延长捣固焦炉炉墙寿命的工艺

延长捣固焦炉炉墙寿命的工艺pgd-642 摘 要：目前中国捣固焦炭产能已超过1亿吨，但是捣固焦炉由于煤饼密度大，推焦电流大，造成炉墙损坏严重。现阶段国内部分大型捣固焦炉炭化室墙面已经出现剥蚀、裂缝、穿孔，造成部分立火道堵塞

摘 要：目前中国捣固焦炭产能已超过1亿吨，但是捣固焦炉由于煤饼密度大，推焦电流大，造成炉墙损坏严重。现阶段国内部分大型捣固焦炉炭化室墙面已经出现剥蚀、裂缝、穿孔，造成部分立火道堵塞，加热温度不均，焦炭成熟不均，炭化室窜漏严重。通过对攀钢捣固焦炉生产实践进行分析，找出了其与顶装焦炉的不同之处，及其寿命较短的原因，提出捣固焦炉寿命延长的重要措施。

关键词：捣固焦炉;长寿化;炉龄;焦炉热修

1 引言

攀钢钒炼铁厂3# 、4# 捣 固 焦 炉 是JND55-07型捣固焦炉，为双联火道、废气循环、宽炭化 室、焦炉煤气下喷的复热式焦炉。设计与顶装焦炉一样可以单烧焦炉煤气，也可单烧高炉煤气，也可高炉、焦炉煤气混烧。焦炉设计结焦时间为22.5h，年产135万吨焦炭。随着 日 常 生 产，炭化室墙面机侧下部1.5m、高300mm 处已经出现剥蚀，燃烧室2眼立火道处出现双裂纹，将近20炉炭化室出现炉墙穿孔，造成部分立火道堵塞，加热温度低，焦炭不成熟，炭化室窜漏严重，见表1。

2 影响捣固焦炉长寿的主要问题分析

2.1 捣固焦炉维护方法欠佳

由于捣固焦炉煤饼密度比顶装焦炉大1.5倍左右，造成其推焦电流大，对炉墙损坏严重。攀钢捣固焦炉在推焦时，推 动 焦 侧 焦饼瞬间，机侧焦饼正好进入炭化室1m 左右，从而造成燃烧室2眼立火道损坏严重。再加上捣固焦炉侧装煤饼过程中，托 煤 底 板 对 炭化室底部1.5m 处磨损严重，而且在煤饼装入过程中，机侧炉墙温度下降较快，从而造成机侧炉墙损坏严重。如果其损坏部位得不到合理维护，那么将造成捣固焦炉炉墙形成一个恶性循环，从炉墙损坏到修补，再从炉墙更严重损坏到更 大 范 围 修 补，最终造成焦炉无法满足生产。

2.2 捣固焦炉温度不均匀

2.2.1 捣固焦炉生产突发事故比顶装焦炉多，影响温度均匀性

捣固焦炉与顶装焦炉最重要的差异之一是捣固焦炉两座炉子同时生产，设 备 没 有 备用，并且检修时间比顶装焦炉短。如 攀 钢 捣固焦炉达到22.5h生产后，单孔操作时间为20min，每个循环分三个检修段的话，那么每段检修时间只有40min，设备检修时间根本不足。因此，捣固焦炉达到设计生产后，所出现的设备问题比顶装焦炉多，导 致 捣 固 焦 炉温度变化 频 繁、变 化 幅 度 大。炉 温 不 均 匀 不仅让炉体遭受热应力的损害，并 且 造 成 焦 炭成熟不均，推焦电流增大或难推焦，对炉墙再次造成损坏。

2.2.2 捣固焦炉存在煤饼垮塌，影 响 炉 头温度

由于捣固焦炉是侧装煤，不 可 避 免 存 在煤饼垮塌现象，再加上配合煤水分不稳定、细度不均匀、煤车托煤底板变薄、捣固煤饼不结实等因素影响，导致煤饼倒塌现象较为普遍。一旦出现煤饼 倒 塌，势必影响生产炉温稳定性，还将导致炭化室墙面受损，甚至将导致炭化室两边墙面向炭化室中心偏斜。单纯用高炉煤气加热的捣固焦炉，在煤饼倒塌时，并没有有效的方法控制焦炉炉温的均匀性。

3 捣固焦炉长寿化措施研究

3.1 采用最合理的焦炉维护方式

捣固焦炉由于生产方式的特殊性，造 成炉墙比顶装焦炉损坏更为严重，甚 至 可 以 说某些炉墙损坏是无法避免的。在捣固焦炉炉墙损坏严重情况下，如何选择合适修补方法，减少或避免二次 损 坏，是捣固焦炉生产的重要问题。目前焦炉维护常见修补方法有：干法喷补技 术、湿 法 喷 补 技 术、火 焰 焊 补 技 术、半干法喷 补 技 术、陶 瓷 焊 补 技 术。这 些 炉 墙修复技术各有优 缺 点，下面就对这些修补技术进行逐一分析，从而找出适合捣固焦炉炉墙维护修补技术。

3.1.1 各类修补方法的优缺点

(1)干法喷补技术

干法喷补技术的机理是利用喷补料与炉墙砖相似的性能，在高温下将二者黏结在一起。它用压缩空气将耐火泥送至喷嘴，在 混合器内与黏结剂混匀后喷涂在炉墙上。此技术由于喷嘴易堵塞、挂料时间短、灰料浪费大而停用。

(2)湿法喷补技术

湿法喷补是将喷补料与结合剂配制成浆进行喷补，常用的结合剂是磷酸和水玻璃，主要是利用结合剂在高温下有较强的黏结性的特点，将耐火泥黏附在炉墙表面。该 技 术 具有操作简单、补炉快捷的特点，至今仍在不少焦化厂使 用。该技术主要有两个缺点：①硅砖的热稳定性差，当常温含水量高达40%～50%的灰浆喷在1100℃高温的墙面上时，墙面急剧冷却，会产生肉眼看不到的龟裂，时间一长，损坏就 暴 露 出 来;②黏 结 力 低，挂 料 时间只有6～9个 月。随着先进补炉技术的出现，这种方法被淘汰已是大势所趋。

(3)火焰焊补技术

火焰焊补技术是上世纪70年 代 在 国 际上出现的先进补 炉 技 术，我国只有几家焦化企业引进了日本的这一技术。该技术的补炉机理是利用丙烷和氧气燃烧产生的高温火焰，将耐火粉料熔融，然后吹附到炉墙上。该技术装置由控制箱、焊枪、空气锤等组成，使用介质有丙烷、氧气、压缩空气、冷却水等，最大喷补能力为50kg/h耐火料。焦炉火焰焊补技术是湿法补炉技术的一次飞跃，特 别 适合炉墙裂纹及小于10mm 裂缝的焊补，在一定程度上遏制了炉墙裂纹的扩大和剥蚀深度的加剧。该技术的缺点是：①有关设备庞大笨重、管线复杂、对燃烧介质要求高、涉及人员多、焊补速度慢，且只适用于轻度剥蚀墙面的焊补;②火焰温度太高，掌握不合适容易对炉墙进 行 二 次 损 坏，并扩大炉墙损害面积。对于20年以上炉龄的大面积深度剥蚀，我们只有使用湿法或半干法补炉技术。

(4)半干法喷补技术

半干法喷补技术是一种现代化的喷补技术，其喷 补 料 含 水 只 有12%，对 炉 墙 的 副 作用小。该技术以其独特的优点，引 起 焦 化 行业的重视。许多焦化厂均引进了半干法喷补设备，收到显著的炉墙喷补效果。半 干 法 喷补技术的原理 是：干粉料和液态黏结剂在喷管内各行其道，在喷出之前的掺混器内混匀并从喷嘴喷出，水量在10%～12%之间任意调节，其主体设备为转盘喷补机，喷补能力为450kg/h～900kg/h，喷补用水靠针式阀调节，粉料在掺混器中与水混合。半 干 法 补 炉技术具有较高的技术含量，设备少、体积小、易于移动、操作简单，对介质无过高要求、喷补速度快、附着率高，对于剥蚀面积1m2、深度达50mm 的墙面，只需20余 分 钟 即 可 喷补好。但是对捣固焦炉而言修补后的强度不佳，挂料时间仍不理想，并仍含有部分水分，对炉墙有一定程度损害。

(5)陶瓷焊补技术

①陶瓷焊补料的混合物从焊枪的出口借助氧气喷向炭化室高温炉墙砖表面，焊 补 料中可燃颗粒在这一区域内燃烧放热，产 生 的热量软化或熔化喷至炉墙表面的耐火材料，从而形成修补料。修补料能与修补部位衬砖牢固结合，物 理 性 能 好，能 在 短 时 间 内，在 高温状态下施工。

②陶瓷焊补料中主要成分是耐火料，比 例 可 达 到 70% ～85%，耐 火 料 的化学成分与要修理的炉墙耐火材料的化学成分要匹配，这样可保证两者有相似的物理化学性能，从而保证挂料时间。

③耐 火 料 要 选择级配料，这样即可保证修补料有较高的致密性、较低的气孔率，同时级配料中的颗粒料有较好的填充能力，便于焦炉炉墙面积较大、深度较深 部 位 的 修 补。另 外，含 有 级 配 耐 火料的修补料，在温度变化较大的情况下能够吸收产生的膨胀 和 收 缩 能 量，从 而 保 证 修 补料有较好的热态性能

。④陶瓷焊补料中大颗粒临界粒度的选 择 和 确 定，要结合在系统设备中氧气的流速 来 考 虑，氧气实际流动速度要大于大颗粒料在流动过程中不沉降所要求的气体最低流动 速 度，否则会造成大颗粒料沉降而影响料的均匀输送。陶瓷焊补料中耐火颗粒的最大粒径不应大于3.0mm。

⑤陶瓷结构具有高熔 点，较高的高温强度和较小的高温蠕 变 性 能，较好的耐热震性、抗 腐 蚀、抗氧化性，在高温下稳定的化学性质。但 陶瓷结构也有较大的弱点，其脆性较大，耐机械冲击性差。在焦炉正常生产过程中这一问题显得更为突出，焦炉推焦过程中对焦炉炉墙，特别是机方炉头产生较大的冲击力。为解决这方面问题必须 采 取 措 施，最好的方法就是在焦炉正常生产 温 度 范 围 内，产 生 和 增 加 陶瓷中的液相物质，在陶瓷修补料与修补炉墙表面之间，陶瓷修补料内部有液相物质存在，由于液相物质的存在增加柔韧性，增 强 抗 冲击能力。

3.1.2 陶瓷焊补实践

陶瓷焊补技术是利用压缩空气接入陶焊机，陶焊机出料口接至焊枪入料口，12瓶 氧气全部并联接入 焊 枪，冷却上水接入焊枪并注意安排好冷却下水的排放。三角支撑架推入炭化室，支 好 焊 枪。对炭化室内部的损伤火道进行详细勘察。焊补时，边焊补，边通过显示屏观察效果(见图1)，完成一处，往外移一处。靠外侧的边火道用短焊枪焊补，焊 补质量凭目测判 定，这时的工作需格外认真仔细。为了确保在陶焊过程中放热反应的发生，陶焊修补必需在热态下进行。焦 炉 在 修补前不能关闭 很 长 时 间，因为这样会失去很多热量，要求在修补过程中耐火材料溫度保持在700℃以上。对 好 机 侧 炉 门，将 炭 化 室空烧2～3h，恢复生产。将该号燃烧室倒换为高炉煤气加 热，并取出焦炉煤气支管内堵塞物，调整好本燃烧室加热制度。

攀钢捣固焦炉炉墙维护一般用半干法喷补或湿法喷补。炉墙修补后，表面不平，并且在修补过程中，由于有水与炉墙表面接触，造成炉墙 急 剧 降 温，炉墙内部出现隐形损坏。每次修补完炉墙所用时间不长，一般在2～3个月炉墙会出 现 再 次 垮 塌，形成了一个恶性循环。在2012年引进了陶瓷焊补技术，对炉墙剥蚀严重的20个炭化室进行了陶瓷焊补。由于陶瓷焊补 过 程 中，产生的火焰温度不大于1500℃，在修补过程中未有水进入，而 且陶瓷焊补料能够很好地与炉墙衔接，并 且 陶瓷焊补料焊补 后，与硅砖强度和导热性很接近。所以，通过对焦炉20个损坏炭化室进行了陶瓷焊补维修，其效果极为明显，维修后墙面平整，无明显凹凸，并且大多数炉墙使用时间在2年以上。

3.2 优化捣固焦炉温度

捣固焦炉是两座炉子同时生 产，五 大 车一机无备 品。所 以，无论是生产工艺的控制还是设备运行都比顶装焦炉更为困难。捣固焦炉温度处理较困难的异常情况总结如下：①结焦时间跨度较大;②生产时常中断;③煤饼倒塌，装不到位。

3.2.1 结焦时间跨度较大时温度的处理

捣固焦炉是两座炉子同时生 产，五 大 车一机无备品，其突发事故较多，结焦时间不得不大幅度 延 长。由于在大型钢铁企业中，焦炭产量是十分重要的生产指标，捣 固 焦 炉 事故一旦处理，结焦时间就会马上缩短，造成结焦时间大 幅 度 波 动。此 时，对温度调节的要求特别高。如果温度不能及时跟上，将 影 响整个焦炉 生 产。如果煤气加量过多，温 度 提升太快，可能会造成焦炭过火，推 焦 困 难，也将影响炼铁生产。为此，在调整煤气量的过程中，必须循序渐进，根据 调 整 幅 度，逐步增加煤气量，调 整风门，具体操作如下：

(1)30h往26h的调整

在接到调 度 指 令 后，根 据 温 度 情 况 适 当增加煤气量，并立即预排推焦装煤计划，根据计划，在达到 结 焦 时 间8～10h将 煤 气 量 调整到下一时段结焦时间所需煤气量，并 略 高1000m3/h，在加量过程中应分步进行，不 要一次加量过大，使前面结焦时间相对较长焦炭过火。风门应分两次变量，每 次 变 量 时 应取加 热 制 度 的 风 门 上 限，必 要 时 还 应 增 加5mm。

(2)25h往23h或22.5h的调整

由于此结焦时间温度较难控 制，因 此 应在了解预排计划后，按计划调整煤气量，变量风门。具体操作如下：当结焦时 间 为25h时，可 将 风 门，煤 气流量调整到23h或22.5h的煤气流量，但最好分三步进行，第一步调整到24h的加热制度，间隔3h左右调整到23h加热制度，再间隔4h左右调整到22.5h的加热制度，但煤气用量和风门应比加热制度多1000m3/h和大5mm。

同时，由于调整幅度过大，可能会造成此循环最后一段出炉号焦炭过火，因 此在调整加热制度到22.5h后，地下室最后一段出炉号地下室考克关1/4～1/3，将最后一段出炉号温度控制在23.5h的标温范围内，由于用高炉煤 气 加 热，考克调整会影响相邻燃烧室，根据气流原理，建议只关出炉号后燃烧室考克，即炭化室号+1(3# 炉炭化室号-62+1)，如 4# 炉 4、9 笺号为最后一段出炉号，可将地下室高炉煤气考克5、10关1/3这样就能控制4、5号 燃 烧 室 温 度，避 免 常 规 调整考克4、5、6会影响3、4、5、6燃烧室温度的缺点，3# 炉78号 炭 化 室 则 关(078-62+1)17# 地下室高炉煤气考克。

3.2.2 生产中断时的温度处理

生产中断 后，三 班 煤 气 组 必 须 立 即 减 少煤气量，并了解处理需要的时间，根据结焦时间来调整煤气 量，并将出炉号地下室考克做相应调整。

具体情况如下：

(1)结焦时间 长(30h及 以 上)，标 温 较低，在 2～3h 以 内，只 需 适 当 减 量 1000～2000m3/h，地下室考克可不做处理。4～6h，应减 少 煤 气 用 量3000～4000 m3/h，出 炉号地下室考克相应关1/3～2/3，并及时压上升管翻板，减少进风口开度。

(2)结 焦 时 间 短，标准温度较高的情况下，在2～3h以内，应立即减量2000～3000m3/h，出炉号地下室考克关1/3左右。4～6h，应减 少 煤 气 用 量3000～5000 m3/h，出 炉号地下室考克相应关1/2～2/3，并及时压上升管翻板，减少进风口开度。

(3)不管结 焦 时 间 长 短，如 果 影 响 生 产时间较长(6h以上)，在结焦时间较长时，除要多减量外，地下室考克还应做适当调整，并立即缩小风门开度(风门开度以相应的结焦时间为准)。

3.2.3 煤饼倒塌装不到位时的温度处理

(1)焦炉煤气加热

煤饼倒塌 后，岗位人员应准确报告塌饼位置，垮塌量，调火(三班煤气组)接通知后立即将塌饼位置对应的立火道小孔版处加压铁丝，并将处理情况记录在交换机大帐上，三班煤气组每隔4h测 量 横 墙 温 度，并 根 据 温 度情况做出 相 应 处 理。如果煤饼大量倒塌，造成一侧无煤或整个炭化室只有10t煤左右，除按上述方法处 理 外，还应在相邻炭化室推焦前将此炭化室焦炭推出。

(2)高炉煤气加热

①煤饼 机 侧(焦 侧)少量倒塌或送不到位，将地下室高炉煤气考克关1/3～1/4，每4h测量炉头及少煤位置火道温度，确 保 炉 头温度不超过1400℃，必要时延长此炭化室结焦时间。

②煤 饼 大 量 倒 塌，必须倒为焦炉煤气加热，并在煤饼倒塌位置相应立火道小支管孔 板 处 压 铁 丝，每 4h 测 横 墙 温 度，并调整。

4 总结

捣固焦炉的优点适合国内煤资源的分布，对降低企业生产成本起着十分重要的作用，也是今后焦炉发展的主要方向。但 是 捣固焦炉的使用寿命比顶装焦炉要短许多。要使捣固焦炉使用寿命达到设计值，需要：

①利用陶瓷焊补技术对焦炉进行维护，避 免 造 成维修方法 不 当，导致炉墙损坏恶性循环。

② 捣固焦炉生产特点决定了其温度较难调节，且突发事故比顶 装 焦 炉 要 多，加 大 了 温 度 处理的难度。但只要对其温度处理进行分类，针对不同的情况对其温度进行调节，也 能 使其焦饼均匀成熟。