摘要：安鋼焦化廠140t／h干熄爐環形風道內墻及牛腿出現坍塌，分析認為，主要原因是耐火磚材質及惡劣的工況、有害氣體侵蝕等導致的耐火磚損蝕，砌筑設計不合理，強化生產及設備故障導致的停機及操作不規范等問題，采取相應對策后，干熄爐維修周期由不足1a延長為15個月。
　　關鍵詞：干熄爐；環形風道；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電系統，于2009年7月投產使用。2010年3月份干熄爐環形風道內墻及牛腿出現坍塌，致使大修。
　　為此，從耐火磚材質及損蝕機理和工藝操作方面對爐墻坍塌事故進行分析，采取了相應的對策，取得了良好的效果。
　　2環形風道內墻坍塌原因分析
　　2．1耐火磚損蝕
　　1)耐火磚材質。安鋼焦化廠使用的是國產高
　　檔莫來石磚、A10，／SiC質磚。莫來石磚、A1O／SiC質磚雖然相組成穩定，但有時會因生產工藝等問題，其燒結性能與黏土質磚差別較大，砌磚縫之間也是易產生損毀的薄弱環節，長期抗CO等化學侵蝕方面的表現不如黏土質磚。雖然最近幾年國產CDQ內襯耐火材料質量有很大的提高，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，就出現了內襯磚損蝕坍塌的情況。
　　2)耐火磚損蝕原因。環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。因受循環氣體焦粉磨損，導致內襯磚的孑L洞較深，逐漸產生損蝕，出現裂紋、開裂、局部剝落、磨損，中期出現層狀剝落、表層疏松、變形、加速磨損剝落，最后導致組織結構疏松、斷裂、脫落等類型的損毀。這些損蝕類型中，溫度波動產生的熱應力剝落和固體、氣體流動產生的機械剝落，是導致內襯磚損毀的最主要因素；煉焦夾帶的有害介質、冷卻產生的還原性氣體、煤灰粉塵等與爐襯材料發生化學作用，最終熔解、侵蝕、損毀，這一損蝕也是決定環形風道內襯磚壽命的重要因素。
　　3)耐火磚損蝕機理。CDQ內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。
　　從事故區域倒塌部位可以看出，物理損蝕機理主要有：①內襯磚處于300~700℃范圍內，每年要經受2萬余次的溫度變化。斜道及環形風道部位急冷急熱產生的熱應力是耐火材料損毀的根本原因，也是決定內襯磚使用壽命的最主要因素。②同時內襯磚要承受向下運動的焦炭(此時焦炭為磨料)產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不同深度的孔洞和磨傷。③使用溫度下，爐襯的結構強度以及在使用過程中自身的結構性強度下降產生損毀，這與材料的組織結構、物相組成的熱穩定性、熱應力后的持有強度有關。
　　化學損蝕機理為：①由于循環氣體中含有CO，在300～600℃范圍內發生化學反應(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國產的莫來石磚、炭化硅磚一般都含由Fe2O3，內襯磚長期經受高溫狀態下CO、H等氣體的侵蝕。在強還原性氣體氛圍下，極易與內襯磚Fe2O3反應。反應方程式為：
　　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℃以上可產生少量的鉀鈉或其鹽的蒸汽，它們會分解莫來石晶相結構，形成松脆質結構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各種有害介質與爐襯材料發生化學作用導致的化學侵蝕損毀。
　　2．2砌筑設計不合理
　　安鋼焦化廠140t／h干熄爐斜道部位設計有同列碳化硅磚，承受上部預存段重量后，一般都開裂8～20mm，致使斜道區牛腿(冷卻段與預存段之間的支撐柱)開裂。因設計不合理，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。砌筑時曾發現，灰縫最大為7mm。上述原因是牛腿開裂并導致環形風道倒塌的又一原因。
　　2．3生產操作存在問題
　　安鋼焦化廠140t／hCDQ裝置投人運行后，經常出現一些設備事故，增加了系統停產檢修次數，加劇了干熄爐溫度劇烈變化，加速了內襯磚的侵蝕；另外，各種生產指標及經驗都不成熟，并且該系統自投產以來，一直處在強化生產的狀態，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。裝焦操作不規范造成預存段內焦炭偏析，使環形風道內部各處壓力分布不均勻，長期在這種狀況下，重心容易出現偏移，尤其環形風道在牛腿部位受到侵蝕后，出現坍塌。
　　2．4改進措施
　　1)選擇高熱焓、結構致密、耐磨及鐵等雜質含
　　量低的高級耐火材料，同時要求制品有高熱震穩定性、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襯磚的損蝕。
　　2)砌筑時加強監測，對耐火磚進行測量、分組，將正負偏差的磚分類，確保灰縫在1～3mm范圍內。
　　3)生產過程中采取相應措施，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，確保干熄爐穩定運行。
　　4)針對焦炭對冷卻段內襯磚磨損嚴重的問題，
　　采用貼耐磨瓷磚的辦法。
　　5)合理控制分配循環風機風量。循環冷卻氣體量的分配應根據干熄爐各段間溫度范圍進行合理分配調節，盡量避免由于循環氣體受到爐內焦炭質量的變化而產生溫度的變化，特別要注意斜道牛腿及環形風道部位溫度劇烈波動。如果控制不好，將導致該區域溫度劇烈波動次數增加，加速對耐火材料的侵蝕。
　　3結語
　　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。干熄爐內襯磚損蝕為這次事故的主要原因。只有從砌筑、烘爐、生產操作等各方面控制好干熄爐各項工藝參數，特別是減少斜道及環形風道區域溫差的大幅波動次數，對減輕干熄爐內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計方面的一些缺陷，設計了專門的磚型并申請了專利，彌補了原來設計中的不足，并在生產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。