煤化学专业炼焦学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 第五章第五章第1页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第一节第一节筑炉材料筑炉材料第二节第二节护炉设备护炉设备第三节第三节 煤气设备煤气设备第四节第四节 焦炉机械焦炉机械第2页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第一节第一节筑炉材料筑炉材料 一、耐火材料性质一、耐火材料性质 通常以以下指标来衡量耐火材料性能。（1）气孔率 耐火材料中有许多大小不一形状各异气孔，气孔率即气孔总体积占耐火制品总体积百分比，它表示耐火材料致密程度。通常所说气孔率是指不计闭口气孔（不和大气相通气孔）开口气孔率，又叫显气孔率。因耐火制品用途不一样，对气孔率要求也各不相同。普通是气孔率愈小，导热性愈好，耐火砖耐压强度也愈高，但吸水性能差，且耐冷热急变性能差。（2）体积密度和真密度 体积密度是指包含全部气孔在内每m3耐火砖质量。真密度是指不包含气孔在内单位体积耐火材料质量与同体积水比值，因为不一样石英晶型其真密度不一样，所以测定硅砖真密度能够了解其烧成情况。第3页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 （3）热膨胀性 耐火制品受热后，普通都会发生膨胀，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。不一样温度范围内，其膨胀率是不一样。100 100 式中 L0、V0室温下试样原始长度和体积；Lt、V t 温度升高至t时试样长度和体积。（4）导热性 耐火制品导热性，取决于其相组成和组织结 构，用 导 热 系 数“”来 表 示，其 法 定 单 位 为kJ/(mh)，多数耐火制品导热系数随温度升高而增大（如硅砖、黏土砖等），也有些制品则相反（如镁砖和碳化硅砖）。第4页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 （5）耐火度 耐火材料在高温下抵抗熔融性能指标，但不是熔融温度。普通物质有一定熔点，耐火材料却不一样，它从部分开始熔融到全部熔化，其间温差达几baidu，而且熔融现象还受升温速度影响，所以当前均采取比较法测定耐火度。用高岭土、氧化铝和石英按不一样配比制成要求尺寸三角锥状标准试样称示温熔锥，它们耐火度是已知，将待测试样按要求制成三角锥状，和示温熔锥同时置于高温炉内，以一定速度升温，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，该标准试样耐火度即待测试样耐火度，所以耐火度是熔融现象发展到软化弯倒时温度。第5页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备（6）荷重软化温度 耐火制品常温耐压强度很高，但在高温下因为耐火材料中低熔点化合物过早熔化并产生液相而使结构强度显著降低，耐火制品在高温下都要承受一定负荷，所以测定它高温强度意义很大。普通用荷重软化温度作为耐火制品高温结构强度指标。测定方法是用要求尺寸圆柱体在0.2Pa压力下，以一定升温速度加热，伴随温度升高，试样将产生一定数量变形，当试样最大高度降低0.6时温度，即为荷重软化温度(或称荷重软化点)。黏土砖荷重变形曲线比较平坦，开始变形和终了变形温度差可达200250，而硅砖到达变形温度后马上破坏，开始到终了仅差1015。第6页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 （7）高温体积稳定性 耐火材料在高温下长久使用时，其成份会继续改变，产生再结晶和深入烧结现象，所以耐火制品体积会有改变。因为各种制品化学成份不一样，有收缩，有膨胀，且这种改变是不可逆，故称为残余收缩和残余膨胀，其数值用制品加热到12001500oC(因耐火制品种类不一样而异)，保温2h，冷却到常温体积改变百分率（%）来表示。高温体积稳定性=100式中 V0试样加热前体积；V试样加热并冷却后体积。正值表示残余膨胀，负值表示残余收缩。第7页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 （8）温度激变抵抗性 是耐火制品抵抗温度激变而不损坏性能。将试样加热到850 10后保温40分钟，放在流动凉水中冷却，并重复进行，直到试样碎裂后脱落部分质量占原试样质量20%时止，此时其经受急冷急热次数，就作为该制品耐急冷急热性能指标。耐火制品热稳定性与热膨胀性有很大关系，若制品线膨胀系数大，则因为制品内部温度不均匀而引发不一样程度膨胀，从而产生较大内应力，降低了制品热稳定性。另外，制品形状越复杂，尺寸越大，其热稳定性也越差。经上述测定不一样耐火制品差异很大，如硅砖抵抗性最差仅12次，普通黏土砖1020次，而粗粒黏土砖可达25100次。一些耐火制品基本特征如表5-1所表示。第8页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第9页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 总之，砌筑焦炉用耐火材料应满足以下基本要求：荷重软化温度高于所在部位最高温度；所在部位最高温度改变范围内，含有抗温度激变性能；能抵抗所在部位可能碰到各种介质侵蚀；炭化室墙含有良好导热性能，格子砖含有良好蓄热能力。第10页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 二、焦炉用耐火材料二、焦炉用耐火材料 1.1.SiOSiO2 2晶型转变与硅砖特征晶型转变与硅砖特征 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），再经混合、成型、干燥和按计划加热升温而烧成。硅砖含SiO2大于93%，系酸性耐火材料，含有良好抗酸性侵蚀能力，硅砖导热性能好，耐火度为16901710，荷重软化点可高达1640，无残余收缩，其缺点是耐急冷急热性能差，热膨胀性强。SiO2在不一样温度下能以不一样晶型存在，在晶型转化时会产生体积改变，并产生内应力，故硅砖制造性能和使用与SiO2晶型转变有亲密关系。第11页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备SiO2能以三种结晶型态存在，即石英、方石英和鳞石英，而每一个结晶形态又有几个同质异晶体。即：-石英、-石英；-方石英、-方石英；-鳞石英、-鳞石英、-鳞石英。三种形态及其同质异晶体，是以晶型密度不一样来彼此区分。它们在一定温度范围内是稳定，超出此温度范围，即发生晶型转变。第12页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 在制造硅砖原料硅石中，Sio2以-石英存在，在干燥、烧成过程中，-石英首先转化为-石英，然后再转化为-方石英和-鳞石英；在1670时，-鳞石英将转化为非晶型石英玻璃，在1710时，-方石英也会转化为石英玻璃。在烧成硅砖内，因为温度不均及晶型转变时间和条件差异，总是三种晶型共存，甚至还有石英玻璃。烧成硅砖中-石英，-鳞石英和-方石英在冷却过程中转变为对应低温型，即-石英，-鳞石英和-方石英，当制成硅砖用于砌筑焦炉后再次升温时，这些低温晶型会逐步转变为高温晶型。以上转变温度、条件以及对应膨胀量见图5-1所表示。第13页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第14页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 从图5-1中能够看出，这种转变可分为两种，一个是横向迟钝型转变，它是晶格重排过程，这是从一个结晶结构过渡到另一个新结晶结构。这种转变是从结晶边缘开始向结晶中心迟缓地进行，需较长时间，且在一定温度范围内才能完成，普通只向一个方向进行。但在实际烧成过程中，SiO2并非是单一从-石英-鳞石英-方石英石英玻璃转变，而是因温度范围、升温速度、矿化剂存在是否而异，能够发生另外迟钝型转变：第15页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 另外一个转变为图5-1所表示上下转化，即各类晶型内高温型（）和低温型（、）间转变，称为高低型转变。此种转变没有晶格重排，只有晶格扭曲或伸长，所以改变速度快且是可逆。第16页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 各种型态SiO2转化温度和体积改变不一样，如图5-2所表示。方石英在180270转化，体积改变最猛烈，而在570.时，石英转化体积改变较小。鳞石英有两个晶型转化点：即117和163，此时体积改变最小。所以用于焦炉硅砖，希望在制造过程中，尽可能转化为鳞石英。但实际生产硅砖制品总是三种晶型同时存在。因为三种石英中鳞石英密度最小，所以鳞石英含量愈高硅砖，其密度愈小，如表5-2。图5-2 石英晶型膨胀曲线1石英；2鳞石英；3方石英第17页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 因为烧成温度、速度及原料矿化剂等差异，制成硅砖因为矿相组成差异，硅砖真密度就不一样，从表5-2和图5-2能够看出，真密度小硅砖，石英转化较完全，膨胀过程平稳，残余膨胀小，有利于保持炉体严密。另外，磷石英荷重软化温度高，导热性能好，故焦炉要尽可能采取真密度小硅砖，普通要求在2.38以下，优质硅砖真密度应在2.342.35之间。第18页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 从图5-1还能够看出，硅砖热膨胀改变大，600以前晶型转变较多，故体积改变较大，而且在117、163、180270和570等几个晶型转化点，体积改变尤为显著，这时最轻易引发砌体变形和开裂。所以这对焦炉各部分材质选取，对焦炉砌筑、烘炉、生产维修及冷炉等都有主要意义。故硅砖烧成和新焦炉烘烤均需按计划升温，以免碎裂。依据硅砖含有特征，当用于砌筑焦炉时，能够提升燃烧室温度，缩短结焦时间，增加焦炉生产能力，延长炉体使用寿命，所以当代焦炉主要用硅砖砌筑（其各项理化指标见表5-3）。第19页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备600700以下时，硅砖对温度急变抵抗性能差，这是因为高低型晶型转变、体积突然膨胀或收缩所致，所以硅砖不宜用于温度猛烈改变部位。但在700以上时，因为硅砖体积改变较平稳，所以能很好地适应温度急变。当前有一个用高密度硅砖砌筑焦炉趋势，高密度硅砖是指气孔率在10%13%范围内硅砖，它特点是密度高，气孔率低，所以导热性能及强度均比普通硅砖好。第20页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备2.黏土砖黏土砖 黏土砖主要原料是耐火黏土和高岭土，其主要成份是高岭石（Al2 O32SiO22H2O），其余部分为K2O、Na2O、CaO、MgO及Fe2O3等杂质，它们约占67%左右。黏土砖是以经煅烧硬质耐火黏土（熟料）与部分可塑性黏土经粉碎、混合、成型、干燥后烧成。加入熟料是为了降低干燥和烧成过程中收缩，增大致积密度、降低气孔率，提升耐急冷急热性能。烧成过程中是高岭石不停失水，分解生成莫来石（3Al2O32SiO2）结晶过程。其主要反应过程以下：温度在常温150，砖坯水分蒸发；第21页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 温度在150650，高岭石分解出结晶水：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O 温度在600830，无水高岭石分解：Al2O32SiO2 -Al2O3+2SiO2 温度在830950，-Al2O3晶型转化为-Al2O3，并开始生成莫来石结晶：3 Al2O3+2SiO2 3Al2O3 2SiO2 温度在9501350，黏土中杂质在烧成过程中与氧化铝、氧化硅形成共晶低熔点硅酸盐，并进而熔化包围在莫来石周围，促进颗粒熔解，重结晶和重排过程最终形成坚硬制品。普通烧成后黏土制品中含有30%45%莫来石结晶，在其周围除上述非晶质玻璃相外，还有部分方石英。黏土砖属于酸性耐火材料，能很好地抵抗酸性渣浸蚀，对碱性渣抗蚀能力较差，其耐火度虽高，但荷重软化开始温度较低，而且软化变形温度间隔很大，可达200，实际上在远低于荷重软化开始温度之前即开始发生高温蠕变。第22页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 这是因为在黏土砖中除了高耐火度莫来石结晶外，还含有几乎达50%玻璃相，后者软化开始温度很低，但熔融物黏度却很大，故出现上述情况。黏土砖热稳定性好，但导热性和机械强度较硅砖差。与硅砖相比，黏土砖总膨胀率仅为硅砖1/21/3，且膨胀量基本上与温度成百分比地直线增加，而硅砖膨胀改变量主要在600以前，600以后硅砖体积改变较稳定。所以，黏土砖焦炉在炭化室温度改变范围内体积改变量要比硅砖焦炉大。第23页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 因为黏土砖焦炉加热到1100总膨胀量较小且均匀，抗温度急变性强，故黏土砖焦炉烘炉期短，但加热到1200以上时，会出现残余收缩，这是因为黏土制品中矿物继续产生再结晶，以及在高温下制品中低熔点化合物逐步熔化，在表面张力作用下使固体颗粒相互靠近所致。收缩大小与配料组成及烧成温度相关。所以黏土砖焦炉在高温下长久使用过程中，砖缝可能产生空隙，会破坏砌体严密性。因为上述特点，对大型焦炉黏土砖不用于高温部位，主要用于温度较低且波动较大部位，如炉门、上升管衬砖、小烟道衬砖、蓄热室封墙和炉顶等。黏土砖各项理化指标见表5-4。第24页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 黏土砖原料起源广，制作轻易，成本低，因而有些小焦炉可采取黏土砖砌筑，但一定要严格控制操作温度，以免造成焦炉损坏。第25页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备3高铝砖高铝砖 含Al2O3高于48铝硅质耐火砖叫高铝砖，它是以高铝矾土为原料，并用与黏土砖类同制造方法制成。它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耐热混凝土耐热混凝土 它是一个长久承受高温作用特种混凝土，是由耐火骨料、适当胶凝材料（有时还掺入矿物质和有机掺合料）和水按一定百分比调制成泥料，经捣制或振动成型、继而凝结、硬化、脱模、养护烘干而产生含有一定强度耐高温制品。第26页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 通常以矾土、废耐火砖、高炉矿渣等作为骨料，以矾土水泥、硅酸盐水泥、磷酸和水玻璃等作为胶凝材料，依据骨料和胶凝材料不一样，耐热混凝土分为很多类型，其组成不一样，性质各异，因而其使用范围也不一样。这种耐火制品与耐火砖相比，含有以下优点：（1）使用前无须经过烧结，降低了制造耐火砖复杂工艺，制备工艺简单，可就地制成各种需要形状。（2）常温下快速产生强度，而且维持到操作温度下而不下降。耐热混凝土在焦炉上已使用多年，主要用于炉门和上升管衬砖等部位。第27页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备5.耐火泥耐火泥 耐火泥是一个使砌体成为一个整体黏结剂，它应有与砌体用砖相一致性能，使用中应满足以下要求：有一定黏结性和良好填塞能力；有较小收缩性，以防砖缝干固时开裂；有一定耐火度和荷重软化开始温度；有一定保水性，便于施工，确保质量；在使用温度下发生烧结，以增加砌体机械强度。第28页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 凡与金属埋入件相接触砌体部位，需在耐火泥中加入精矿粉。用于砌筑焦炉顶面砖时，应在耐火泥中加入能增加强度水凝性胶结剂硅酸盐水泥和石英砂。砌筑焦炉用耐火泥分为硅火泥和黏土火泥。硅火泥是用硅石、废硅砖粉和耐火黏土（生黏土）配制而成粉料。废硅砖粉加入能改进火泥与硅砖高温黏结性能，这是因为硅砖粉含有与硅砖相一致热膨胀曲线，所以在石英晶型转化而引发体积改变时，火泥脱离硅砖可能性较小，黏附于硅砖能力良好。普通硅砖粉含量在20%30%较适当。硅火泥中加入生黏土能够增加可塑性，降低透气性和失水率，但加入量不宜过大，不然会使硅火泥耐火度降低、收缩率增加，普通以不超出 15%20%为 宜。依 据 SiO2含 量 不 一 样，可 分 为 高 温（1500）、中 温（1350 1500）和 低 温（10001350）三种硅火泥。第29页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 硅火泥对粒度要求为：1mm以上小于3，小于0.2mm大于80，普通好用灰浆应能活动1520s，可用“时间”表示使用性能，而使用性能与颗粒组成相关。实践表明：粒度太细，吸水性强，太粗其失水速度快，均不宜使用。比较适当粒度组成以下：粒度/mm 0.077 0.1 0.2 99 黏土火泥是由煅烧过块状熟料或粉碎黏土砖加入结合黏土（生黏土）制成。熟料是黏土火泥主要成份，约占60%80%。生黏土是结合剂，加入生黏土可增加可塑性，降低透气性和失水率，但加大收缩性，配入生黏土过多轻易产生裂纹，故配料比不宜过大，约占20%40%。第30页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 黏土火泥使用温度普通均低于1000。焦炉用黏土火泥普通为细粒级及中粒级，粒度分别为经过0.5mm和1mm筛孔应大于97%。黏土火泥除用于砌筑黏土砖部位外，还大量用于修补焦炉。6其它筑炉材料其它筑炉材料 隔热材料 通常导热系数小于0.837kJ/(mhk)建筑材料称为隔热材料。普通它含有气孔率大而气孔小，机械强度低，体积密度小等特点，常见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。选取时应考虑到它们最高允许使用温度，超出要求温度，隔热材料会丧失强度或破裂。第31页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备（2）水玻璃 是由磨细石英砂或石英粉与碳酸钠或硫酸钠按一定百分比配合后，经13001400oC熔融化合得到块状固体硅酸钠，若再将其用蒸汽熔化，则得到液状硅酸钠。基本反应以下：Na2CO3+nSiO2 Na2OnSiO2+CO2 第32页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 Na2OnSiO2即水玻璃分子式，其中n为水玻璃模数，表示SiO2 /Na2O分子比值，该值普通为1.53.5。筑炉和修炉用水玻璃均系水玻璃水溶液。水玻璃是一个矿物胶凝剂，含有黏结能力，其值大小与模数、浓度和温度相关。它属于气凝性胶凝材料，因为空气中CO2作用，以及干燥而析出SiO2凝胶，混料中加入一定量水玻璃后，因为SiO2胶凝作用，在常温下硬化而使砌体含有早期强度。水玻璃加入还可降低砌体和泥料烧结温度。除上述筑炉材料之外，还有普通水泥、红砖和缸砖等，主要用于焦炉基础和抵抗墙、炉顶等部位。第33页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 第二节第二节护炉设备护炉设备 焦炉砌体外部应按装护炉设备，如图5-3。这些设备包含：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炉门挂钩第34页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 一、护炉设备作用一、护炉设备作用 护炉设备主要作用是利用可调整弹簧势能，连续不停地向砌体施加足够、分布均匀合理保护性压力，使砌体在本身膨胀和外力作用下仍能保持完整性和严密性，并有足够强度，从而确保焦炉正常生产。护炉设备对炉体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炉体横向膨胀及护炉设备作用炉体横向膨胀及护炉设备作用 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步伸长。投产后23年内，因为二氧化硅继续向鳞石英转化，炉体继续伸长。另外，以后周期性装煤出焦，造成炉体周期性膨胀、收缩。正常情况下，年伸长量大约在5mm以下。第35页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 横向膨胀时，每个结构单元沿蓄热室底层砖与基础平面间滑动层作整体移动。靠机焦两侧护炉设备所施加保护性压力确保砌体在膨胀过程中完整、严密。不过，不论烘炉还是生产期间，炉体上下各部位温度不一样，致使膨胀量不一样，而硅砖又近乎刚体，故砌体升温过程中出现砖缝拉裂是不可防止。为此，要保持砌体完整性和严密性，除在筑炉时，充分考虑耐火泥烧结温度和确保砖缝饱满外，要求护炉设备在机焦两侧能够提供给砌体横向保护性压力，应同各部位膨胀量相适应。横向护炉设备组成，装配如图5-4。第36页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备图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小炉柱第37页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备2 2炉体纵向膨胀及护炉设备作用炉体纵向膨胀及护炉设备作用 炉体纵向膨胀靠设在斜道区和炉顶区以及两侧炉端墙处膨胀缝吸收，正常情况下，抵抗墙只产生有限向外倾斜，砌体在纵向膨胀时对两端抵抗墙产生向外推力。与此同时，抵抗墙和纵拉条组合结构经过弹簧组给砌体以保护性压力。当此力超出各层膨胀缝滑动面摩擦阻力时，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，则纵拉条断面应愈大，弹簧组提供负荷吨位也应愈高。纵拉条失效是抵抗墙向外倾斜主要原因。这不但有损于炉体严密性，而且还会使炭化室墙呈扇型向外倾斜。第38页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备3护炉设备其它作用护炉设备其它作用 在结焦过程中煤料膨胀以及推焦时焦饼压缩所产生侧压力，使燃烧室整体受弯曲应力，在伸长一侧产生拉应力。炉墙内从炭化室侧到燃烧室侧温差，也使炭化室墙产生内应力。所以护炉设备作用也在于用保护性压力来抵消这些应力。另外，开关炉门时炉体受到强大冲击力，推焦时焦饼产生摩擦力等，都需要护炉设备将砌体箍紧，炉体才能含有足够结构强度。另外，炉柱还是机焦侧操作台和集气管等设备支架。第39页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 二、保护板、炉门框及炉柱二、保护板、炉门框及炉柱 保护板、炉门框及炉柱主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时确保炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间密封。所以，要求其紧靠炉头且弯曲度不能过大。当前，我国焦炉用保护板分为大、中、小三种类型，如图5-5、5-6和5-7，并以此配合对应炉门框。各类保护板型式、材料、结构方式分别见表5-6。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石棉绳第40页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 现在大型焦炉均采取大保护板，原使用小保护板己陆续改用中保护板，小保护板仅用于小型焦炉。第41页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 表5-6 大、中、小型保护板性能比较第42页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 大保护板（或炉门框）弯曲度过大，则炉门极难对严，当弯曲度超出30mm时，应该更换。炉门框因高温作用而弯曲，使其周围成为焦炉主要冒烟区，至今还未有妥善处理方法，随炭化室高度增加，问题更显突出。增大断面系数虽能提升冷态刚度，但长久高温作用下仍不免变形。采取中空炉门框要周围保持相同厚度，使加工困难，且长久使用会造成内外温差加大，也有损强度。炉门框与炉头或保护板间密封，过去采取石棉绳，石棉最高工作温度约为530，且没有弹性。当炉门框稍有变形就会出现缝隙，致使炉头冒烟。冒出荒煤气温度超出530时，石棉绳损坏加紧，冒烟量增大，从而造成恶性循环。国外有用陶瓷纤维毡代替石棉绳介绍，因其工作温度高，强度大，有弹性，因而具备高温密封材料基本要求，据相关资料介绍，近几年来陶瓷纤维用于200多个炉门框，尚无漏气现象。第43页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 炉门框是固定炉门，为此要求炉门框有一定强度和刚度，加工面应光滑平直，以使与炉门刀边严密接触，密封炉门。另外，炉门框在安装时上下要垂直对正。炉柱是用两根工字钢（或槽钢）焊接而成，也可由特制方型空心钢制成，安装在机、焦侧炉头保护板外面，由上下横拉条将机、焦两侧炉柱拉紧。上部横拉条机侧和下部横拉条机焦两侧均装有大弹簧。焦侧上部横拉条因受焦饼推出时烧烤，故不设弹簧。炉柱内沿高向装有若干小弹簧，分别压紧燃烧室和蓄热室保护板。炉柱经过保护板和炉门框承受炉体膨胀压力，即护炉铁件主要靠炉柱本身应力和弹簧外加力给炉体以保护性压力。所以，炉柱是护炉设备中最主要部件。第44页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 炉体膨胀，一是砖本身线膨胀，这个膨胀压力很大，所以在炉体升温时，必须控制升温速度，预防急剧膨胀；二是因为砌体热胀冷缩使砖和砖缝产生裂纹，被石墨填充，造成炉体不停伸长而产生膨胀力，后者是能够控制。炉柱作用就是将弹簧压力经过保护板传给炉体，使砖一直处于压缩状态，从而能够控制炉体伸长，使炉体完整严密。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管作用。大型焦炉蓄热室单墙上还装有小炉柱，小炉柱经横梁与炉柱相连，借以压紧单墙，起保护作用。第45页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 如前所述，护炉设备保护性压力，是上下两个大弹簧弹力拉紧横拉条而作用到炉柱上，然后由炉柱分配到沿炉体高向各个区域。所以当护炉设备正常时，炉柱应处于弹性变形状态；横拉条受力应低于其许可应力与实际有效截面积乘积；弹簧应处于弹性变形状态且工作负荷低于其许可负荷。炉柱属于静不定梁，当前设计上按均匀载荷两端铰链支座梁处理。依据砌体所需 保护性压力，炉柱载荷按1.5吨米平均值计算。炉柱选取双工字钢(或槽钢)焊制，材质普通用A3，依据结构尺寸所作强度核实(方法见焦化设计参考资料)，其最大允许正面拉应力为112.78KPa，弯曲度应不超出25mm。第46页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 生产上测量炉柱弯曲度通惯用三线法(图5-8)。在两端抵抗墙上，对应于炉门上横铁、下横铁、篦子砖标高处，分别设置上、中、下三个测线架。将两端抵抗墙上同一标高测线架分别用直径1.01.5毫米钢丝联结起来，用松紧器或重物拉紧，并将此三条钢丝调整到同一垂直平面如A、B、C三点，然后测出从炉柱到钢丝水平距离。图5-8中ABC表示炉柱，炉柱与三线水平距离分别为a、b、c，h为上线到中线距离，H为上线与下线距离，则炉柱曲度即可按AMB与ACC相同原理导出下式计算：y=(ab)+(ca)，mm (5-1)y实=yy0，mm (5-2)第47页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备式中 y 炉柱曲度，即烘炉或生产中实测按式（5-1）计算值；y实炉柱实际曲度；y0炉柱自由状态曲度，在安装后、弹簧加压前测定，mm。图5-8 三线法测量炉柱曲度计算图第48页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 正常情况下，炉柱曲度逐年增加主要原因是因为砌体上下部位年膨胀量不一样。焦炉投产两年后，上下横铁处年膨胀量不应超出5mm，与此相对应，炉柱曲度年增加量普通在2mm以下。炉柱曲度改变表明保护性压力沿炉柱高向分布在改变，假如炉柱处于弹性变形范围，炉柱曲度改变也基本上反应了炉体曲度改变。因为炉体各部位膨胀量不一样，所以炉柱有曲度是理所当然，但炉柱实际曲度大于50mm时，表明已超出弹性极限而失效。炉柱曲度关系到刚性力合理分布，故可用炉柱曲度作为监督刚性力分布一个标志。生产实践表明，限定炉柱曲度小于25mm是确保刚性力合理分布前提，下部大弹簧在生产中随炉体膨胀需不停放松。第49页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 三、拉条及弹簧三、拉条及弹簧1拉条拉条 焦炉用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砖槽沟内，下部横拉条埋设在机、焦侧炉基平台里。拉条材质普通为低碳钢。它在250350oC时强度极限最大，延伸率最低，随温度升高，强度显著下降，延伸率增大。为了确保横拉条在弹性范围内正常工作，其任一断面直径不得小于原始直径75。不然，将影响对炉体保护作用。纵拉条是由扁钢制成，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，保持一定负荷。第50页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备2弹簧弹簧 分大小弹簧两种。由大小弹簧组成弹簧组，安装在焦炉机侧上下和焦侧下部横拉条上。沿炉柱高向不一样部位还装有几组小弹簧。弹簧既能反应出炉柱对炉体施加压力，使炉柱紧压在保护板上，又能控制炉柱所受压力，以免炉柱负荷过大。弹簧组负荷即为炉体所受总负荷。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，弹簧负荷必须经常检验和调整，弹簧压力超出要求值时，依据炉柱曲度、炉柱与保护板间隙情况，综合考虑调整。弹簧在安装前必须进行测试压缩量和负荷关系，然后编组登记，作为原始资料保留，以备检验对照。第51页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 四、炉门四、炉门 炭化室机焦侧是用炉门封闭，经过摘、挂炉门可进行推焦和装煤生产操作，炉门严密是否对预防冒烟、冒火和炉门框、炉柱变形、失效有亲密关系。所以，不属于护炉设备炉门实际上是很主要护炉设备。随炭化室高度增大，改进炉门已成为主要课题。1 1炉门总体结构及基本要求炉门总体结构及基本要求 当代焦炉采取自封式刀边炉门(图5-9)。其基本要求是结构简单，密封严实，操作轻便，维修方便，清扫轻易。第52页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 为了提升密封性能，当前多从两个方面实施改革，一是降低炉门刀边内侧荒煤气压力，如气道式炉门衬砖；二是提升炉门刀边密封性和可调性，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。到达清扫轻易有效方法是气封炉门。因为炉门附近沉积焦油渣大大降低，而且质地松软，故轻易铲除，此法还有效地提升了刀边与炉门框间密封程度。第53页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备图5-9 自封式刀边炉门1 外壳；2提钩；3刀边；4角钢；5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横铁拉杆第54页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备2 2敲打刀边敲打刀边 刀边用扁钢制成，靠螺栓固定(图5-10)。调整时将螺帽放松，敲击固定卡子，使刀边紧贴炉门框。为了预防刀边在外力撞击下后退，有各种结构卡子，国外推荐一个带凸轮卡子刀边，它是用一块带凸轮卡子卡住刀边，凸轮顶住刀边，当外力加于刀边上时，同刀边接触凸轮半径将随螺栓转动而增大，从而预防刀边后退。敲打刀边制作、更换和调整方便，价格低廉，对轻度变形炉门框也能适应，所以为国内外所广泛采取。第55页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 刀边厚度普通不超出2mm，要求焊口平直，周围尺寸符合要求。在刀边支架周长上，安装调整顶丝，用以调整刀边使其与炉门框封严。炉门刀边是否完好，与能否确保炉门严密性关系很大。为此，当炉门摘下后，要立刻清扫刀边、炉门框和炉门衬砖上焦油渣及焦粉等残留物质。不然残余物越积越厚，炉门刀边将逐步失去自封作用，造成冒烟冒火。炉门因为摘挂频繁，且与大气接触，温度改变猛烈，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。第56页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第57页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 普通炉门靠横铁螺栓将炉门顶紧，摘挂炉门时用推焦车和拦焦车上拧螺栓机构将横铁螺栓松紧，操作时间较长，而且作用力难于控制。弹簧门栓利用弹簧压力将炉门顶紧(图5-11)，操作时间短，炉门受力稳定，而且还可简化摘挂炉门机构。弹簧负荷因炭化室高度不一样而异，2m左右为2吨，4米左右需5吨。我国6m高新建大型焦炉均采取弹簧炉门。弹簧门栓因为不能改变炉门刀边对炉门框压力，所以常同敲打刀边结合，以求对炉门框轻度变形或局部积聚焦油渣有更加好适应性。另外也可与气封炉门相结合，在刀边和炉门框清洁条件下更加好地发挥作用。第58页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 4 4气封炉门气封炉门 经过回收车间净化回炉煤气用管道送入炉门处气室，然后慢慢从炉门铁槽和炉门 框密封面之间空隙流走，这么炉门刀边与炉门框密封面之间，形成了一个自下而上流动 气封带(图5-12)，带内净煤气压力略高于附近荒煤气，以阻止含焦油荒煤气靠近刀边，大大降低了清扫工作量，并提升了密封效果。但气封煤气进入炭化室后，与荒煤气一道排出，使煤气回收净化系统负荷增大。当前，国内外正在使用和试验气封炉门有各种结构，但大致类同。作为气封用气 流，除焦炉煤气外，有将煤气和空气燃烧后废气通入，有从炉头火道废气引入，既可起气封作用，又可提升炉头温度。第59页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 近年来炉门作为控制焦炉烟尘、实现环境保护主要设备，除采取上述办法外，各国对炉门结构、材质研究都进行了大量工作，比如一些工厂正在发展一个用可挠性较大、对热变形不灵敏耐热镍铬合金钢制作弹簧密封环，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主要原因，所以采取在炉门衬砖和炉门体之间设有空气绝热层炉门，降低了由炭化室传给炉门体热量，减轻了炉门热变形。图5-12 气封炉门断面图 1炉门框；2炉门；3挡煤板 第60页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备第三节第三节 煤气设备煤气设备 焦炉煤气设备包含：荒煤气(粗煤气)导出设备和加热煤气供入设备两大系统。一、荒煤气导出设备一、荒煤气导出设备 荒煤气导出设备包含：上升管、桥管、水封阀、集气管、“”型管、焦油盒、吸气管以及对应喷洒氨水系统。其作用有二：一是将出炉荒煤气顺利导出，不致因炉门刀边附近煤气压力过高而引发冒烟冒火，但又要保持和控制炭化室在整个结焦过程中为正压；二是将出炉荒煤气适度冷却，不致因温度过高而引发设备变形、阻力升高和鼓风、冷凝负荷增大，但又要保持焦油和氨水良好流动性。第61页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备1.1.上升管和桥管上升管和桥管 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氨水形成水封，切断上升管与集气管连接。翻板打开时，上升管与集气管联通。如图5-13、5-14。图5-13 荒煤气导出糸统1“”型管；2自动调整翻板；3氨水总管；4吸气管；5焦油盒；6集气管；7上升管；8炉柱；9隔热板；10弯头与桥管；11氨水管；12手动调整翻板 图5-14 上升管、集气管结构简图第62页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 由炭化室进入上升管温度达700750左右荒煤气，经桥管上氨水喷嘴连续不停地喷洒氨水（氨水温度约为7580），因为部分（2.53.0）氨水蒸发大量吸热，煤气温度快速下降至80100，同时煤气中约6070焦油冷凝下来。若用冷水喷洒，氨水蒸发量降低，煤气冷却效果反而不好，并使焦油黏度增加，轻易造成集气管堵塞。冷却后煤气、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。循环氨水用量对于单集气管约为5t/(t干煤)，对于双集气管约为6t/(t干煤)，氨水压力应保持0.2MPa左右。第63页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 为确保氨水正常喷洒，循环氨水必须不含焦油，且氨水压力应稳定。为降低上升管热辐射，上升管靠炉顶一侧设有隔热板。近年来一些焦化厂为了深入改进炉顶操作条件，采取了上升管加装水夹套或增设保温层(上升管外表加一层厚40mm珍珠岩保温层)等办法，都取得了很好效果。前者尚能回收荒煤气部分热量，后者不但改进了炉顶操作条件，而且消除了石墨在上升管壁沉积。2 2上升管内沉积物形成及预防办法上升管内沉积物形成及预防办法 上升管内壁形成沉积物(俗称结石墨)并快速增厚堵塞荒煤气导出通道，是炉门冒烟冒火主要原因之一。为去除沉积物，各国曾使用各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，对炉体有不一样程度不利影响，故近年来致力于预防，并辅之以简易清扫。第64页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备 (1)沉积物特征及形成条件 经过对一些厂实地观察，上升管内壁沉积物层有上薄下厚一致倾向，底部有向下弯月面，沉积物层切面呈层状，有类似焦炭光泽但无气 孔，且结构较松，类似中温沥青焦。当上升管内壁温度为约260270oC时，沉积物增加较快，若铸铁上升管用水泥膨胀珍珠岩保温后，内壁温度升高到460470oC，沉积物少且酥松。综合这些现象，能够认为，沉积物形成条件为：一是内壁温度低，致使荒煤气中一些高沸点焦油馏分在内壁面上冷凝，二是辐射或对流传热使冷凝高沸点焦油馏分发生热解和热缩聚而固化，这个温度最少在550oC以上。所以，因为火道温度高、装煤不足、平煤不好等造成炉顶空间温度升高和荒煤气停留时间延长，均会造成上升管内壁沉积物加速。第65页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备(2)预防或降低上升管内沉积物形成办法 大致上有加速导出，保温及冷却三种方式。加速荒煤气导出，主要是缩短上升管和强化桥管上氨水喷洒。上升管保温曾在国内一些小型焦炉上使用，用珍珠岩保温后经实测和计算表明，上升管内壁温度约460470oC，可大大降低管内壁冷凝量，保温层外表温度约80oC，比未保温时降低2030oC，有利于改进操作环境。在上升管外安装水套，锅炉软水压经水套，吸收荒煤气显热，降低上升管温度，降低焦油馏分热解和热聚，也能收到降低上升管内壁沉积物形成作用。生产实践表明，当炉顶空间温度、上升管入口温度平均值分别为788oC和747oC时，上升管内壁沉积物少而疏松且易清扫。同时，上升管外壁温度为102oC，夹套空间温度47oC，使软水部分汽化，水和汽进入汽包，分离水滴后可产生294.20392.27Pa蒸汽量达50kg(h孔)。第66页炼焦炉机械设备炼焦炉机械设备3集气管、集气管、“”型管和吸气管型管和吸气管 集气管是用钢板焊接或铆接成圆型或槽型管子，沿整个炉组长向置于炉柱托架上，以聚集各炭化室中由上升管来荒煤气及由桥管喷洒下来氨水和冷凝下来焦油。集气管上部每隔一个炭化室均设有带盖清扫孔，以清扫沉积于底部焦油和焦油渣。通常上部还有氨水喷嘴，以深入冷却煤气。集气管中氨水、焦油和焦油渣等靠坡度或液体位差流走。故集气管能够水平安装（靠位差流动），也能够按610坡度安装，倾