摘要：安鋼焦化廠140t／h干熄爐環(huán)形風道內(nèi)墻及牛腿出現(xiàn)坍塌，分析認為，主要原因是耐火磚材質(zhì)及惡劣的工況、有害氣體侵蝕等導致的耐火磚損蝕，砌筑設(shè)計不合理，強化生產(chǎn)及設(shè)備故障導致的停機及操作不規(guī)范等問題，采取相應(yīng)對策后，干熄爐維修周期由不足1a延長為15個月。
　　關(guān)鍵詞：干熄爐；環(huán)形風道；坍塌；耐火磚；損蝕
??? 1前言
　　安鋼焦化廠140t／h干熄焦(CDQ)系統(tǒng)為7、8JN60焦爐及2×55孔焦爐的配套項目，裝置處理能力為140t／h，并配有干熄焦地面除塵站和配套余熱發(fā)電系統(tǒng)，于2009年7月投產(chǎn)使用。2010年3月份干熄爐環(huán)形風道內(nèi)墻及牛腿出現(xiàn)坍塌，致使大修。
　　為此，從耐火磚材質(zhì)及損蝕機理和工藝操作方面對爐墻坍塌事故進行分析，采取了相應(yīng)的對策，取得了良好的效果。
　　2環(huán)形風道內(nèi)墻坍塌原因分析
　　2．1耐火磚損蝕
　　1)耐火磚材質(zhì)。安鋼焦化廠使用的是國產(chǎn)高
　　檔莫來石磚、A10，／SiC質(zhì)磚。莫來石磚、A1O／SiC質(zhì)磚雖然相組成穩(wěn)定，但有時會因生產(chǎn)工藝等問題，其燒結(jié)性能與黏土質(zhì)磚差別較大，砌磚縫之間也是易產(chǎn)生損毀的薄弱環(huán)節(jié)，長期抗CO等化學侵蝕方面的表現(xiàn)不如黏土質(zhì)磚。雖然最近幾年國產(chǎn)CDQ內(nèi)襯耐火材料質(zhì)量有很大的提高，但其實際使用仍存在整體性差、使用壽命不理想、成本過高等問題。安鋼焦化廠CDQ耐火磚使用壽命還不到1a，就出現(xiàn)了內(nèi)襯磚損蝕坍塌的情況。
　　2)耐火磚損蝕原因。環(huán)形風道和斜道處于一
　　個頻繁劇烈的溫度變化、化學侵蝕、焦炭粉塵等引起的沖刷和磨損、長期高溫荷重、冷卻方式以及余熱回收制度變化等惡劣工況之下。因受循環(huán)氣體焦粉磨損，導致內(nèi)襯磚的孑L洞較深，逐漸產(chǎn)生損蝕，出現(xiàn)裂紋、開裂、局部剝落、磨損，中期出現(xiàn)層狀剝落、表層疏松、變形、加速磨損剝落，最后導致組織結(jié)構(gòu)疏松、斷裂、脫落等類型的損毀。這些損蝕類型中，溫度波動產(chǎn)生的熱應(yīng)力剝落和固體、氣體流動產(chǎn)生的機械剝落，是導致內(nèi)襯磚損毀的最主要因素；煉焦夾帶的有害介質(zhì)、冷卻產(chǎn)生的還原性氣體、煤灰粉塵等與爐襯材料發(fā)生化學作用，最終熔解、侵蝕、損毀，這一損蝕也是決定環(huán)形風道內(nèi)襯磚壽命的重要因素。
　　3)耐火磚損蝕機理。CDQ內(nèi)襯磚損蝕主要有物理損蝕和化學損蝕，其中主要為化學損蝕。
　　從事故區(qū)域倒塌部位可以看出，物理損蝕機理主要有：①內(nèi)襯磚處于300~700℃范圍內(nèi)，每年要經(jīng)受2萬余次的溫度變化。斜道及環(huán)形風道部位急冷急熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力是耐火材料損毀的根本原因，也是決定內(nèi)襯磚使用壽命的最主要因素。②同時內(nèi)襯磚要承受向下運動的焦炭(此時焦炭為磨料)產(chǎn)生的機械力以及逆向粉塵、氣流的沖刷，造成耐火磚砌體拉裂、剝落，特別是焦炭向下的沖擊力會造成墻面上出現(xiàn)不同深度的孔洞和磨傷。③使用溫度下，爐襯的結(jié)構(gòu)強度以及在使用過程中自身的結(jié)構(gòu)性強度下降產(chǎn)生損毀，這與材料的組織結(jié)構(gòu)、物相組成的熱穩(wěn)定性、熱應(yīng)力后的持有強度有關(guān)。
　　化學損蝕機理為：①由于循環(huán)氣體中含有CO，在300～600℃范圍內(nèi)發(fā)生化學反應(yīng)(2CO--+CO+C)，分離出的游離碳對耐火材料有侵蝕作用，會造成耐火磚砌體破裂或完全損壞【。②國產(chǎn)的莫來石磚、炭化硅磚一般都含由Fe2O3，內(nèi)襯磚長期經(jīng)受高溫狀態(tài)下CO、H等氣體的侵蝕。在強還原性氣體氛圍下，極易與內(nèi)襯磚Fe2O3反應(yīng)。反應(yīng)方程式為：
　　3CO+Fe203--*2Fe+3CO2；H2+Fe2O3_÷3H2O+2Fe；而生成的cO：(g)、HO(g)與灼熱的焦炭在高溫狀態(tài)下又生成強還原性氣體CO、H：，進一步加速游離碳的生成。③堿侵蝕。烏克蘭在對干熄焦內(nèi)襯磚的研究中證明乜]，焦炭表面富集一定的堿金屬，在750℃以上可產(chǎn)生少量的鉀鈉或其鹽的蒸汽，它們會分解莫來石晶相結(jié)構(gòu)，形成松脆質(zhì)結(jié)構(gòu)的六方鉀鈉霞石等低熔物，致使制品表層成層狀脫落，在焦炭、氣流的作用下，磨損加速。④各種有害介質(zhì)與爐襯材料發(fā)生化學作用導致的化學侵蝕損毀。
　　2．2砌筑設(shè)計不合理
　　安鋼焦化廠140t／h干熄爐斜道部位設(shè)計有同列碳化硅磚，承受上部預存段重量后，一般都開裂8～20mm，致使斜道區(qū)牛腿(冷卻段與預存段之間的支撐柱)開裂。因設(shè)計不合理，造成某些磚型無法嚴格按工藝要求砌筑，同時耐火磚存在正負公差，在保證尺寸前提下，無法保證灰縫在1～3mm范圍內(nèi)。砌筑時曾發(fā)現(xiàn)，灰縫最大為7mm。上述原因是牛腿開裂并導致環(huán)形風道倒塌的又一原因。
　　2．3生產(chǎn)操作存在問題
　　安鋼焦化廠140t／hCDQ裝置投人運行后，經(jīng)常出現(xiàn)一些設(shè)備事故，增加了系統(tǒng)停產(chǎn)檢修次數(shù)，加劇了干熄爐溫度劇烈變化，加速了內(nèi)襯磚的侵蝕；另外，各種生產(chǎn)指標及經(jīng)驗都不成熟，并且該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，一直處在強化生產(chǎn)的狀態(tài)，致使干熄爐長期處在高位標準，對干熄爐爐體部位作用力加大，特別是在環(huán)形風道部位承受焦炭作用力(重力及摩擦力)明顯增大。裝焦操作不規(guī)范造成預存段內(nèi)焦炭偏析，使環(huán)形風道內(nèi)部各處壓力分布不均勻，長期在這種狀況下，重心容易出現(xiàn)偏移，尤其環(huán)形風道在牛腿部位受到侵蝕后，出現(xiàn)坍塌。
　　2．4改進措施
　　1)選擇高熱焓、結(jié)構(gòu)致密、耐磨及鐵等雜質(zhì)含
　　量低的高級耐火材料，同時要求制品有高熱震穩(wěn)定性、抗化學侵蝕、致密高強、高耐磨、高荷重軟化溫度等突出的性能指標，對耐火材料抗CO等化學侵蝕能力進行檢測，減輕操作過程中對耐火材料特別是內(nèi)襯磚的損蝕。
　　2)砌筑時加強監(jiān)測，對耐火磚進行測量、分組，將正負偏差的磚分類，確?；铱p在1～3mm范圍內(nèi)。
　　3)生產(chǎn)過程中采取相應(yīng)措施，確保干熄爐預存
　　段料位控制在合理的位置，盡量避免干熄爐上下料位的波動及偏析，確保干熄爐穩(wěn)定運行。
　　4)針對焦炭對冷卻段內(nèi)襯磚磨損嚴重的問題，
　　采用貼耐磨瓷磚的辦法。
　　5)合理控制分配循環(huán)風機風量。循環(huán)冷卻氣體量的分配應(yīng)根據(jù)干熄爐各段間溫度范圍進行合理分配調(diào)節(jié)，盡量避免由于循環(huán)氣體受到爐內(nèi)焦炭質(zhì)量的變化而產(chǎn)生溫度的變化，特別要注意斜道牛腿及環(huán)形風道部位溫度劇烈波動。如果控制不好，將導致該區(qū)域溫度劇烈波動次數(shù)增加，加速對耐火材料的侵蝕。
　　3結(jié)語
　　采取改進措施后，安鋼焦化廠CDQ裝置自2010年5月恢復運行后，2011年8月再次進行維修，使用時間為15個月。干熄爐內(nèi)襯磚損蝕為這次事故的主要原因。只有從砌筑、烘爐、生產(chǎn)操作等各方面控制好干熄爐各項工藝參數(shù)，特別是減少斜道及環(huán)形風道區(qū)域溫差的大幅波動次數(shù)，對減輕干熄爐內(nèi)耐火材料的損蝕及延長干熄爐的使用壽命有著非常重要的意義。某焦化廠針對干熄爐牛腿設(shè)計方面的一些缺陷，設(shè)計了專門的磚型并申請了專利，彌補了原來設(shè)計中的不足，并在生產(chǎn)中取得了很好的效果。建議安鋼干熄爐在下次大修時借鑒引進該項專利技術(shù)。