摘要：文章针对焦炉炉体维护过程中出现的难点问题，通过跟踪焦炉新工艺、新技术的发展趋势，并结合焦炉生产工艺特点及现场实际，自主研发焦炉全浇注复合炉顶结构及施工技术、新型防结碳涂层材料装煤口底座预制件等，并在焦炉炉体维护过程中得到成功实践。另外，在干熄焦炉斜道区耐材修复中引进大砌块应用等，显著提升了焦炉的安全生产水平，延长了焦炉炉体的寿命，在提高焦炭质量的同时实现了节能减排，同时促进了焦炉生产管理水平的提升。

　　关键词：焦炉炉体；炉体维护；节能减排

　　宝钢湛江钢铁建设有6座由ACRE新开发的具有全部知识产权、自主创新和自主集成的全新一代大容积高效节能型65孔JNX2-70-2型复热式单集气管顶装大容积焦炉，于2013年11月29日开工，焦炉炭化室全高6980mm、平均炭化室宽530mm、焦炉长度18640mm、炭化室有效容积63.7m3、每孔炭化室装煤量47.138t；焦炉加热采用高炉煤气和焦炉煤气按低热值要求进行掺混的混合煤气，配套建设4伊140t/h、3伊100t/h干熄焦设施，一、二期焦炉设计年产焦炭337万吨，三期焦炉设计年产焦炭160万吨。

　　湛江钢铁所处地区属热带季风区，海洋性季风气候，雨量丰沛，多热带风暴和台风袭击，易有大风暴雨天气；特点是降雨集中、暴雨量大、持续时间长，炉顶蒸发量相对较小，易造成焦炉炉顶大面积、长时间的积水，导致炉顶耐材及砖缝出现开裂和粉化现象，雨水从炉顶砖缝沿立火道等位置漏入炉内，造成焦炉本体窜漏，斜道口、格子砖气流通道堵塞，炉内压力不稳定，炉体冒火冒烟现象严重。一、二焦炉投产以来，由于火道进水出现大量的斜道通道堵塞或是废气盘主单墙、蓄热室封墙及隔墙、砖煤气道窜漏，造成煤气或空气不能正常供给，使火道温度偏低甚至部分火道失去加热功能，焦炉本体窜漏愈发严重，粉尘和荒煤气无组织排放问题比较突出，导致炉体加热不均，降低焦炭质量，严重影响焦炉的安全生产和寿命咱1暂。

　　因此，对焦炉炉体维护技术进行整体统一考虑，从材料、结构、维修技术等方面进行全方位的优化研究，对焦炉的长寿管理、高效生产、降本增效、安全环保十分重要而且非常紧迫，对促进企业可持续发展和员工的健康具有积极的意义。

　　1炉体维护新技术研究应用

       1.1全浇注复合炉顶技术

　　国内焦炉炉顶普遍采用使用砌砖结构，特点是方便维护；焦炉炉顶是露天作业，炉顶长期在温度变化剧烈环境中运行、装煤车行走的机械冲击及煤粉中有害物质的侵蚀，会造成炉顶砌砖错位变形和砌体砖缝开裂，会造成砖缝中的火泥粉化、剥落，在大面积、长时间的暴雨侵袭情况下，砖缝中的火泥受到雨水的浸润和冲刷，炉顶耐材及砖缝开裂和粉化出现通缝，雨水沿空缝渗漏进入炉体内部，导致装煤口凸出、位移严重、看火孔砖破裂、装煤车轨道区域砌体下凹，严重时出现焦炉本体窜漏冒烟冒火，烧损上部横拉条，雨水进入燃烧室、炭化室,导致加热失效,并逐渐恶化、炉墙砖损裂，进而影响正常作业，以上是影响焦炉长寿的最主要原因。由于材料与结构没有系统得到改进，焦炉炉顶窜漏的现象的问题始终存在，不断重复。

　　通过对国外焦炉维护新技术的学习、跟踪，以及耐火材料制备新设备、新材料、新工艺、新技术的进步与推广应用，结合焦炉生产工艺特点及炉顶结构的分析，提出了炉顶整体浇注的概念；经过充分的研究和仔细的论证，通过对炉顶结构形式、材质等进行研究，同时对炉顶维护施工方式优化的改造，有针对性、系统性地开发炉顶密封应用技术，从源头上解决问题，防止炉体损坏扩大，对于焦炉实现高效生产、长寿命及安全环保意义重大。

　　复合炉顶浇注技术有以下优势：首先，砌砖结构砖缝是造成炉顶穿漏的主要薄弱点，整体浇注可消除砖缝，提高整体强度；其次，分层浇注消除了炉顶耐材直接形成通缝向炉体渗漏雨水的风险；再次，打底层使用具有隔热性能的浇注料，可以有效阻止焦炉热量的散失，降低焦炉热能消耗；同时工作层浇注料温度的下降也提高了浇注料热震稳定性，降低了产生开裂的风险；最后，高致密性、微膨胀、抗热震的工作层浇注料在长时间水浸情况下不会开裂。另外，整体浇注施工具有容易实现机械化以及自动化施工的特点，而且在使用的过程中仅仅通过修补就能够有效地延长寿命，具有节约材料以及节约用工的特点。

　　在1B焦炉的炉顶翻修施工中进行复合炉顶浇注试验，炉顶整体浇注中使用了新开发的低膨胀、高强度、热震稳定性良好的高性能浇注料，通过严格控制施工工艺和过程质量，试验取得圆满成功，新型结构的焦炉炉顶已投入使用21月，经历了两个雨季的考验，炉顶平整、完好，未发现有炉顶耐材开裂及渗水情况，具有良好的使用效果。

　　在对炉顶进行整体浇注结构设计时，同时根据焦炉温度场的分布对耐材性能的影响，开发了全浇注复合炉顶技术，有效吸收由膨胀体积变化、温度波动和材料反应等引起的应力，炉顶浇注分两层实施，底部浇注料采用隔热高强浇注料，上部采用具有低膨胀、高强度、热震稳定性良好的高性能浇注料，底部隔热浇注料可以减少焦炉内部向炉顶区域的热量散失，降低上部浇注料的工作温度以提高热震稳定性，同时也提高了炉体的热工效率、降低能耗；分层浇注是先浇注底部浇注料，经养护成型后再浇注上部浇注料，浇注料隔层可以避免单层浇注炉顶产生裂缝后雨水直接进入炉内的问题，即上部浇料出现裂缝后雨水只能到达底部浇注料表面，可以通过拆除上部浇注料清理积水后重新浇注，杜绝了雨水进入焦炉引起内部耐材崩裂的问题。

　　焦炉炉顶面的排水是通过设计一定的坡度，使积水从焦炉两侧的坡面排出，原设计炉顶中心与坡面的高度差为35mm，湛江雨季的降水量大且集中，原设计炉顶中心与坡面的高度差较小，炉顶面砌砖在生产中产生不均匀膨胀，炉顶面实际的高度差仅达到25mm左右，造成炉顶面排水困难，原设计的砌砖炉顶受结构的限制只能做局部的微小调整，不能彻底解决问题。全浇注复合焦炉炉顶结构利用耐火浇注料的特性，通过在浇注前设定基准点的方式提高炉顶中心与坡面的高度差，采用分段减薄方式形成炉顶坡度和降低加煤口高度，最终确定炉顶中心与坡面的高度差为75mm，有效地形成了排水坡度，提高了炉顶面的排水速度，缩短了雨水在炉顶面的积存时间，达到了焦炉顶面结构合理、消除弊病的目的咱2暂。

　　1.2高性能浇注料开发应用

　　焦炉炉顶耐火材料在生产过程中承受着自身高温膨胀、装煤车运行振动、温度梯度变化、煤粉中有害物质的化学侵蚀，雨水浸润冲刷等复杂的不均匀作用。因此，全浇注复合炉顶浇注料需要为工作层冷端提供坚实的支撑，以防止受力不均导致裂纹的产生和扩展，从而避免工作层的破损和炉体漏水的发生。此外，全浇注复合炉顶浇注料还需要具有优良的抗氧化性能、抗水化性及抗热震性能，对于炉顶的使用寿命和安全性具有至关重要的作用。

　　通过研究选用了具有高强度和稳定化学性能的高铝质材料作为全浇注复合炉顶浇注料，该材料具有热膨胀系数小、强度高、热震稳定性好，以及快速烧结等特点，通过添加改性外加剂并结合钢纤维增强技术，现场使用结果表明全浇注复合炉顶浇注料性能卓越，完全满足现场需求。

　　1.3高温粘结剂应用

　　焦炉作为炼铁系统主要无组织排放的最主要发生源，是环保关注的重点。

　　焦炉炭化室炉头墙面、蓄热室封墙、水平烟道等受生产工艺及设备运行的影响，在生产中耐材产生开裂、空洞及剥落，如处理不及时会造成耐材崩裂或整体坍塌的风险。目前材料使用时间短、施工复杂，维修人员的工作强度大，而且会影响焦炉生产节奏。因此，急需研发一种强度高、耐高温性能优异、抗腐蚀、施工简便的材料咱3暂。

　　通过研究，开发了电容莫来石、高分子纳米活性氧化铝和普通铝矾土粉、石英粉，以及无机有机结合剂体系材料，新型高温粘结剂以电容莫来石为主要原料，利用高分子活性氧化铝强度高，高温下易与二氧化硅形成二次莫来石相，能够更好地保证高温粘结剂的最终强度与使用寿命的特点。引入高分子材料，以及超微粉体系，采用有机物无机相结合的特种结合剂，使产品具有优良的力学性能、抗蠕变性能、抗热冲击性能、导热性能和化学稳定性能，而且高温粘结剂的施工性能好，可以利用生产间隙进行抹补与喷补作业。

　　现场试验结果表明，高温粘结剂有很好的附着力、耐高温，以及粘结强度，在炭化室炉头墙面、蓄热室封墙及水平烟道的修复中砌体密封性良好，使用时间可以达到3个月以上，而且高温粘结剂现场施工性能良好，大大降低了维修人员的劳动强度和作业危险性。

　　1.4新型防结碳涂层材料装煤口预制件

　　针对装煤口使用中存在的结构易损、密封不严、维修工作量巨大的问题，进行装煤口底座材质及结构的改进研究，重新设计装煤口的结构形式，改进装煤口底座的小砖砌筑方式，装煤口底座采用预制件结构。

　　新材料具有高抗热震、高强度及合适保温性能的技术特点；研制的防结碳涂层材料对装煤口结碳有良好的效果；通过自主研究的结构形式和安装砌筑技术使装煤口结构简单、完整牢固。新型装煤口密封性能良好、保温性能好，所开发的新型防结碳涂层材料装煤口底座预制件的使用寿命达到3年以上，超过了原来小块粘土砖砌筑的结构，达到了节能环保的综合效果，并减少翻修过程中的焦炉煤气损耗。

　　2干熄焦炉维护技术的应用

　　干熄焦技术是目前国内外冶金行业最先进的熄焦技术，不仅促进了焦炭质量的稳定与提升，而且对大高炉的稳定支撑也越来越明显。高炉的大型化与长周期稳定操作，对干熄焦的超大型化及长寿命稳定运行，提出更高的技术进步要求。在运行中，炉体承受1000℃的高温烟气流的冲刷、装焦过程冷热冲击，造成其斜道区、环形气道、冷却段、装入水封槽、一次除尘器等五大方面耐材结构的损坏，影响了干熄焦的高效运行。

　　大型高炉运行对干熄焦的依赖越来越高，干熄焦系统年修工作受制于高炉的生产，国内很多厂家都在努力延长年修周期。干熄炉的修理周期一般为1.5年左右，如何通过技术改进，实现干熄炉的长寿化，从而达到干熄焦的高效运行和检修费用的降低，是国内同行目前关注和急需解决的问题。

　　2.1大砌块在干熄焦斜道区的应用

　　干熄焦炉斜道区是整个干熄焦的心脏部位，下部连接冷却段，上部承载环风道的耐材重量，耐火材料工作环境恶劣，长期受温度骤变，急冷急热，强气流冲刷、焦炭的摩擦、化学浸蚀作用等影响，导致斜风道部位支柱砖断裂和脱落。

　　湛江钢铁4伊140t/h、3伊100t/h干熄焦斜道区均采用氮化硅结合碳化硅砖，单砖结构氮化硅结合碳化硅砖具有良好的抗热震稳定性、耐磨指标和抗折指标，但斜道区的年修时间也只能维持到2年，焦炭产能与高炉的生产能力匹配，干熄焦年修严重影响炼铁的生产平衡，如何提高年修周期是急需解决的难题。

　　通过跟踪耐火材料技术的进步与发展趋势，国内推出了干熄焦斜道区使用大砌块的案例，大砌块是一种大型的浇注料预制块，是由特种耐磨浇注料预制块，相对于传统牛腿砖在砖型尺寸上有很大的变化，具有良好的抗热震性能、良好的抗冲刷及耐磨性及整体的机械强度；可满足牛腿区域温度频繁变化工况需求，有针对性的解决原氮化硅结合碳化硅砖易碎裂的问题，即耐材“脆”的问题。

　　大尺寸外形设计的主要优点：①减少灰缝，防止气流的冲刷，降低整体局部出现薄弱环节的机率，提高支撑结构的整体强度。②砌块本身尺寸较大，受力面积趋于合理，使大型浇注料预制件的单位面积上所受应力减小，具有较高的砌筑稳定性。③预制件尺寸变厚，厚预制件的抗弯、抗剪、抗冲击能力较小砖得到了较大的提高，不易出现应力集中现象。这样使斜风道支撑部整体工作能力得到非常大的改善。④上下层错缝咬合，保证整个斜道区支撑结构的圆周方向和径向准确控制，确保整个支撑结构的稳定咱4暂。

　　在140t/h干熄焦炉斜道区耐材年修中使用了大砌块，干熄焦炉斜道大砌块应用使干熄焦炉年修周期由两年提高到3年，并计划在其他干熄焦炉上推广。

　　2.2预制块在膨胀节的应用

　　膨胀节耐材原设计是浇注料，但受工况影响，浇注料在生产过程经常发生风化及大片剥落的情况，甚至发生过在生产过程浇注中整体脱落膨胀节发红的现象，而且浇注料施工需要制作模板及养护脱模，后期的烘烤条件也无法满足，不仅费时费力而且使用效果不佳。通过现场分析，决定对原膨胀节本体结构进行调整，使用预制块进行砌筑，预制砖拱顶合门方法采用在除尘拱顶开孔的方式，从上方砌筑锁砖，确保拱顶砌筑紧密，最后恢复除尘拱顶，完全达到砌筑要求。

　　3结论

　　传统的焦炉耐火材料结构形式及炉体维护技术，已无法满足现代焦炉大型化、高效化和长寿化的需求。随着耐火材料生产技术的不断进步和设备制造能力的提升，不定形耐火材料的性能得到极大的提高，使用范围也得到扩展。全浇注复合炉顶技术在焦炉炉顶维护中的成功应用，在稳定性、密闭性、隔热性、实用性和可维护性等方面远优于传统的耐火砖砌，具有更好的使用效果和广阔的使用前景。

　　技术创新是行业发展的核心驱动力，新设备、新材料、新工艺、新技术在焦炉炉体维护中的应用及维护模式的优化，极大地促进了焦炉长寿管理，降低生产能耗、提高焦炭质量，取得了良好的经济效益和社会效益。

　参考文献

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