第三章炼焦炉的机械设备

1、炼焦炉的机械设备第五章人,炼焦炉的机械设备 第一节筑炉材料 e 第二节护炉设备第三节煤气设备 第四节焦炉机械炼焦炉的机械设备第一节筑炉材料一、耐火材料的性质通常以下列指标来衡量耐火材料的性能。(1) 气孔率 气孔率即气孔的总体积占耐火制品总体积的 百分比，它表示耐火材料的致密程度。通常所说的气孔率是 指不计闭口气孔(不和大气相通的气孔)的开口气孔率，又 叫显气孔率。耐火制品的气孔率愈小，导热性愈好，耐火砖的耐压强 度也愈高，但吸水性能差，且耐冷热急变性能差。(2) 体积密度和真密度体积密度是指包括全部气孔在内的每m?耐火砖的质量 真密度是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料质量与同体积水的比值。

2、 炼焦炉的机械设备(3) 热膨胀性 耐火制品受热后，一般都会发生膨胀， 这种性质称为热膨胀性。它可用线膨胀率。或体积膨胀率 来表示。不同的温度范围内，其膨胀率是不同的。_ A 0at=jX100%zo处号ixioo%式中厶0、v0室温下试律的原始长度和体积；厶、vt温度升高至广C时试样的长度和体积。(4) 导热性 耐火制品的导热性，取决于其相组成和组 织结构，用导热系数“九”来表示，其法定单位为 kJ/(m.h.C),多数耐火制品的导热系数随温度的升高而增大(如硅砖、黏土砖等)，也有些制品则相反(如镁砖和碳化 硅砖)O炼焦炉的机械设备（5）耐火度耐火材料在高温下抵抗熔融性能的指标.测定：用高岭

3、土、氧化铝和石英按不同配比制成规定尺寸的 三角锥状标准试样称示温熔锥，它们的耐火度是已知的，将 待测试样按规定制成三角锥状，和示温熔锥同时置于高温炉 内，以一定的速度升温，当待测试样和某一个标准试样同时 软化弯倒，锥角与底盘接触时，该标准试样的耐火度即待测 试样的耐火度，因此耐火度是熔融现象发展到软化弯倒时的 温度。炼焦炉的机械设备（6）荷重软化温度耐火制品咼温结构强度的指标O测定方法是用规定尺寸的圆柱体在o. 2MPa的压力下，以一 定的升温速度加热，随着温度的升高，试样将产生一定数量 的变形，当试样的最大高度降低0.6%时的温度，即为荷重 软化温度（或称荷重软化点）O黏土砖荷重变形曲线比较

4、平坦，开始变形和终了变形的 温度差可达200250 C,硅砖达到变形温度后立即破坏，开始到终了仅差10 15Co（7）高温体积稳定性 耐火材料在高温下长期使用时,其成分会继续变化，产生再结晶和进一步的烧结现象，因此 耐火制品体积会有变化。由于各种制品的化学成分不同，有 的收缩，有的膨胀，且这种变化是不可逆的，故称为残余收 缩和残余膨胀，其数值用制品加热到12001500C（因耐火 制品种类不同而异），保温2h,冷却到常温的体积变化百分 率（%）来表示。高温体积稳定性二y_y X100%Vo式中 岭试样加热前的体积； F试样加热并冷却后的体积。 正值表示残余膨胀，负值表示残余收缩。+（8）温度激

5、变抵抗性 是耐火制品抵抗温度激变而不损坏的性能。将试样加热到85010C后保温40分钟，放在流动的凉水中冷却，并反复进行，直到试样碎裂后脱落部分的 质量占原试样质量的20%时止，此时其经受的急冷急热次数, 就作为该制品耐急冷急热性能的指标。总之，砌筑焦炉用耐火材料应满足下列基本要求： 荷重软化温度高于所在部位的最高温度； 所在部位的最高温度变化范围内，具有抗温度激 变性能； 能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀； 炭化室墙具有良好的导热性能，格子砖具有良好 的蓄热能力。二、焦炉用耐火材料1. Si。?晶型转变与硅砖特性硅砖是以石英岩为原料，经粉碎，并加入黏结剂（如石灰乳）、矿化剂（如铁粉），

6、再经混合、成型、干燥和按计划加 热升温而烧成的。优点：硅砖含SiO大于93%，系酸性耐火材料，具有良好的抗酸性侵蚀能力，硅砖的导热性能好，耐火度为16901710C,荷重软化点可高达1640C,无残余收缩, 缺点：耐急冷急热性能差，热膨胀性强。SiO?在不同的温度下能以不同的晶型存在，在晶型转化时 会产生体积的变化，并产生内应力，故硅砖的制造性能和使用与SiC的晶型转变有密切关系。Si()2能以三种结晶型态存在，即石英、方石英和鳞石 英，而每一种结晶形态又有几种同质异晶体。即：石英、犷石英；旷方石英、犷方石英；鳞石英、俨鳞石英、厂鳞石英。三种形态及其同质异晶体，是以晶型的密度不同来彼 此区分的

7、。它们在一定的温度范围内是稳定的，超过此温 度范围，即发生晶型转变。2.黏土砖黏土砖的主要原料是耐火黏土和高岭土，其主要成分 是高岭石(Al2O3-2SiO2-2H2O),其余部分为0、Na2O 60、MgO及FezOs等杂质，它们约占67%左右。黏土砖是 以经锻烧的硬质耐火黏土(熟料)与部分可塑性黏土经粉 碎、混合、成型、干燥后烧成的。熟料是为了减少干燥和烧成过程中的收缩，增大体积 密度、降低气孔率，提高耐急冷急热性能。3. 高铝砖含AI2O3高于48%的铝硅质耐火砖叫高铝砖，它是以高 铝矶土为原料，并用与黏土砖类同的制造方法制成。它的耐 火度及荷重软化开始温度均高于黏土砖，抗渣性能也好，耐

8、 急冷急热性虽不如黏土砖但优于硅砖，可用于砌筑燃烧室炉 头或炉门衬砖。4. 耐热混凝土它是一种长期承受高温作用的特种混凝土，是由耐火骨 料、适当的胶凝材料（有时还掺入矿物质和有机掺合料）和 水按一定比例调制成泥料，经捣制或振动成型、继而凝结、 硬化、脱模、养护烘干而产生的具有一定强度的耐高温制品。5.耐火泥耐火泥是一种使砌体成为一个整体的黏结剂，它应有 与砌体用砖相一致的性能，使用中应满足以下要求： 有一定的黏结性和良好的填塞能力；(2) 有较小的收缩性，以防砖缝干固时开裂；(3) 有一定的耐火度和荷重软化开始温度；(4) 有一定的保水性，便于施工，保证质量；(5) 在使用温度下发生烧结，以增

9、加砌体的机械强度。6.其它筑炉材料(1)隔热材料通常导热系数小于0.837kJ/(m-h-k)的建筑材 料称为隔热材料。一般它具有气孔率大而气孔小，机械强度低, 体积密度小等特点，常见的隔热材料及其主要性能如表5-5。总之，各种隔热材料可散料直接使用，也可加水调成胶泥 状涂抹使用。选用时应考虑到它们的最高允许使用温度，超过 规定温度，隔热材料会丧失强度或破裂。(2)水玻璃 是由磨细的石英砂或石英粉与碳酸钠或 硫酸钠按一定比例配合后，经13001400C的熔融化合得 到的块状固体硅酸钠，若再将其用蒸汽熔化，则得到液状的硅酸钠。基本反应如下:Na2C03+nSi0NaQ0 nSiO9+CO9 f第

10、二节护炉设备焦炉砌体的外部应按装护炉设备，如图5-3。这些设备 包括：炉拄、保护板、纵横拉条、弹簧、炉门框、抵抗墙及机焦侧操作台等。图5-3护炉设备装配简图1拉条；2弹簧；3炉门框；4炉柱；5保护板；6炉门挂钩一、护炉设备的作用护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧的势能，连续I 不断地向砌体施加足够的、分布均匀合理的保护性压力，使 砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整性和严密性，并 有足够的强度，从而保证焦炉的正常生产。护炉设备对炉体的保护分别沿炉组长向（纵向）和燃烧室 长向（横向）分布，纵向为：两端抵抗墙，弹簧组，纵拉条； 横向为：两侧炉柱、上下横拉条、弹簧、保护板和炉门框等。1. 炉体横

11、向膨胀及护炉设备的作用炉体横向（即燃烧室长向）不设膨胀缝，烘炉期间，随 炉温升高炉体横向逐渐伸长。投产后的23年内，由于二氧化 硅继续向鳞石英转化，炉体继续伸长。此外，以后周期性的 装煤出焦，导致炉体周期性的膨胀、收缩。正常情况下，年 伸长量大约在5mm以下。图5-4炉柱、横拉条和弹簧装配示意图1上部横拉条；2上部大弹簧；3下部横拉条；4下部 小弹簧；5蓄热室保护板；6上部小弹簧；7炉柱；8木垫； 9小横梁；10小炉柱炼焦炉的机械设备2. 炉体纵向膨胀及护炉设备的作用炉体纵向膨胀靠设在斜道区和炉顶区以及两侧炉端墙处 的膨胀缝吸收，正常情况下，抵抗墙只产生有限的向外倾斜, 砌体在纵向膨胀时对两端

12、抵抗墙产生向外的推力。与此同时, 抵抗墙和纵拉条的组合结构通过弹簧组给砌体以保护性压力。当此力超过各层膨胀缝的滑动面摩擦阻力时，砌体内部发生 相对位移使膨胀缝变窄。膨胀缝所在区域的上部负载越大, 膨胀缝层数越多，滑动面越大越粗糙，甚至在滑动面上误抹 灰浆，则摩擦阻力越大，抵抗墙所受推力就越大，则纵拉条 的断面应愈大，弹簧组提供的负荷吨位也应愈高。炼焦炉的机械设备3. 护炉设备的其它作用在结焦过程中煤料膨胀以及推焦时焦饼压缩所产生的侧 压力，使燃烧室整体受弯曲应力，在伸长的一侧产生拉应力。 炉墙内从炭化室侧到燃烧室侧的温差，也使炭化室墙产生内 应力。因此护炉设备的作用也在于用保护性压力来抵消这些

13、 应力。此外，开关炉门时炉体受到强大的冲击力，推焦时焦 饼产生的摩擦力等，都需要护炉设备将砌体箍紧，炉体才能 具有足够的结构强度。另外，炉柱还是机焦侧操作台和集气 管等设备的支架。二、保护板、炉门框及炉柱保护板、炉门框及炉柱的主要作用是将保护性压力均匀 合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框 和炉门刀边之间的密封。因此，要求其紧靠炉头且弯曲度不 能过大O图5-5大保护板装配图1保护板；2炉门框；3固定炉门框螺栓；4石棉绳1ft怕梔；2-炉仃框：3-炉门框固定協田.4石敝.现在大型焦炉均采用大保护板，原使用小保护板的己陆续改用 中保护板，小保护板仅用于小型焦炉。炼焦炉的机械设备三、

14、拉条及弹簧1.拉条焦炉用的拉条分为横拉条和纵拉条两种，横拉条用园钢 制成，沿燃烧室长向安装在炉顶和炉底。上部横拉条放在炉 顶的砖槽沟内，下部横拉条埋设在机、焦侧的炉基平台里。拉条的材质一般为低碳钢。它在25035CTC时强度极限最大，延伸率最低，随温度的升高，强度显著下降，延伸率增 大。为了保证横拉条在弹性范围内正常工作，其任一断面的 直径不得小于原始直径的75%O否则，将影响对炉体的保护 作用o加拉条是由扁钢制成，一座焦炉有56根，设于炉顶。其作用是沿炉组长向拉紧两端抵抗墙，以控制焦炉的纵向膨胀。 纵拉条两端穿在抵抗墙内，并设有弹簧组，保持一定的负荷。炼焦炉的机械设备2.弹簧分大小弹簧两种。

15、由大小弹簧组成弹簧组，安装在焦炉 机侧上下和焦侧的下部横拉条上。沿炉柱高向不同部位还装 有几组小弹簧。弹簧既能反映出炉柱对炉体施加的压力，使 炉柱紧压在保护板上，又能控制炉柱所受的压力，以免炉柱 负荷过大。弹簧组的负荷即为炉体所受的总负荷。弹簧在最大负荷范围内，负荷与压缩量成正比。烘炉和生产过程中，弹簧的负荷必须经常检查和调节，弹簧压力超过规定值时，根据炉柱曲度、炉柱与保护板间隙的情况，综 合考虑调节。弹簧在安装前必须进行测试压缩量和负荷的关系，然后编组登记，作为原始资料保存,以备检查对照。炼焦炉的机械设备炉门炭化室的机焦侧是用炉门封闭的，通过摘、挂炉门可 进行推焦和装煤生产操作，炉门的严密与

16、否对防止冒烟、 冒火和炉门框、炉柱的变形、失效有密切关系。因此，不 属于护炉设备的炉门实际上是很重要的护炉设备。随炭化 室高度增大，改善炉门已成为重要课题。1.炉门的总体结构及基本要求现代焦炉采用自封式刀边炉门（图5-9） o其基本要求是 结构简单，密封严实，操作轻便，维修方便，清扫容易。,炼焦炉的机械设备为了提高密封性能，从两个方面实行改革，一是降低炉门刀边内侧的荒煤气压力，如气道式炉门衬 砖；二是提高炉门刀边的密封性和可调性，如双刀边和敲打 刀边。为了操作方便，如今主要在门栓机构上下功夫，如弹簧门栓，气包式门栓、自重炉门。50SMUSI皿如Hfl IMG图5-9自封式刀边炉门1 外壳；2提

17、钩；3丿J边；4角钢；5一 刀边支架；6衬砖；7砖槽；8横铁；9炉门框挂钩；10横铁螺栓；11一平煤孔；12小炉门；13小炉门压杆;14砌隔热材料 空隙；15支架；16横铁拉杆炼焦炉的机械设备2.敲打刀边刀边用扁钢制成，靠螺栓固定（图5-10 ）。调节时将 螺帽放松，敲击固定卡子，使刀边紧贴炉门框。为了防止 刀边在外力撞击下后退，有各种结构的卡子，国外推荐一 种带凸轮卡子的刀边，它是用一块带凸轮的卡子卡住刀边, 凸轮顶住刀边，当外力加于刀边上时，同刀边接触的凸轮 半径将随螺栓转动而增大，从而防止刀边后退。敲打刀边 制作、更换和调节方便，价格低廉，对轻度变形的炉门框 也能适应，因此为国内外所广泛

18、采用。炼焦炉的机械设备刀边厚度一般不超过2mm,要求焊口平直，周边尺寸符 合要求。在刀边支架周长上，安装调节顶丝，用以调节刀边 使其与炉门框封严。炉门刀边是否完好，与能否保证炉门的 严密性关系很大。为此，当炉门摘下后，要立刻清扫刀边、 炉门框和炉门衬砖上的焦油渣及焦粉等残留物质。否则残余 物越积越厚，炉门刀边将逐渐失去自封作用，造成冒烟冒火。 炉门由于摘挂频繁，且与大气接触，温度变化剧烈，所以炉 门刀边和衬砖易损坏。为此，焦炉都设有炉门修理站，按 计划循环进行炉门修理工作。Hlfl知刀过护仃 更定卡于：2护仃筋：3- 4炉PM威5-压紧磁 3.弹簧门栓心/7臭U橄仃拴1 一炉m 2 感座：3內

19、抵4弹簽：5-外妾:炼焦炉的机械设备4.气封炉门经过回收车间净化的回炉煤气用管道送入炉门处的气室, 然后慢慢从炉门铁槽和炉门 框密封面之间的空隙流走，这 样炉门刀边与炉门框密封面之间，形成了一个自下而上的流 动气封带（图5-12）,带内净煤气的压力略高于附近的荒煤 气，以阻止含焦油的荒煤气接近刀边，大大减少了清扫工作 量，并提高了密封效果。但气封煤气进入炭化室后，与荒煤 气一道排岀，使煤气回收净化系统负荷增大。近年来炉门作为控制焦炉烟尘、实现环境保护的重要设 备，除采用上述措施外，各国对炉门结构、材质的研究都进 行了大量的工作，例如一些工厂正在发展一种用可挠性较大 对热变形不灵敏的耐热银辂合金

20、钢制作弹簧密封环，用来代 替固定刀边；又如日本认为炉门受热弯曲是破坏密封的主要原因，因此采用在炉门衬砖和炉门体之间设有空气绝热层的 炉门，减少了由炭化室传给炉门体的热量，减轻了炉门的热变形。莊函炼焦炉的机械设备第三节煤气设备焦炉煤气设备包括：荒煤气（粗煤气）导出设备和加热煤 气供入设备两大系统。一、荒煤气导出设备荒煤气导岀设备包括：上升管、桥管、水封阀、集气管、 “口”型管、焦油盒、吸气管以及相应的喷洒氨水系统。荒煤气导出设备作用： 一、将出炉荒煤气顺利导岀，不致因炉门 刀边附近煤气压力过高而引起冒烟冒火， 但又要保持和控制炭化室在整个结焦过程 中为正压；二、将出炉荒煤气适度冷却，不致因温度

21、过高而引起设备变形、阻力升高和鼓风、 冷凝的负荷增大，但又要保持焦油和氨水 良好的流动性。1.上升管和桥管上升管直接与炭化室相连，由钢板焊接或铸铁铸造而成，内衬 耐火砖。桥管为铸铁弯管，桥管上设有氨水和蒸汽喷嘴。水封阀靠 水封翻板及其上面桥管氨水喷嘴喷洒下来的氨水形成水封，切断上升管与集气管的连接。翻板打开时，上升管与集气管联通。清扫孔水封盖氨水喷嘴熬水管水出口衬砖焦炉炉顶煤 气水入口 蒸汽喷嘴n ii a上升管筒体翻板座图5-13 荒煤气导出糸统1- 型管；二自覇调韦論板；3氨水总管；图514上升管、集气管结构简图4一吸气管；5焦油盒；6集气管；7上升管；8炉柱;9一隔热板；10弯头与桥管；

22、11氨水管；12于动调过程：由炭化室进入上升管的温度达700750C左右的荒煤气，经桥管上的氨水喷嘴连续不断地喷洒氨水（氨水温度约为7580C）,由于部分（2. 53.0%）氨水蒸发大量吸热，煤气温度迅速下降至80100C, 同时煤气中约6070 %的焦油冷凝下来。冷氨水喷洒，蒸发量降低，煤气冷却效果反而不好, 焦油黏度增加，容易造成集气管堵塞。冷却后的煤气、循环热氨水和冷凝焦油一起流向煤 气净化工序，经分离、澄清，并补充氨水后，由循环 氨水泵打回焦炉。炼焦炉的机械设备循环氨水用量車集冗管约为5t/（t干煤）,双集气管约为6t/（t干煤），氨水压力应保持0.2MPa左右。为保证氨水的正常喷洒，

23、循环氨水必须不含焦油,且氨水压力应稳定。为减少上升管的热辐射, 上升管设隔热板；上升管加装水夹套，回收荒煤气的部分热量。 2.上升管内沉积物的形成及预防措施 上升管内壁形成沉积物（俗称结石墨）并迅 速增厚堵塞荒煤气导岀通道，是炉门冒烟 冒火的重要原因之一。 为清除沉积物，各国曾使用多种机械清 扫装置或用压缩空气吹扫，但操作频繁， 劳动条件恶劣，对炉体有不同程度的不利 影响.炼焦炉的机械设备3.集气管、“口”型管和吸气管集气管是用钢板焊接或钏接成的圆型或槽型的管子， 沿整个炉组长向置于炉柱的托架上，以汇集各炭化室中由 上升管来的荒煤气及由桥管喷洒下来的氨水和冷凝下来的 焦油。集气管上部每隔一个炭

24、化室均设有带盖的清扫孔，以 清扫沉积于底部的焦油和焦油渣。通常上部还有氨水喷嘴, 以进一步冷却煤气。集气管中的氨水、焦油和焦油渣等靠坡度或液体的位差流走。故集气管可以水平安装（靠位差流动），也可以按6-10%的坡度安装，倾斜方向与焦油、氨水的导出方向 相同。炼焦炉的机械设备集气管分单、双两种型式。单集气管：多布置在焦炉的机侧，其优点是投资省、钢材用量少，炉顶通风较好等，但装煤时炭化室内气流阻力大, 容易造成冒烟冒火。双集气管：煤气由炭化室两侧汇合于吸气管，降低集气 管两侧的压力，使全炉炭化室压力分布较均匀；荒煤气在炉 顶空间停留时间短，可以减轻荒煤气裂解，有利于提高化学 产品的产率和质量；但双

25、集气管消耗钢材多，基建投资大。 此外，氨水、蒸汽消耗量也较多。 焦侧 ，机侧 I图5-15双集气管布置图1炉顶横贯煤气管；2焦侧手动调节翻板；3机侧手动调节翻板;4氨水喷嘴；5自动调节翻板二、加热煤气供入设备加热煤气供入设备的作用是向焦炉输送和调节加压煤气紀高炉煤气图5-16 JN43型（下喷式）焦炉的煤气管系1高炉煤气主管；2焦炉煤气主管；3煤气预热器；4混合用焦炉煤气 管；5孔板；6放散管；7水封为了稳定回炉煤气总管的压力和缓冲焦炉换向，避免切 断煤气时，管道中的煤气压力急剧增加，对仪表等设备带来 危害，故通常还设有自动放散水封槽。由于煤气连接管直径 较大，插入深度可根据不同情况而定，当煤

26、气压力超过插入 深度的液柱压力时，煤气冲出水面由放散管排出。函 51U8,炼焦炉的机械设备第四节焦炉机械炼焦生产中焦炉机械包括：顶装焦炉用装煤车推焦车拦焦车和熄焦车（焦炉四大车）侧装焦炉用装煤推焦车代替装煤车和推焦车，捣固机和消烟车：用以完成炼焦炉的装煤出焦任务。一、装煤车装煤车是在焦炉炉顶上由煤塔取煤并往炭化室装 煤的焦炉机械。装煤车由钢结构架、走行机构、装煤机构、闸板、 导管机构、振煤机构、开关煤塔斗嘴机构、气动 （液压）系统、配电系统和司机操作室组成。大型焦炉的装煤车功能较多，机械化、自动化水平较 咼，一般应具有以下功能：一次对位，机械开启和关闭装煤孔盖和上升管密封盖; 机械式开关高压氨

27、水喷洒；机械式螺旋给料加煤和炉顶面清扫；PLC自动操作控制。二、推焦车I推焦车的作用是完成启闭机侧炉门、推焦、平煤等操作。 主要由钢结构架、走行机构、开门装置、推焦装置、清除石a装置、平煤装置、气路系统、润滑系统以及配电系统和司 机操作室组成。大型焦炉推焦车应具备以下功能:一次对位完成摘挂炉门、推焦和平煤操作; 机械清扫炉门、炉门框和操作平台；机械实现尾焦的采集和处理； 用压缩空气清扫上升管根部的石墨;推焦电流的显示及纪录;PLC自动操作控制。推焦车在一个工作循环内，操作程序很多，但时间只有 lOmin左右，工艺上要求每孔炭化室的实际推焦时间与计划 推焦时间相差不得超过5mino为此，推焦车各

28、机构应动作迅 速，安全可靠。为减少操作差错，最好采用程序自动控制或 半自动控制，为缩短操作循环时间，使车辆服务于更多的炉 孔数，今后车辆的发展尽可能采用一点停车，即车辆开到出 炉号后不再需要来回移动，就能完成此炉号的推焦和上一炉 号的平煤任务，这样不仅可以缩短操作时间，而且可以改善 岀炉操作。三、拦焦车它是由启门、导焦及走行清扫等部分所组成。作用：启闭焦侧炉门，将炭化室推出的焦饼通过 导焦槽导入熄焦车中，以完成出焦操作。启门机构包括：摘门机构和移门旋转机构。导焦部分设有导焦槽及其移动机构，以引导焦饼 到熄焦车上。拦焦车工作场地狭窄，环境温度高，烟尘大，故对其 结构的要求是稳定性好，一次对位完成摘挂炉门和导焦槽 定位，安全可靠，防尘降温，定位次数少。拦焦车在运转 过程中，导焦槽的底部应与炭化室的底部在同一平面上， 以防焦炭推出时夹框或推焦杆头撞击槽底而损坏。摘门机 构除与推焦车相同外，炉门的提起高度和回转角度应完全 符合要求。为减轻劳动强度，增设机械清扫炉门、炉门框 和操作平台的装置以及尾焦采集装置