徐平坤

　　現代大型焦爐用耐火材料達到萬噸以上，磚型近千種
，其中矽磚占60%～70%。進入21世紀以來
，我國新建了多座大型焦爐，又逢國內外焦爐大修周期，矽磚的需求量猛增。我國是矽磚生產大國，生產規模達40萬噸以上，除了滿足本國需要
，還大量出口到日本
、美國
、意大利、韓國等國家，並且一些傳統使用的耐火材料性能及質量有所提高，有的改用新型耐火材料。

　　焦爐在長期（20年~30年）使用過程中
，始終處於高溫高壓狀態
，正常工作耐火材料溫度為1100℃左右
，加熱立火道的溫度可達1550℃以上。各部分使用的耐火材料及其發展情況大致如下：

　　提高矽磚的導熱性

　　在炭化室的焦炭
，在推焦前30min，焦餅溫度達到950℃~1050℃，燃燒室長期在1300℃以上。炭化室和燃燒室除受到高溫作用之外，還要承受上部砌體及設備的靜荷重、裝煤車及推焦機工作時的動負荷、燒結焦時膨脹所產生的壓力、推焦時與焦炭的摩擦作用

，以及灰分、熔渣、水分和酸性氣體的侵蝕。因此
，炭化室和燃燒室普遍選擇導熱性好、荷he重zhong軟ruan化hua溫wen度du高gao和he高gao溫wen機ji械xie強qiang度du好hao的de矽gui磚zhuan，特te別bie是shi炭tan化hua室shi與yu燃ran燒shao室shi中zhong間jian的de隔ge牆qiang用yong的de矽gui磚zhuan有you特te殊shu的de要yao求qiu。提ti高gao生sheng產chan效xiao率lv是shi人ren們men普pu遍bian追zhui求qiu的de目mu標biao，焦jiao爐lu實shi現xian這zhe個ge目mu標biao的de方fang法fa如ru下xia：一是減少炭化室與燃燒室隔牆的厚度
，以前這樣的隔牆厚度為125mm，現在一些大型焦爐的厚度已減至95mm。二是提高矽磚的熱導率，將燃燒室的煙氣熱量加速傳給炭化室裏的煤料

，縮短炭化時間，提高產量。據測算一座寬為44cm的炭化室
，隔牆厚度為11cm，所用矽磚熱導率為1.867W/（m·K）
，加熱溫度為1349℃，生產率為9.8kg/（m2·h）

，當矽磚熱導率為2.09W/（m·K）時，在其他條件相同的情況下
，焦爐生產率可提高10%

，如果熱導率提高到2.904W/（m·K）

，則生產率可提高50%。

　　由於高導熱性矽磚能加速傳熱過程，因而可降低燃燒煙氣的溫度，有利於節約能源、降jiang低di燃ran料liao消xiao耗hao，同tong時shi還hai減jian輕qing對dui環huan境jing的de汙wu染ran。因yin為wei煙yan氣qi中zhong氮dan氧yang化hua物wu的de濃nong度du與yu溫wen度du有you關guan，加jia熱re溫wen度du越yue高gao
，氮dan氧yang化hua物wu的de濃nong度du也ye越yue高gao。近jin年nian來lai
，國guo內nei外wai對dui提ti高gao矽gui磚zhuan的de導dao熱re性xing進jin行xing了le大da量liang研yan究jiu
，得de出chu的de結jie果guo大da致zhi如ru下xia：

　　——要提高矽磚的體積密度。生產優質矽磚要選擇雜質含量低，特別是Al2O3低的純淨矽石做原料。要盡量提高矽磚體積密度，降低氣孔率。因為氣孔率與熱導率有直接關係，當矽磚的氣孔率從20%～21%降低到13%～14%時

，它的熱導率（1100℃時）提高約25%～30%。

　　——在矽磚的配料中加入添加劑。國內研究人員加入1.5%～2.5%的Fe2O3 ，可促進鱗石英轉化，熱導率提高
，使焦爐生產能力提高9%。近年來，又有人研究采用燒成時能轉化成SiO2的添加劑，如SiC、Si3N4和矽粉
，一般添加量為0.5%～10%。在燒成過程中，添加劑被氧化轉化成SiO2，它與基質中的SiO2熔合在一起
，使矽磚的體積密度提高5%～8%，顯氣孔率降低到12%～17%，耐壓強度提高40%～120%，熱導率提高15%～40%，抗折強度提高35%～55%。

　　——關注鱗石英含量與真密度。從礦物組成來看
，矽磚的熱導率主要取決於鱗石英的含量
，磚中鱗石英含量從35%提高到50%
，熱導率提高15%～20%。鱗石英晶體具有相互交錯的網絡結構，不但導熱性能好
，而且還具有較高的荷重軟化溫度和機械強度、高溫下的體積穩定性等
，鱗石英含量是評價矽磚質量的重要指標。一般通過矽磚的真密度可以看出矽磚的質量，當真密度為2.30g/cm3～2.32g/cm3的矽磚比較好
，大於2.32g/cm3的矽磚中殘餘石英含量偏高。矽磚質量的關鍵指標是真密度，其直接影響焦爐的膨脹量與爐體的完好率。

　　我國焦爐矽磚的發展

　　矽gui磚zhuan質zhi量liang是shi確que保bao焦jiao爐lu爐lu體ti一yi代dai爐lu齡ling的de基ji本ben條tiao件jian，它ta砌qi築zhu於yu焦jiao爐lu的de心xin髒zang部bu位wei，對dui基ji本ben性xing能neng及ji外wai形xing尺chi寸cun要yao求qiu很hen高gao。一yi些xie大da型xing耐nai火huo材cai料liao生sheng產chan企qi業ye對dui焦jiao爐lu矽gui磚zhuan生sheng產chan工gong藝yi進jin行xing深shen入ru細xi致zhi研yan究jiu和he改gai進jin。如ru某mou廠chang采cai用yong結jie晶jing矽gui石shi與yu膠jiao結jie矽gui石shi並bing用yong
，合he理li配pei料liao
，降jiang低di原yuan料liao臨lin界jie顆ke粒li尺chi寸cun和he礦kuang化hua劑ji加jia入ru量liang、延長燒成保溫時間，生產出鱗石英含量為70%～75%、殘餘石英含量≤0.7%、真密度小於2.32g/cm3的優質矽磚。過去，我國矽磚的殘餘石英量一般都在1%以上，而現在出口矽磚的殘餘石英量已降低到1%以下
，有的甚至趨近於零，達到世界先進水平。

　　蓄熱室及小煙道：蓄熱室、小煙道及格子磚在進行熱交換時，受到溫度急變的影響。因此


，小煙道襯磚和蓄熱室格子磚過去都選擇熱震穩定性好的粘土磚，而7.63m焦爐采用半矽磚。

　　粘土磚：我(wo)國(guo)現(xian)在(zai)仍(reng)大(da)量(liang)生(sheng)產(chan)粘(zhan)土(tu)磚(zhuan)
，一(yi)般(ban)粘(zhan)土(tu)磚(zhuan)的(de)熱(re)震(zhen)穩(wen)定(ding)性(xing)比(bi)較(jiao)好(hao)。安(an)徽(hui)一(yi)單(dan)位(wei)在(zai)粘(zhan)土(tu)磚(zhuan)配(pei)料(liao)中(zhong)加(jia)入(ru)紅(hong)柱(zhu)石(shi)和(he)矽(gui)線(xian)石(shi)等(deng)添(tian)加(jia)物(wu)
，使(shi)粘(zhan)土(tu)磚(zhuan)的(de)熱(re)震(zhen)穩(wen)定(ding)性(xing)大(da)於(yu)50次
，最高達278次
，顯氣孔率為17.1%。但粘土磚的不足是在高溫條件下使用時磚體產生收縮、磚縫擴大

、漏風漏氣，同時也影響爐體壽命。

　　半矽質耐火材料是指SiO2含量在60%以上
、Al2O3含量在15%~30%deguisuanlvzhinaihuocailiao。woguoyibancaiyonggaoguizhizhantuzhizhuan
，yeyouyongguishiyuruanzhizhantupeiliao，zhizaogongyiyuzhantuzhuanxiangsi。zuihaohaishicaiyongyelashiweiyuanliaoshengchanbanguizhuan。

　　爐頂、涼焦台等部位的耐火材料：爐頂及涼焦台受濕熱焦炭的衝刷磨損、含酸性介質的熱水汽侵蝕
、焦炭熱衝擊損傷、環境溫度變化等因素的影響，導致爐頂及涼焦台損傷。因此，一些焦爐使用缸磚，但其配方複雜、價格昂貴。有企業用蠟石磚代替缸磚後，使用壽命達10年以上。葉蠟石加熱到1400℃時，其莫氏硬度從常溫的1～2級提高到7～8級，而強度也有很大提高，因此，蠟石磚的耐磨性很好。蠟石磚的熱膨脹率在900℃時達到0.744%～0.831%，熱震穩定性達到20次以上，使焦爐密封性好並能抵抗溫度變化，同時也能抵抗酸性物質及氣體、炭素
、焦油的侵蝕，因為蠟石磚的耐酸度達93.5%。

　　爐門用耐火材料：焦爐的爐門以及煙道（上升管及橋管）和加煤孔、配套的爐蓋
，普遍使用粘土磚
、保溫磚及堇青石磚砌築和耐熱耐磨的特種合金鋼板（磚套和爐蓋）。這種砌體和鋼板保溫效果差

，使用壽命短（一般在1年~2年）
，整體性差
，密封不嚴，汙染空氣，砌體尺寸厚，占用焦爐工作空間大，空間利用率低，幹餾率（成焦率）一般
，燃料浪費嚴重。針對爐門使用粘土磚及堇青石磚的缺陷，寶鋼開發出了表麵塗釉處理的莫來石—堇青石澆注料預製塊

，組成整體結構的爐門內襯。

　　應用結果表明，由於材料的優良保溫性能
，爐門的散熱大大降低。經過實測
，爐門本體的外表溫度比原爐門的外表溫度低50℃～70℃，降低了能源消耗；新爐門內襯厚度比原爐門減薄70mm，增加了炭化室容積；新型爐門的使用效果好於粘土磚及保溫磚，使用壽命在4年以上，解決了焦爐的節能環保問題，是大型焦爐爐門的發展方向。

　　爐頭用耐火材料：燃燒室兩側爐頭在爐門開閉過程中溫度變化大，且受動荷載的影響
，一般選用高鋁磚；近年來，開始選用熱震穩定性好的紅柱石磚或矽線石磚。

　　矽質泥漿：矽gui質zhi泥ni漿jiang是shi砌qi築zhu焦jiao爐lu爐lu體ti矽gui磚zhuan的de粘zhan結jie材cai料liao，它ta的de質zhi量liang直zhi接jie影ying響xiang爐lu體ti的de砌qi築zhu質zhi量liang和he使shi用yong壽shou命ming。泥ni漿jiang的de臨lin界jie顆ke粒li尺chi寸cun是shi按an砌qi磚zhuan灰hui縫feng大da小xiao來lai決jue定ding的de
，普pu遍bian在zai0.5mm～1mm。在矽質泥漿中加入2%～5%的硼砂

，砌體接縫會黏結得十分堅固，砌體抗熱震性得到提高，從而延長焦爐壽命。

　　焦爐的維修

　　大部分焦爐砌體都是通過熱修補來維護，常有人用高鋁熟料
、磷酸或磷酸二氫鋁結合劑，采用噴塗或塗抹的方法修補損毀部位。但磷酸或磷酸二氫鋁結合劑在熱磚表麵形成蒸汽層，800℃～1000℃時強度下降
，一般隻能使用2～3個月。日本新日鐵公司采用w（SiO2）為94.4%、w（Al2O3）為1.2%、w（CaO）為2.3%
、w（K2O+Na2O）為2.1%
、粒度小於0.2mm的SiO2質粉料，用火焰噴補
，附著率可達100%。

　　我國火焰噴補料的要求是SiO2含量為60%～68%
，耐火度為1250℃~1280℃
，通過0.25mm篩網，小於0.125mm的噴補料占65%～70%。日本火焰噴補的耐用性一般在3年以上。我國先後在攀鋼、本鋼
、酒鋼
、濟鋼等20多家單位的焦化廠使用火焰噴補法對焦爐進行了噴補
，噴補層耐用性大多數在3～4年

，本鋼焦爐耐用性更高，在4年以上。如果一座焦爐自始至終采用火焰噴補維修，一代爐齡可延長10年~15年(nian)。但(dan)火(huo)焰(yan)噴(pen)補(bu)維(wei)修(xiu)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)，效(xiao)率(lv)低(di)的(de)火(huo)焰(yan)噴(pen)補(bu)適(shi)合(he)焦(jiao)爐(lu)小(xiao)麵(mian)積(ji)損(sun)傷(shang)的(de)維(wei)修(xiu)。對(dui)於(yu)維(wei)修(xiu)任(ren)務(wu)重(zhong)的(de)老(lao)齡(ling)焦(jiao)爐(lu)來(lai)說(shuo)，改(gai)進(jin)傳(chuan)統(tong)的(de)維(wei)修(xiu)工(gong)藝(yi)或(huo)介(jie)於(yu)二(er)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)工(gong)藝(yi)——banganfaweixiu，shibijiaohaodebanfa。wukelanyijiagongsikaifachuxiufujiaoluyongderongrongshiyingzhuan，caiyongrongrongshiyingguliao，shiyingweifenheshuiboliganfenjiehejipeiliao
，zhipindekangzheqiangduda24.1MPa
，氣孔率為16%，耐火度為1740℃。日本某公司開發出一種熱修用的焦爐矽磚
，真密度為2.28，熱震穩定性比普通矽磚好。