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7.63m焦炉主要耐火材料简评

作者：佚名发布时间：1970-01-01

韩冬（中冶焦耐工程技术有限公司，鞍山114002)

杨建华（马钢股份有限公司煤焦化公司，马鞍山243069)

马钢公司引进的2×70孔7.63m焦炉是德国伍德公司开发的分段加热与废气循环相结合的复热式大容积焦炉，年产干全焦213万吨，基本设计由伍德公司提供，中冶焦耐公司进行详细设计。

1 主要耐火材料的品种与数量

1座7.63m焦炉的各种耐火材料达3万吨，异型砖达1100余种，根据焦炉各部位的不同工况，分别选用硅砖、半硅砖、粘土砖、高铝隔热砖、硅线石砖、红砖和浇注块等种类的耐火材料砌筑，见表1。

表1 1×70孔7.63m焦炉用的主要耐火材料

材料名称	使用量，吨	材料名称	使用量，吨
异型硅砖KN（蓄热室、斜道、炉顶）	10041.0	异型硅砖KD（炉墙）	4800.0
异型硅砖KS（炭化室底）	205.0	标准型硅砖	459.0
硅火泥	1870.0	异型半硅砖E65	7318.0
半硅格子砖E70-2	1322.0	异型粘土砖KA-40	234.0
粘土格子砖AW	811.0	粘土格子砖KA40-2	1003.0
异型硅线石砖OT-60	210.0	标准型粘土砖	1500.0
粘土火泥	1300.0

2 主要耐火材料的质量、检验及验收

2.1 主要耐火材料的质量要求

在伍德公司的基木设计中，7.63m焦炉主要耐火材料采用德国标准（DIN标准），中冶焦耐公司转化设计时参考中国标准将硅砖、半硅砖的指标增加了一项体积密度，其他未作改变。

2.2 质量的检验与验收

由于耐火材料品种多、批量大，且每种耐火材料又有很多指标，为了既保证工程质量，又满足工程进度，同时还要减少检验费用，使检验和验收具有可操作性，我们对主要耐火材料确定了如下的验收技术条件。

(1) 耐火材料生产厂家必须严格按照合同要求组织生产、检验，并出具质保书。

(2) 将主要耐火材料的质量指标分为主要指标、次要指标、参考指标三类，作为验收检验的条件，具体规定如下：

a) 主要指标不得低于设计值，为退货指标；

b) 次要指标原则上不低于设计值，为让步接受指标；

c) 参考指标原则上不低于设计值，仅参考，不作为考核指标。

(3) 外形尺寸及外观仍按DIN标准验收。

2.3 主要耐火材料的验收技术条件

硅砖、半硅砖、粘土砖及硅线石砖的验收技术条件见表2～表7。

表2 硅砖验收的技术条件

性能			KN		KD	KS
			蓄热室、斜道、炉顶		炉墙	炭化室底
化学成分％	SiO₂（主要）		≥94.5		≥95.0
	Al₂O₃（参考）		≤2.0		≤1.5
	Fe₂O₃（参考）		≤1.0		≤1.0
	CaO（次要）		≤3.0		≤3.0
	Na₂O+K₂O（参考）		≤0.35		≤0.35
残余石英量，％（参考）		粗晶体原料	共同协商≤2.0
常温耐压强度（次要），MPa			≥28	≥35		≥45
显气孔率（主要），％			≤24.5	≤22.0		≤22.0
荷重软化点开始温度T_0.6（主要），℃			≥1640	≥1650
压缩蠕变率(1400℃×Z₂₅)(参考)，％			≤0.35
耐火度（次要），％			≥1680	-		-
体积密度（参考），g/cm³			≥1.78	≥1.81		≥1.83

注：1) 因硅砖量比较大，以300～600吨为1个取样批次；

2) 因为没有相应的检验方法和仪器，取消了设计采用的DIN标准中的磨损指标。

表3 E70、 E65半硅砖的验收技术条件

性能	E70-1	E70-2	E65-1	E65-2
性能	格子砖、蓄热室、炉顶
SiO₂主要）,％	≥70		≥65
显气孔率（主要），％	≤23	≤21	≤25	≤22
常温耐压强度（次要），N/ mm²	≥25	≥40	≥20	≥35
荷重软化点（DFB）开始温度t_a(主要）,℃	≥1350		≥1350	≥1320
耐火度SK（次要）	≥1580		-
压缩蠕变（参考抽检）[Z₂₅]，%	指相对线变化率0.25
体积密度（参考），g / cm³	≥2.00	≥2.00	≥2.00	≥2.00
酸溶解度（SL)（参考）,％	≤5
热震950℃水冷（参考）	热震循环最小次数≥7

注：1) 300～600吨为1个取样批次；

2)格子砖测耐火度（≥1580℃）替代常温耐压强度。

表4 E2-F、AT1250半硅砖验收的技术条件

性能		E2-F	AT1250
耐火度（次要）／℃		≥1580	≥1580
荷重软化点（主要）开始温度(T_0.6),℃		≥1350	≥1320
体积密度（参考），g/ cm³		≥2.0	≥2.0
常温耐压强度（次要）, MPa		≥40	≥45
显气孔率（主要），％		≤21	≤20
可逆热膨胀率（参考）1000℃，%		～0.65	～0.7
化学成分％	主要	SiO₂≥70	Al₂O₃≥22
	次要	Fe₂O₃≤2.5	Fe₂O₃≤2.5
	参考	Na₂O+K₂O≤1.7	Na₂O+K₂O≤1.7

注：取样批次： 300～600吨为1个批次。

表5 KA40粘土砖验收的技术条件

性能	KA40蓄热室、燃烧室头部	性能	KA40蓄热室、燃烧室头部
A1₂O₃（主要），％	≥40	Fe₂O₃(参考）,％	≤2.0
Na₂O+K₂O（参考）,％	≤1.0	显气孔率（主要），％	≥20
常温耐压强度（次要），MPa	≥35	荷重软化点（主要）开始温度，℃	≥1350
耐火度（参考），℃	≥1710	体积密度（次要），g/ cm³	≥2.1
压缩蠕变率（参考）［1150℃×Z₂₅］相对线变化率，％	≤0.25	热震性950℃水冷（参考）,次	热震循环最小次数≥7

注：取样批次：300～600吨为1个批次。

表6 粘土质格子砖验收的技术条件

性能	KA40-2格子砖	AW格子砖
Al₂O₃（主要），％	≥40	30～36
Fe₂O₃（参考），％	≤2.0	≤2.5
显气孔率（主要），％	≤24	≤22
荷重软化点（主要）开始温度，℃	≥1400	≥1350
耐火度（参考），℃	≥1710	≥1610
压缩蠕变率（参考）［1050℃×Z₂₅］相对线变化率，％	≤0.25	-
体积密度（次要），g/ cm³	≥2.1	≥2.0
热震性950℃水冷（次要）,次	热震循环最小次数≥7	≥30个循环（950℃风冷）
热膨胀率（参考）1000℃，%	-	≤0.7
重烧线变化率（次要）, ％（1300℃, 2h）	-	≤0.4

注：300吨为1个取样批次，格子砖用耐火度替代常温耐压强度。

表7 KA40粘土砖验收的技术条件

性能	KA40蓄热室、燃烧室头部	性能	KA40蓄热室、燃烧室头部
A1₂O₃（主要），％	≥60.0	Fe₂O₃(参考）,％	≤2.5
耐压强度（次要），MPa	≥50	显气孔率（次要），％	≤16
耐火度（参考），℃	≥1750	荷重软化点（主要）开始温度，℃	≥1680
1000℃热膨胀率（参考），％	0.60	热震次数950℃水冷（主要）	25
体积密度（次要），g/ cm³	≥2.55

注：300吨为1个取样批次。

3 问题讨论

3.1 关于半硅砖

半硅砖是指SiO₂含量大于65％的铝硅质耐火制品，一般用含石英砂的耐火粘土、叶蜡石以及耐火粘土或者高岭土选矿的尾矿作原料。半硅砖受热后的膨胀性不太大，这种微量的膨胀特质有利于提高砌体的整体性。半硅砖可减弱熔渣对砌体的侵蚀作用。当高温熔渣与砖表面接触后，在砖的表面产生一层

度较大的釉状物质，可阻止熔渣继续向砖内渗透，形成一层保护层，从而提高了砖的抗侵蚀能力。

半硅砖用于焦炉蓄热室中下部，采用半硅砖的目的是为了保证砌体的严密性以及防止酸性气体侵蚀（高炉煤气加热时）。由于半硅砖的热膨胀介于粘土砖与硅砖之间，与硅砖仍有差距，当焦炉达到中龄时，能否保持炉体的严密性尚有待实践检验。而硅砖的抗侵蚀能力是没有问题的，所以，可以认为蓄热室墙体采用半硅砖砌筑，除了价格略低外，技术上是没有意义的。此外，耐火材料制造行业亦缺乏焦炉用半硅砖的生产经验，其配料中叶蜡石等含量与烧成温度应很好地把握，否则极易造成理化指标不合格或者外形不合格。半硅砖砌筑用火泥设计中推荐粘土火泥，我们采用的是二氧化硅含量85％的中温硅火泥，因为该火泥的成分更接近于半硅砖。

3.2 关于硅线石砖

硅线石含有莫来石、α-方石英晶体，具有较好的热震稳定性和较高的耐火度，在7.63m焦炉中用于炉头部位。通常为了减少急冷急热对炉头的不良影响，采用高铝砖砌筑，显然，硅线石砖的性能优于高铝砖，但是原料资源很少、价格较高，经济上是否合适，取决于其使用效果，还有待于实践检验。

3.3 关于硅火泥

7.63m焦炉对于硅火泥的粒级要求较为严格，规定了＜0.063mm、0.063～0.125mm、 0.125～0.25mm、0.25～0.5mm、0.5～1 mm、1～2mm、>2mm各粒级组成，而我国的国家标准仅规定了＞ 1mm和＜0.074mm组成。我们认为德国的粒度配合较为合理，类似硅砖原料的粒配，对于保证砌体严密性是有好处的，但是该火泥施工的难度略大，生产也较难，马钢在采购时将上述粒级稍微作了调整。

3.4 关于格子砖

我国焦炉蓄热室格子砖通常采用粘土砖，有些厂家为降低成本，使用一些含A1₂O₃较高的原料取代粘土砖的主原料焦宝石，以至焦炉在用高炉煤气加热时，蓄热室上部格子砖在还原性气氛下受酸性气体侵蚀而产生熔胀现象。后来对蓄热室上部四层格子砖的A1₂O₃含量作了规定，称之为低铝格子砖。7.63m焦炉蓄热室格子砖下部用A1₂O₃含量30%～36％的粘土砖（AW)，增加了热震（风冷）次数大于25次（一般粘土砖无此要求），中部用半硅砖，上部用A1₂O₃含量≥40％的粘土砖（KA40 )是值得商榷的。

3.5 有关的检验方法

7.63m焦炉炭化室底和墙面硅砖有一项磨损指标，因为不具备检验条件而没有检测，该指标对于焦炉的预期寿命有一定的意义。德国烘炉曲线是依据耐火材料的压缩蠕变绘制的，与我们通常依据膨胀率绘制有所不同，烘炉曲线、升温速率有一些差异。

4 结语

(1) 7.63m焦炉的炉体严密性好，但异型砖多，有些砖的成品率极低，甚至不到50%。焦炉加热水平设计不合适，炉顶空间温度高，单个上升管压力控制（Proven）系统很复杂，这对焦油质量有一定影响。高向加热设计的调节手段较多，但可操作性较差，并使得炉体结构复杂等问题皆值得讨论或有待于改进。

(2) 7.63m焦炉使用了许多新技术，但是这些新技术有的值得借鉴，有的尚需讨论其有效性和必要性，而复杂的炉体结构对焦炉生产操作和寿命是否有影响也需要进一步实践验证。

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