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谈焦炉烘炉升温速度
 ---- 郑国舟2010年12月3日

烘炉是焦炉投产前必须要完成的工艺过程。在国内烘炉时间相差较大，有长达100天的，也仅用20多天的，显然都是不可取。烘炉时间过长，不仅浪费人力，财力，在操作上也存在一定难度。烘炉速度过快，确实存在不安全因素。为使焦炉尽快发挥效益，在确保烘炉质量前提下，如何缩短烘炉时间，是焦炉热工人员所关注的，也是值得研究的课题。
一、烘炉三个阶段的特点
烘炉是一个连续的不间断的过程。但从工艺过程可分为干燥期、品形转化期、热态工程施工期三个阶段。
1、干燥期
顾名思义该阶段的主要任务是驱除砌体中水分。
一般来说砌体内砖约含1.5%水分，灰缝约含25～30%水分。由此估算炭化室高6M焦炉，每孔炭化室将含有8吨左右的水。这些水分将在干燥过程中排除。众所周知，物体温度升到105℃时才可认为绝对干燥。对烘炉而言，当立火道温度达到125～130℃篦子砖处温度才达到105℃，即干燥期结束。可是硅砖晶体在117℃时，将由r～鳞石英转化为β～鳞石英，同时体积增加0.2%。为控制炉体在安全膨胀率范围内，升温速度必须缓慢，所以在实际操作中将立火道温度达到100℃时作为干燥期结束，显然这是假设的。
2、晶形转化期
硅砖在117℃、163℃、180～270℃以及573℃时发生晶形转化，体积迅速膨胀。将晶形转化点密集的温度段100～600℃称为晶形转化期。炉温达到600℃时砌体膨胀量占总膨胀为92%(1.229／1.336=92%)，可视为炉体在烘炉时膨胀基木结束。
在100℃～600℃范围内不仅砌体总膨胀量大，其相对膨胀也是最大的，炉温每升高1℃砌体相对膨胀为1.229－0.118／600－100=0.222%，比600℃～1000℃温度段砖体相对膨胀1.336－1.229／1000－600=0.0268%大8.3倍。比常温至100℃时相对膨胀0.118／100－25=0.157%大1.4倍。尤其在300℃前砌体膨胀量占总膨胀0.992／1.336=74.3%。所以在晶形转化期，特别在300℃前温度管理必须按已制定的升温计划均匀平稳地升温。
(注：硅砖膨胀率100℃为0.118%；300℃为0.992%；600℃为1.229%；1000℃为1.336%摘自“焦炉砌筑安装与开工”)
3、热态工程施工期
焦炉点火后，随着炉温升高砌体膨胀。所以一些设备只能待到炉体膨胀基本结束后，才能安装与固定，还必须在开工前竣工，凡属这类工程称为热态工程。所以将炉温600℃至开工这阶段称为热态工程施工期。
二、快速烘炉可能出现的问题及应采取措施
1、干燥期(常温至100℃)
（1）加速干燥期可能出现问题
立火道温度从常温升至100℃，一般选择8～10天，这样升温速是安全可靠的。假如加速干燥过程可能会出现哪些问题。
水分排出速度过快，能否造成砖缝疏松。
升温速度过快，砌体内外温差加大，能否产生砖剥蚀。
能否将砌体上部水分移到下部沉积，而延长干燥期甚至冲坏灰缝，破坏砌体严密性。
（a）灰缝疏松
干燥期升温速度按8天计，每小时升0.39℃，若按6天计每小时也只升0.52℃，在此缓慢升温下，不可能使内部水分造成强大汽压而冲散灰缝，曾对烘炉时间仅35天的焦炉在停产后检查，没有发现空缝现象。
（b）砖体产生剥蚀
硅砖在烧制时，100℃前每小时升6℃：250℃前每小时升15℃：550℃前每小时升30℃。在这样升温条件下烧成砖是良好的。曾对硅砖做过这样试验在4小时加热到300℃，然后缓慢冷却，砖体无任何损坏。所以在干燥期适当加速升温速度不可能产生砖的剥蚀。可是在烘炉中墙面剥蚀却时有发生，其原因是操作不当所致，如烘炉小灶频繁灭火；火焰直接烘烤墙面等。
（c）小烟道部位出现冷凝水
以往烘炉中并没有发现，在小烟道处出现冷凝水，仅在交换开闭器内壁出现水珠。对烘炉仅33天和38天的焦炉，停产后检查，在小烟道处没有发现灰缝脱落现象。
（2）缩短干燥期措施
目前干燥期一般选8～10天，事实证明是成功的，对砌体不能产生任何损坏，随着烘炉技术提高，特别是微机技术应用，千燥期选为6天也是可行。为缩短干燥期在操作中可采取以下措施：
（a）保证烟囱有足够吸力，它是加速砌体寻：燥的必要条件。为创造烟囱有足够吸力，除提前烘烤烟囱外，还可增加小灶断面；选用优质煤；增大煤气燃烧管直径，这些都是提高烟囱吸力有效办法，尤其是加强烧小灶人员责任性更为重要。
（b）烘烟囱时可打开总分烟道及交换开闭器翻板，使炉体在烘烟囱同时对炉体进行自然风干。
（c）炭化室小灶点火后，将炉温迅速升到50～60℃，并保持蓄热室顶与立火道顶的温度比约90%，篦子砖与立火道顶温度比约80%， 空气系数约35，在这样条件下保温几天，然后按计划升温，更有利于炉体快速干燥，又不会带来任何负作用。
（d）控制边燃烧室温度不低于全炉平均温度。可将边蓄热室交换开闭器翻板开度大于中部交换开闭器翻板，这样可避免边蓄热室交换开闭器冷凝水出现。
（e）切忌烘炉小灶反复出现灭火与强大火焰(炉温低时燃料用量少这种现象最易发生)尤其要避免明火直接烘烤炉墙。
2、晶形转化期(100℃～600℃)
该温度段内，晶型转化点多，体积膨胀大，往往担心升温速度加快后，会出现下列问题。
升温速度过快，砖的内外温差加大，造成砖的剥蚀与断裂。
墙面各点温度不均匀，膨胀不一致，导致墙面变形。
砌体上下部位温度比例失调，形成阶梯缝。
（1）砖的剥蚀
    烘炉时砌体升温速度远低于硅砖烧制时的升温速度见下表。对于炭化室墙面厚100毫米，又两面加热，通过热传导计算，砖的中心温度比表面温度落后不大于半小时，所以正常情况厂不可能因砖内外温差造成砖的剥蚀，只有墙面直接接触明火才有可能出现砖的剥蚀。硅砖烧制与烘炉时升温速度（℃）
炉温
℃
砖坯烧制时升温速度℃／h
日膨胀率0.035%烘炉时升温速度℃／h
日膨胀率0.04%烘炉时升温速度℃／h
日膨胀率0.05%烘炉时升温速度℃／h
250
550 600
15
30
0.23
1.87
2.08
0.26
2.08
2.08
0.35
2.43
2.78
（2）墙面变形成断裂
烘炉中当横墙温度不均匀才可能造成墙面变形。产生炉头裂缝是炉头温度过低所致。个别砖断裂主要是自身已有裂痕所造成。
横墙温度均匀性主要决定于干燥孔分布，烘炉过程是难以调节的。以往烘炉中各种炉型的横墙温度基本卜是均匀的。至于炉头温度偏低是炉体表面裂缝漏入冷空气所致。只要加强砖表面裂缝严密，并尽快将炉顶转为正压，都是提高炉头温度有效措施。而且快速烘炉是有利于炉头温度提高，从已往烘炉中不论是常规或快速烘炉均未发现墙面变形和炉头裂缝产生。
（3）墙面产生阶梯缝
阶梯缝是炉体不同部位出现不同步膨胀所致，也是烘炉者十分关注的问题。
根据经验当铁件管理良好的条件下，炭化室长14米的焦炉，燃烧室区与蓄热室顶膨胀差在14毫米以下，不会产生阶梯缝。以80型焦炉为例，砌体上下部位在不同的温度比，所产生膨胀差列于下表。由表中叮见，当蓄热室顶部与立火道顶部温度比在83%以上，其膨胀差小于14毫米，不会产生阶梯缝。如果上下砌体膨胀差达到40毫米以上，即使升温是缓慢的，仍存在着产生阶梯缝的危险。 

部位
蓄热室顶与立火道顶温度比%
温度
℃
膨胀率
%
膨胀量
mm
1
立火道顶
100
300
0.992
140
蓄热室顶
88
264
0.934
132
差值

36

8
2
立火道顶
100
300
0.992
140
蓄热室顶
83
249
0.9
126
差值

51

14
3
立火道顶
100
300
0.992
140
蓄热室顶
75
210
0.686
97
差值

90

43
 炉顶区是粘土砖砌筑与燃烧区硅砖存在着较大膨胀差，烘炉后装煤孔处及炉顶面砖缝拉开，是不可避免的。装煤孔处空缝待投产后将被石墨密封，而炉顶面裂缝在投产前可用泥浆密封。
多年烘炉实践，已积累了丰富经验，熟练地掌握了日膨胀率0.035%的烘炉技术。随着检测仪器改进，微机技术在烘炉中应用，选取日膨胀率0.04～0.05%是可行的，也是安全的。
在该阶段应注意炉温须平稳的按计划升温，切忌波动。当升温发生超标后，只能用保温或缓升，决不可用降温解决。其次在合乎砌体上下比的条件下，尽快将炉体转为正压，避免冷空气漏入炉内。
3、热态工程施工期(600℃至开工)
该阶段炉体膨胀基本结束，影响烘炉速度主要是工程进度。
热态工程的工作量虽大，但它具有多工种，作业面广的特点。其中最费工时的有砖煤气道喷浆，对于50孔焦炉将有1600个砖煤气道，若用两台喷浆机也需5天才能完成。还有保护板灌浆；砌小炉头：埋横拉条及安装镜板。因其施工顺序不能颠倒，在分组施工时也需
6～7大才能完成。所以，热态工程总的施工期可按8天左右考虑。在编制烘炉计划时，不需要额外延长热态工程施工期。当施工单位技术力量弱，劳动力不足情况，可适当增加施工期。
三、快速烘炉难点与注意事项
烘炉速度加快后，在管理上操作上确实存在不少难点，应引起决策者及操作人员注意。
（1）烘炉前的准备工作十分重要，直接影响着烘炉质量与进度。如为促进工程进度或其他原因，在不具备烘炉条件厂强行烘炉是极不可取的。容易造成施工质量下降或被迫保温延长烘炉时间，甚至会给生产带来无法弥补损失。
（2）加速干燥期必须加大吸力，随之冷空气漏入量增加而损坏炉体。
在操作中分烟道吸力不宜超过100Pa。在晶形转化期为加快升温需要减少吸力，不会影响砌体上下合适温度比。因此吸力控制应两者兼管。
（3）烘炉速度加快，炉体膨胀也加快，应增加铁件组人员，使铁件凋整跟上，否则容易造成弹簧压靠，钢柱曲度加大。
（4）升温速度快，炉温调节频繁，温度易波动。尤其是固体烘炉更要按计划升温。
（5）炉体膨胀快，必然造成焦炉表面裂缝多和快，热修工作必须跟上，否则冷空气漏入损坏炉体。同时也影响测温工作准确性。
（6）烘炉时间短，热态工程施工期也短，为保证施工质量，必须加强施工质量监督。
（7）某些生产设备只能待炉温达到600℃后才能试运转，因此有关操作工应提前培训，提高操作水平。