100℃水冷）大于20，A12O3大于50%，Fe2O3含量小于1.4%，常溫耐磨量小于等于4cm2。

根據兩種材料的長期使用對比結果來看：在使用BM莫來石磚的過程中，其惡劣環境下，冷卻室會出現大面積的磨損情況，而在塑性復合抗剝落耐磨磚的使用過程中發現，干熄爐冷卻室最大磨損量小于4mm，且集中于不規則地段，墻體上很明顯可以看到磚釉色。

對干熄爐冷卻室耐火材料使用上普遍存在的問題和損壞機理，以及對干熄焦安全穩定運行的危害進行分析，并對冷卻室改進型耐火材料的應用及效果進行對比.由于抗剝落耐磨磚在冷卻室的使用，解決了干熄焦冷卻室磨損快的弊病，延長冷卻室工作面磚的使用壽命達4年以上。

抗剝落型耐磨磚是對干熄焦爐冷卻室用耐火磚勝能的改進和耐磨性能的提升，使長期困擾干熄焦冷卻室年年修補造成的停產損失進一步降低。解決了干熄爐冷卻室因磨損造成的排焦偏析和紊流現象，使得循環氣體在爐內分布均勻，焦炭能夠均勻冷卻，在合理的氣料比范圍運行降低能耗和熱量損失。

3.2 使用塑性復合抗剝落耐磨磚解決的問題

通過對現在干熄焦冷卻室使用過程中暴露的問題原因進行深入分析，以及通過對新型材料的參數與現在使用的BM莫來石磚參數進行對比分析，從而確定出更加適合焦化廠——干熄焦爐冷卻室使用的耐火材料。

避免了干熄爐冷卻室物料分布不均造成焦炭壁流增加后堵塞斜道，造成斜道出口阻力上升和水平煙道的焦粉堆積，破壞系統熱量平衡。使干熄爐冷卻室圓周四點溫差進一步縮小，上下部溫度呈梯度分布，焦炭充分冷卻，提高排焦系統安全運行的穩定性。

這種耐火材料由于其良好的耐磨性質，可以更好的適用于惡劣環境，根據估算，此種耐磨材料在干熄焦爐冷卻室中使用壽命是之前BM莫來石磚的2倍左右，大約可以使用5年而不用年年澆注耐磨澆注劑，如此之下，就很好的解決了由于干熄焦爐冷卻室墻體磨損帶來的一系列問題，確保了生產效率，使得熱量利用率得到了提升，并且在生產安全方面得到了一定的保證。

參考文獻

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[2]徐國濤，盛軍波，呂永勁，陳勝春，崔會明，張洪雷，劉黎.大型干熄焦爐冷卻段用耐磨耐火材料的研制與應用[J].耐火材料，2016，（01）.

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