7.63m焦炉采用的新技术（工程师培训）

7.63m焦炉采用的新技术1.主要结构特点1.1每个炭化室下面对应一个空气蓄热室和一个煤气蓄热室，在机、焦侧方向分成十八格；1.2分段加热使斜道结构复杂，砖型多。通道内无胀缝使斜道严密，防止斜道区上部高温事故的产生；1.3燃烧室由36个共18对双联火道组成，同位燃烧，三段加热结构。在每对火道隔墙间下部设循环孔，将下降火道的废气吸入上升火道的可燃气体中，用此两种方式拉长火焰，达到高向加热均匀的目的；1.4蓄热室无中心隔墙，仅在焦侧设置烟道，由于3段燃烧加热和废气循环，煤气燃烧充分，炉体高向加热均匀，废气中氮氧化物含量低≤500mg/Nm3，达到国家环保标准控制要求；1.5炉体材质全按照德国DIN标准，多达19种，全炉共设置六次满铺滑动层。（焦炉纵断面图见图1）蓄热室机、焦侧方向分成十八格，煤气蓄热室与空气蓄热室相间配置，其下部配备两个与其相同的水平烟道，每个水平烟道又通过格子砖支撑墙沿炭化室长度方向分成两格，作为供空气、混合煤气、排废气用，水平烟道不设置衬砖。因而要求互相之间严密不串漏，因水平烟道存在着气体交换，温度变化，而蓄热室下部温度较低，整个蓄热室下部（1-21层）采用耐急冷急热的半硅砖（E65）砌筑，上部使用硅砖（SI-KN），接缝位置设置滑动层。3.1.1炉体长度方向胀缝设置由于该焦炉炉体全长120m，在其炉体基础部分长度方向设置9段，基础顶板砼共八道伸缩缝（δ=30mm），此部位使用宽420mm厚5mm钢板进行铺设，固定一边，便于滑动。滑动板上的砌体通过1-5层砖的灰缝调整来满足整体标高。在有伸缩缝位置处砌体的膨胀缝设计采用发泡苯乙烯+陶瓷纸，其他位置的膨胀缝采用纤维填充，一方面吸收膨胀量，另一方面保证砌体严密性。伸缩缝结构见图2。3.1.2材质分布蓄热室共32层，高4035mm，1-21层高2660mm采用耐急冷急热性能好、常温耐压强度高的半硅砖（E65），使用低温硅火泥（KS-91）砌筑。在水平烟道1-15层，外加15%水泥砌筑，增加灰缝强度，抵抗气流冲刷。22-32层高1375mm，采用硅砖（SI-KN），利用低温硅火泥（KS-91）砌筑，由于蓄热室上部炉头与炉柱接触，炉头部位采用120mm宽的隔热砖（AS95）,使用耐热胶泥（CWN200）砌筑。格子砖分三种材质，从下向上，粘土砖AW（四层）、半硅砖E65（六层）和粘土砖KA40（六层）。3.1.3滑动缝设置为降低地下室温度，基础顶板表面使用150mm厚玄武岩耐热混凝土，表面平整度控制在5mm，直接在上面铺设滑动层。滑动层采用双层0.35mm厚石墨板，设置成宽320mm，230mm、110mm和220mm三种规格，与主墙、单墙、格子砖支撑墙、小烟道底尺寸一致，石墨板上下层沿机、焦方向错缝（压半）铺设。国内JN60焦炉需要在基础平台上在砌筑240mm铺底红砖（或漂珠砖），在上面铺设一层0.5mm镀锌铁皮+石油沥青毡作为滑动层，其滑动效果不如石墨板。由于蓄热室下部为半硅砖与上部硅砖其高温性能不一样，受热后，两种材质膨胀会产生相对滑动，所以在蓄热室第21层与第22层之间设置滑动层，主单墙结构均采用“凸”型，不设置凹槽，便于滑动。蓄热室下部砖煤气道间距502mm，上部砖煤气道间距498mm。为保证上下砖煤气道贯通，第21层煤气道砖设计成向上放散口（U17砖），第22层煤气道砖设计成向下的放散口（R8砖），确保气流畅通。滑动层采用石墨糊和铝箔构成，先在第21层砖上表面涂抹一层石墨糊（石墨粉+甘油+水），然后铺一层铝箔（0.05mm），在铝箔上再涂抹一层石墨糊，再铺一层铝箔，铺设后需将放散状的喇叭口的铝箔用小刀割开。由于砖煤气道高向在冷态存在一定的偏移，尤其是边火道的砖煤气道达62mm。上、下层管砖见图3、图4。3.1.4水平烟道蓄热室分格，混合煤气加热时，空气和煤气通过焦侧定量送到水平烟道内，水平烟道机、焦侧是相通的，无箅子砖和衬砖，向上通过水平烟道顶部设置的喷嘴板进行调节。由于炭化室中心距较大，在水平烟道主单墙之间设置一道格子砖支撑墙，将水平烟道进行分格，均在交换开闭器调节气量。此部位采用硅火泥和水泥砌筑，增加灰缝强度，抵抗气流冲刷。水平烟道底采用80mm的硅藻土墙隔热砖隔热。在第11层、12层设置凸台，分别放置喷嘴板和格子砖，凸台表面的平整度和错台要求较高。水平烟道机侧砌筑封墙，焦侧安装铸铁短套。水平烟道结构见图5。3.1.5蓄热室蓄热室主墙宽320mm，单墙宽230mm，每层厚125mm，水平缝都设置三个沟舌，保持蓄热室严密性。蓄热室机、焦侧方向通过横隔墙分成十八格，空气蓄热室沿炭化室长度方向通过纵隔墙再分成两格，所以煤气蓄热室十八格室，空气蓄热室共三十六个格室。纵、横隔墙砖采用厚64mm带沟舌以保证相邻两格异种气流的严密。隔墙与主墙、单墙之间以及蓄热室顶部留设相应胀缝。所有隔墙与主、单墙之间的胀缝内填充相应厚度、相应使用温度的陶瓷纤维毡，基础顶板伸缩逢位置的胀缝，使用相应厚度的发泡苯乙烯和纤维纸填充。隔墙与蓄热室顶部胀缝填充陶瓷纤维时，严格控制其厚度。填充物不但吸收砌体受热后部分膨胀量，而且要保证各格室间密封。3.1.6蓄热室格子砖形式及布置蓄热室所用的空气、混合煤气都是通过焦侧短套进入水平烟道，每个格室的定量分配，是通过水平烟道顶部设置的喷嘴板来进行调整，与国内水平烟道箅子砖作用一样。各喷嘴板通过铰链连接，随时可以通过水平烟道设置在机侧的调节孔进行调整、更换。格子砖有三种材质，从下向上，粘土砖AW（四层）、半硅砖E65（六层）和粘土砖KA40（六层）。煤气蓄热室由于没有纵隔墙，格子砖长为243mm，空气蓄热室设有纵隔墙，格子砖长为230mm。均为12孔的薄壁砖，壁厚10mm，孔宽11mm。粘土砖（AW）和半硅砖（E65）格子砖高度150mm，粘土砖（KA40）格子砖高度120mm。格子砖三种材质，共18个砖号，每个格室根据气流分布不同，布置也不同。3.1.7隔墙胀缝设置设计膨胀缝的大小基本是根据砖的热膨胀率和使用部位温度高低所需的膨胀量并相应考虑砖的公差而定。蓄热室下部采用半硅砖砌筑，隔墙与主单墙之间留设7mm胀缝，上部是用硅砖砌筑后，隔墙与主单墙胀缝为10mm。保证不同部位、不同材质砖膨胀后，砌体的严密性。3.2斜道由于蓄热室分格，斜道不但平行向上而且还要偏移一个角度才能与立火道底部斜道口相通，加上立火道底部灯头砖不在燃烧室中心线上，空间上要发生偏移，故斜道比国内焦炉结构复杂得多。斜道共8层（33-40层），每层高度140mm，总高度1120mm。3.2.1滑动缝与膨胀缝设置在37层砖的上下表面满铺滑动层，采用石墨糊+铝箔结构。按照德方耐火材料DIN标准，硅砖要求残余膨胀量小，在斜道每层上下胀缝之间不再设置滑动层。通过37层上下层设置的滑动层，将炉体上部高温区与下部中温区之间自由滑动。滑动缝铺设方式同蓄热室21层，注意铝箔之间的搭设宽度。整个斜道口无贯通胀缝，除37层胀缝为30mm外，其余各层胀缝为15mm，均采用陶瓷纤维（厚12mm，宽140mm）进行填充，表面使用胶带（宽50mm）密封。目的是吸收部分膨胀量，又保证斜道气密性。为保证所有斜道口无贯通胀缝，斜道33-37层机侧到焦侧胀缝设计成不相贯通的若干段，所以胀缝清扫建议采用负压进行。3.2.2砖煤气道设置从33层开始，各砖煤气道相间向炭化室侧空间偏移，每层偏移量53mm，到37层为止，空间偏移265mm。3.2.3斜道口设置斜道区域共6种斜道口，从下向上各下道口的断面积不发生改变，而且向上延伸的趋势是折线形，保证气流等速上升或下降。斜道口结构见图11，第40层斜道口布置见图12。国内JN60焦炉斜道口，从下向上，断面积逐渐变小，延伸趋势为曲线形。1#、4#斜道口与煤气蓄热室相连，断面尺寸为272×114mm，2#、3#、5、6#斜道口与空气蓄热室相连，断面尺寸为244×81mm，其中3#、6#斜道口与立火道隔墙内的孔道相连。3.2.4炭化室底设置炭化室底部炉头采用耐急冷急热性能较高的硅线石砖，该砖（63#）宽230mm，长618mm，使用大砖，耐冲击，利于保护炭化室底内部砖。其结构见图13。炭化室铺底砖厚140mm，采用常温耐压强度高（≥45MPa）、荷重软化温度高（1650℃）、耐磨性能好（≤0.45mm）的硅砖（SI-KS）。但炭化室底存在一定的不足，铺底砖较小，693mm的宽宽度方向需要铺设5块砖，而砖的长度方向与推焦方向平行。也可能Uhde设计时，考虑到相同产量情况下，7.63m焦炉推焦次数少，不需重点考虑砖的排列方式。3.3燃烧室燃烧室共59层，双联火道，炉墙厚度95mm，燃烧室第一次过顶后，设置调节砖，第二次过顶后，可以通过调节砖来调整加热水平。由于分段加热，结构十分复杂。3.3.1立火道底部结构由于斜道口不设置调节砖，在立火道下部循环孔处设置一圆柱形调节砖（见图16），该调节砖放到档位砖（见图15）上面，共设置三个档位。通过该调节砖来调整火道内上升、下降气流的分配。灯头砖（见图14）距燃烧室中心线265mm，顶部到炭化室底部高度250mm（与燃烧室第2层齐平），下部外形为棱台形（140/140×120/120×120mm），上为中空圆柱形（φ120mm），内径上下皆为φ50mm，不紧靠隔墙，不靠炉墙。灯头砖底部设计成棱台形，增加灯头砖的稳定性，防止向上高速燃烧的气流对砖稳定性的影响。而国内焦炉灯头砖为圆柱形120/120×120mm，下部孔径φ50mm，出口孔径φ40mm，灯头砖顶部到炭化室底高度400mm，在燃烧室中心线上，紧靠火道隔墙。每个立火道内有两个斜道口（1#、2#或4#、5#斜道口），并设置在燃烧室中心线上，无鼻梁砖。立火道结构见图17。国内JN60焦炉立火道底部两个斜道口设置在燃烧室中心线两侧，通过鼻梁砖拉长火焰，提高空气与煤气交角。燃烧室炉头由硅线石砖（W281、W282）、硅砖组成，硅线石砖与炉头墙皮砖咬合结构，在烘炉过程中膨胀大的硅砖将膨胀小的硅线石砖拉着向上长，使水平缝均匀拉成三角缝。炉头硅线石砖耐急冷急热，能减少断裂、剥蚀等现象，炉头正面仍用硅砖砌筑，设计成“弓”形，增加边火道结构的完整性。保护板使用硅钙板在粘贴20mm纤维毡，降低炉头热量散失，避免保护板过热变形。不设置炉投灌浆孔，靠纤维毡和保护板的压力来进行密封，燃烧室炉头结构见图18。国内JN60焦炉炉头正面设置一层70mm后隔热砖，并留设灌浆孔。保护板填充隔热料、安装加压后，炉头与保护板有一定空隙，在烘炉阶段通过灌浆来密封。3.3.3高向均匀加热措施燃烧室分三段供给空气进行分段燃烧，并在每对立火道下部设置循环孔，尚不设置跨越孔。将下降气流的废气吸入上升火道的可燃烧气体中，用此两种方法拉长火焰，达到高向均匀加热的目的。结构见图19。当用混合煤气加热时，空气通过燃烧室底部斜道口（2#、5#或3#、6#）出口，距离燃烧室底部1/3处（距燃烧室底2.38m）的立火道隔墙出口，2/3处（距燃烧室底4.37m）的立火道隔墙出口喷出，与燃烧室底部斜道另外出口（1#或4#）喷出的混合煤气形成三点燃烧加热。当焦炉煤气加热时，煤气蓄热室和空气蓄热室一样走空气，空气通过燃烧室底部两个斜道出口，距离燃烧室底部1/3处和2/3处的立火道隔墙出口分别喷出。焦炉煤气由燃烧室底部煤气喷嘴（灯头砖）喷出，形成三点燃烧。与空气蓄热室贯通的3#、6#斜道口直接连通立火道隔墙孔道。2#、5#斜道口布置在立火道底部。2#、3#、5#、6#斜道口断面都为244×81mm，一级喷吹口断面为180×50mm，二级喷吹口断面为220×50mm。喷吹口向上角度均为60°，在喷吹口两侧设置滑动调节砖，一级喷吹口设调节砖W522，二级喷吹口设调节砖W523。3.3.4立火道上部结构特点及差别砖灰缝调整焦炉立火道由于分段加热，二级喷吹口以下隔墙厚181mm，内有一个244×81mm承插结构的孔道，作为供空气和排废气之用。二级喷吹口上部隔墙厚140mm。第52层进行燃烧室过顶，其看火孔大小为φ230mm，然后在53、54层预留300mm的高度空间，用以调整炉顶加热水平。第55层再进行燃烧室过顶，到56层时，看火孔变为φ200mm，直到炭化室结束，看火孔缩小至φ180mm。在52层立火道内设置调节砖W522，可以改变加热水平，适应不同生产工况。在立火道隔墙与炉壁砖之间，采用了“丁”字形结构，炭化室与燃烧室存在直通缝，不利于结构严密性，墙皮断裂后易向火道内倒。在隔墙砖设计由纵横两个方向的砖沟砖舌，增加立火道稳定性。结构见图24。而国内JN60焦炉立火道采用“十”字结构，可以克服其缺点。炭化室炉墙砖厚95mm，利于传热，采用常温耐压强度高（≥35MPa）、荷重软化温度高（1650℃），体积密度高（≥1.85kg/cm3）的硅砖（SI-KD）。为调整炭化室的锥度，将差别砖设置在隔墙与炉墙相连的砖（“丁”字形）上，共分7段，每段5道隔墙，最小灰缝3.2mm，最大灰缝8mm。国内JN60焦炉差别砖设置在隔墙上，共5段，每段6道隔墙，灰缝一般3-9mm。3.3.5燃烧室封顶及干燥孔燃烧室较宽，过顶时，采用“弓”形结构，整个过顶砖全部嵌合在一起。看火孔由四块砖组合而成，增强整体机构强度。由于炉顶硅砖与半硅砖之间膨胀系数不一致，看火孔中心距发生变化，冷态时，看火孔上下不完全贯通，所以燃烧室过顶前，需对立火道进行彻底清扫，再对看火孔进行可靠的保护。干燥孔设置在第56层与57层之间，与炭化室过顶砖距离410mm，机、焦侧各两对，每个加煤孔三对，每个炭化室共16对干燥孔，干燥孔最小断面处孔径φ75mm。烘炉时，只有部分立火道有气流进入加热，其它立火道全靠间接传热来加热。塞子砖采用耐急冷急热的硅线石砖，设计成双圆台形，增强砌体密封性。燃烧室过顶结构及塞子砖见图26、27。国内JN60焦炉塞子砖布置在炉顶，炭化室过顶砖时，布置在加煤孔位置，同样机、焦侧各两对，每个加煤孔三对，共13对干燥孔，干燥孔最小断面处孔径φ66mm。3.4炉顶炉顶厚1750mm，无排水坡度，十条纵拉条沟，一个炭化室布置四个加煤孔和一个上升管。3.4.1滑动缝炉顶炭化室过顶硅砖砌体厚490mm，过顶砖以上部位，看火孔墙使用半硅砖（E65），填心采用半硅砖（E65）和隔热砖（A75s、OFL54）。由于下部硅砖与上部半硅砖热膨胀性不一样，设置滑动层，处理方式同蓄热室。硅砖的看火孔管砖顶面为平面，上部第一层半硅砖管砖为下喇叭口形，便于砌体横向膨胀后，上下看火孔贯通。看火孔间距由498mm变为502mm。

3.4.2炭化室过顶结构炭化室过顶砖为硅砖（SI-KN），长740mm，厚度240mm，宽度一般在90mm左右，炉头采用耐急冷急热的硅线石砖，加煤孔及上升管处使用半硅砖（E65）。立缝采用三角缝结构，下缝2mm，上缝10mm，为保证该缝严密坚实，除勾缝外，还需要利用木契打实。由于整个炉顶较厚（达1750mm），加煤车负荷大，炉头及加煤孔、上升管处，连续过两次顶，形成一个厚度为490mm的整体，增强结构强度。3.4.3加煤孔及上升管炉顶加煤孔及上升管采用半硅砖（E65）大砖沟舌结构，严密性好，单元结构强度高，耐急冷急热，不与炭化室过顶砖镶嵌在一起。加煤孔直径φ550mm，该加煤孔斜度大（达64°），下煤速度快。为保持加煤孔砌体的稳定性和固定加煤孔铁件，加煤孔四周采用重质浇注料（F1320-7）填充，与上一层加煤孔砖镶嵌在一起，形成一体。加煤孔结构见图29。3.4.4小炉头炭化室顶部小炉头在冷态进行砌筑，在炉头部位设置止推板，止推板凸出部分与砖镶嵌在一起，增加稳定性。然后砌筑小炉头，炉头外设置钢板保护，并留有保护板密封的灌浆孔，烘炉后期进行灌浆，密封小炉头或拉开的裂纹，并使保护板与炉体严密起来。3.4.5炉顶灌浆孔每个加煤孔、上升管四周以及加煤孔之间填心部分中间、炉头部位均设置直通灌浆孔，中间位置为方孔（约120×120mm）,炉头为三角孔（约120×200mm），每道墙共28个灌浆孔。在烘炉后期砌体膨胀所拉开产生裂纹，膨胀完毕后进行灌浆，以密封看火孔周围，防止加煤孔与看火孔之间串漏。3.4.6填心部分（两加煤孔之间实体部分）炭化室过顶后，填心部分从下到上依次为：8层（8×81.5=652mm）半硅砖（E65）、2层（2×78=156mm）轻质砖（A75s）、3层（3×82=246mm）硅藻土隔热砖（OFL54）、1层（86mm）红砖（KMZ20）以及1层（120mm）侧砌缸砖（KMZ28）。顶面红砖和缸砖外使用水泥泥浆砌筑，增加强度，防止渗水，其余都使用粘土火泥（KC-W）砌筑。3.4.7膨胀缝处理炉顶胀缝不采用空缝处理，而在缝内填充相应规格的发泡苯乙烯，表面贴胶带保护。所有胀缝与灌浆孔连通，烘炉后期，砌体膨胀完毕，填充物烧失后，产生的裂纹和没有闭合的胀缝均用灌浆方法来密封，保证生产时炉顶严密。炉顶膨胀缝见图31。国内JN60焦炉，在炭化室过顶硅砖处，采用发泡苯乙烯填充，其余使用马粪纸填充，无灌浆孔，烘炉后期，只能通过膨胀产生的炉顶裂缝进行灌浆。3.4.8加煤车轨枕座加煤车轨枕座设置在看火孔墙上，每个轨枕座带两个看火孔，轨枕座上宽280mm，下宽400mm，高420mm，内部采用重质浇注料（F1320-7）填充。轨枕座下面对应的看火孔砖全采用半硅砖砌筑，其顶面比炉顶表面高出75mm。底座与两边看火孔墙砖之间留设有13mm胀缝，利于底座膨胀。国内JN60焦炉，轨枕座设置在填心砖内，其下部使用粘土砖，但底座安装及调整是在烘炉后期进行。3.4.9炉顶缸砖炉顶采用耐压强度≥35MPa,体积密度为1.9Kg/m3的缸砖砌筑，采用侧砌方式，砖长度方向与炭化室方向平行。整个炉顶无排水坡度，对炉顶表面的平整度要求较高。由于炉顶灌浆孔多，按工艺要求缸砖需要在烘炉后期，炉顶灌浆后进行。炉顶铺面砖存在一定不足，炭化室长1880mm（热态）未设置排水坡度，不利于排水；缸砖长度与炭化室方向平行，雨水对砖缝冲刷严重；缸砖耐压强度较低，密度小，无吸水率要求。未考虑当地气象条件，仅限于常年降雨较小的地区。国内JN60焦炉，炉顶排水坡度50mm；缸砖长度方向与炭化室方向垂直；缸砖耐压强度为≥62MPa,体积密度为2.3kg/m3，吸水率≤6%，SiO2≤70%，Al2O3≥20%，Fe2O3≥6%。适应各种气象条件地区。4.砖型设计根据德国Uhde提供的焦炉图纸，与国内JN60焦炉砖型比较如下。从此表看来，7.63m焦炉由于是分段燃烧，结构复杂，砖号很多，砖号达1073个，总块数四百二十多万块，砖量总重两万八千余吨，单重最小0.36kg，最大达87kg。单重5kg以下174个砖号，40kg以上30个砖号。砖型、