CN116590030A - 一种干熄焦烘炉升温方法及开工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干熄焦烘炉升温方法及开工方法，属于炼焦技术领域。烘炉的升温方法包括以下步骤：步骤S1、关键耐材砖样膨胀曲线的测定：测试累计热膨胀率及平均热膨胀系数；步骤S2、确定日膨胀率：以日膨胀率控制升温速率；步骤S3、制定烘炉升温图表与曲线，计算烘炉间隔天数和每日上升温度。其中，关键耐材砖体为斜道牛腿所采用的莫来石‑碳化硅砖及预存室环形气道所采用的莫来石砖。本发明根据关键耐材的热膨胀性能，理论研究出一种具有科学依据的烘炉升温方法，确保干熄炉烘炉期间耐材的合理膨胀，确保干熄焦烘炉开工期间耐材的合理膨胀，支撑干熄炉安全长寿高效运行。

Description

一种干熄焦烘炉升温方法及开工方法

技术领域

本发明属于炼焦技术领域，更具体地说，涉及一种干熄焦烘炉升温方法及开工方法。

背景技术

干熄焦系统在筑炉结束后，由于自然干燥的时间较短，因此干熄炉内的耐火材料以及铺在干熄炉底部的焦炭中含有大量的水分。这些水分如果不能很好地除去，当干熄炉内装入红焦后，砌体内的水分在高温作用下会急剧汽化，影响耐火泥粘结强度，造成砌体严密性不好，并使耐火砖产生裂纹。此外，水蒸汽与炽热的红焦反应生成大量的H₂和CO，会造成循环气体内可燃成分浓度急剧上升，危及干熄焦的安全生产。所以新砌筑的干熄焦装置必须通过温风干燥、煤气烘炉阶段，将干熄炉内的水分完全去除。

现行的干熄焦烘炉方法是参照日本的干熄焦烘炉模式，缺乏理论研究。我国干熄焦装置200余套，且一代干熄焦系统已经进入大中修时期，因此针对干熄焦烘炉曲线进行理论研究是十分必要的。

经检索，专利CN106967448A公开了一种干熄焦系统耐材大面积更换后的烘炉方法，包括以下步骤：温风干燥，以干熄炉入口温度T₂为主要管理温度，将干熄炉预存段的温度T₅由常温升到100℃～120℃；安装干熄焦煤气烘炉燃烧器，通过调整一次除尘器紧急放散阀导入空气助焦炉煤气燃烧烘炉，以所述干熄炉预存段温度T₅为主要管理温度，将其升至500℃～600℃；用N₂对干熄炉进行气体置换，控制可燃气体成分含量在安全范围之内，向干熄炉内投红焦烘炉，最终将所述干熄焦锅炉入口温度T₆升高到800℃～960℃，所述干熄炉预存段温度T₅升高到800℃～1050℃。专利CN102304369A公开了一种干熄焦系统烘炉开工工艺，包括以下步骤：步骤1、温风烘干干熄炉，步骤2、在煤气烘干干熄炉，步骤3、在步骤2结束后，向干熄炉中装入红焦使耐火材料以≤30℃/h速度升温至950-1050℃，完成烘炉作业；在煤气烘干阶段，通过合理的控制煤气空气配比和升温速度，使耐火材料按照升温晶型转化曲线升温。

但上述方案中均没有针对耐火材料的受热膨胀进行有效的优化，导致耐火材料在升温时易开裂。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有干熄炉升温过程中耐火砖易开裂的问题，本发明提供一种干熄焦烘炉升温方法及开工方法，利用该方法进行升温，能保证干熄炉关键耐材的合理膨胀。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

干熄焦烘炉开工一般分为三个阶段—温风干燥、煤气烘炉、投红焦作业。其中温风干燥阶段是保证砌体内部水分能顺利排出，当预存室温度达到120℃时，干熄焦系统即可转入煤气烘炉阶段；煤气烘炉时期是根据耐火砖的性能，选择合理的升温速度，使砌体缓慢而均匀地膨胀，确保干熄炉耐材使用寿命；当预存室温度达到800℃时，即可转入投红焦作业。

由于煤气烘炉阶段中，烘炉的升温速率影响干熄炉中砌体性能，因此为制定合理的烘炉升温方法，本发明针对煤气烘炉过程中烘炉的升温方法进行了改进，技术方案如下：

步骤S1、关键耐材砖样膨胀曲线的测定

通过实验测试斜道牛腿莫来石碳化硅砖(AT)及预存室环形气道A级莫来石砖(AM)的累计热膨胀率(％)及平均热膨胀系数(10^-6/K)。其中，实验测得的热膨胀率为材料的累计热膨胀率，每一温度区间的间隔热膨胀率为相邻两个累计热膨胀率的差值，并根据热膨胀实验数据绘制膨胀曲线。

由于AM和AT两种砖的膨胀情况与氧化铝的晶型转变有密切的关系，两种耐火砖的膨胀较为均匀，因此烘炉时升温速度要求均匀。

步骤S2、日膨胀率的选择

干熄炉砌体主要有AM莫来石砖和AT莫来石碳化硅砖砌筑，其中牛腿部位使用的AT莫来石碳化硅砖尤为重要。升温过程中，由于热膨胀，AM莫来石砖及AT莫来石碳化硅砖间将会产生很大的热应力，以至产生裂纹或把砌体拉开而破坏其严密性。升温速率过快，各部位温差越大，就越容易产生热应力。为避免发生这种破坏性的膨胀，用日膨胀率来控制升温速率。根据实践经验，本发明将采用AM的预存室环形气道温度设定为采用AT的斜道牛腿温度的90％，100℃以前日膨胀率为0.03％、100-125℃日膨胀率为0.0025％、125-300℃日膨胀率为0.03％、300-1000℃日膨胀率为0.04％。

步骤S3、烘炉升温图表与曲线的制定

根据升温计划的制定，首先根据砖的膨胀曲线、干熄炉各部位的温度比例和步骤S2中规定的日膨胀率计算出每一温度区间的烘炉天数，再根据采用天数计算各温度区间的每日上升温度，并以此可列出烘炉升温计划表。

确定AT和AM在各温度区间中的间隔热膨胀率，从两项中选取较大值记为最大间隔热膨胀率，作为确定各温度区间计算天数的依据，将最大间隔热膨胀率除以步骤S2选定的日膨胀率即得间隔的计算天数，计算天数不足0.5天的以0.5天计算，超过0.5天按照1天计，得间隔天数。每天上升温度为温度区间/间隔天数。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明根据炉体使用耐材的热膨胀性能，理论研究出一种具有科学依据的烘炉升温方法，确保干熄炉烘炉期间耐材的合理膨胀，提高耐材的使用寿命；

(2)将本发明的干熄炉烘炉升温方法应用于干熄焦烘炉开工中，确保干熄焦烘炉开工期间耐材的合理膨胀，支撑干熄炉安全长寿高效运行。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为莫来石-碳化硅砖及莫来石砖膨胀曲线，其中AT为莫来石-碳化硅砖膨胀曲线，AM为莫来石砖膨胀曲线；

图2为干熄炉升温曲线。

具体实施方式

下文示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

干熄焦烘炉开工一般分为三个阶段—温风干燥、煤气烘炉、投红焦作业。其中温风干燥阶段是保证砌体内部水分能顺利排出，当预存室温度达到125℃时，干熄焦系统即可转入煤气烘炉阶段；煤气烘炉时期是根据耐火砖的性能，选择合理的升温速度，使砌体缓慢而均匀地膨胀，确保干熄炉耐材使用寿命；当预存室温度达到800℃时，即可转入投红焦作业。

其中温风干燥阶段主要是保证新砌体内部水分向外扩散速度与砌体表面水分蒸发速度协调。干燥期天数的长短取决于砌体中所含水分、砌筑时的季节、烘炉所用的燃料及烘炉初期的空气过剩系数的大小。例如一座新砌筑成的125t/h的干熄炉，干熄炉耐材总重量约为1200t，总含水量约为50吨；而一般更换了干熄炉斜道及环形风道的125t/h干熄炉，干熄炉耐材总重量约为400t，其总含水量约为16吨。所以，必须有充分时间和足够的运载气体，如果干燥期过短将会出现耐火砖间连接不结实，损坏整个砌体的整体性。因此，温风干燥阶段中，100℃之前为快速升温阶段，干熄炉每天上升30-40℃，100℃-125℃为缓慢升温阶段，温风干燥期一般以3-4天左右为宜。

由于煤气烘炉阶段中，烘炉的升温速率影响干熄炉中砌体性能，因此为制定合理的烘炉升温方法，本发明针对煤气烘炉过程中烘炉的升温方法进行了改进，具体包括以下步骤：

步骤S1、关键耐材砖样膨胀曲线的测定

斜道牛腿莫来石碳化硅砖(AT)及预存室环形气道A级莫来石砖(AM)的累计热膨胀率(％)及平均热膨胀系数(10^-6/K)通过实验测试，如下表1所示。其中AM试样长度L₀为49.6mm，起始温度T₀为25.1℃，试验温度为1000℃；测得25.1℃-1000℃温度区间内平均热膨胀系数α＝6.6×10^-6·K^-1；AT试样长度L₀＝49.1mm，起始温度T₀＝25.6℃，试验温度为1000℃；测得25.6℃-1000℃温度区间内平均热膨胀系数α＝5.3×10^-6·K^-1。其中，实验测得的热膨胀率为材料的累计热膨胀率，每一温度区间的间隔热膨胀率为相邻两个累计热膨胀率的差值。

表1干熄炉主要砌筑耐材热膨胀实验数据

依据表1耐火材料热膨胀实验数据绘制莫来石-碳化硅砖及莫来石砖的膨胀曲线如图1所示，AM莫来石砖的平均热膨胀系数比AT莫来石-碳化硅砖的略高。

由于AM和AT两种砖的膨胀情况与氧化铝的晶型转变有密切的关系，两种耐火砖的膨胀较为均匀，因此烘炉时升温速度要求均匀。

步骤S2、日膨胀率的选择

干熄炉砌体主要有AM莫来石砖和AT莫来石碳化硅砖砌筑，其中牛腿部位使用的AT莫来石碳化硅砖尤为重要。升温过程中，由于热膨胀，AM莫来石砖及AT莫来石碳化硅砖间将会产生很大的热应力，以至产生裂纹或把砌体拉开而破坏其严密性。升温速率过快，各部位温差越大，就越容易产生热应力。为避免发生这种破坏性的膨胀，用日膨胀率来控制升温速率。根据实践经验，本发明将采用AM的预存室环形气道温度设定为采用AT的斜道牛腿温度的90％，100℃以前日膨胀率为0.03％、100-125℃日膨胀率为0.0025％、125-300℃日膨胀率为0.03％、300-1000℃日膨胀率为0.04％。

步骤S3、烘炉升温图表与曲线的制定

根据升温计划的制定，首先根据砖的膨胀曲线、干熄炉各部位的温度比例和步骤S2中规定的日膨胀率计算出每一温度区间的烘炉天数，再根据采用天数计算各温度区间的每日上升温度，并以此可列出烘炉升温计划表，如表2所示。

表2中3、4栏分别为AT和AM在各温度区间中的间隔热膨胀率，从两项中选取较大值(5栏)记为最大间隔热膨胀率，作为确定各温度区间计算天数的依据，将最大间隔热膨胀率(5栏)除以步骤S2选定的日膨胀率即得间隔的计算天数(6栏)，计算天数不足0.5天的以0.5天计算，超过0.5天按照1天计，得间隔天数(7栏)。每天上升温度为温度区间/间隔天数。

表2烘炉升温计划表

根据表2可绘制出干熄焦升温计划曲线，如图2所示，依据烘炉升温计划表进行升温。

以下示出烘炉升温计划表的具体计算过程：

实施例1

如表2所示，在斜道牛腿莫来石碳化硅砖(AT)225～250℃温度区间时，预存室环形气道A级莫来石砖(AM)202.5-225℃温度区间时，AT的间隔热膨胀率为0.01％(3栏)，AM的间隔热膨胀率为0.009％(4栏)，选取两者较大值，记为最大间隔热膨胀率，为0.01％(5栏)，则计算天数为最大间隔热膨胀率(5栏)/日膨胀率，其中AT和AM均在125-300℃内，按照日膨胀率为0.03％计划升温，即得计算天数为0.01％/0.03％＝0.33天(6栏)，间隔天数不足0.5天按0.5天计(7栏)，则AT每天上升温度为(250-225)/0.5＝50℃(11栏)，AM每天上升温度为(225-202.5)/0.5＝45℃(12栏)。

实施例2

如表2所示，在斜道牛腿莫来石碳化硅砖(AT)300-350℃温度区间时，预存室环形气道A级莫来石砖(AM)270-315℃温度区间时，AT的间隔热膨胀率为0.03％(3栏)，AM的间隔热膨胀率为0.023％(4栏)，选取两者较大值，记为最大间隔热膨胀率，为0.03％(5栏)，则计算天数为最大间隔热膨胀率(5栏)/日膨胀率，其中AT在300-1000℃内，按照日膨胀率为0.04％计划升温，即得计算天数为0.03％/0.04％＝0.75天(6栏)，间隔天数超过0.5天按1天计(7栏)，AM在125-300℃内，按照日膨胀率为0.03％计划升温，即得计算天数为0.03％/0.03％＝1天(6栏)，则AT每天上升温度为(350-300)/1＝50℃(11栏)，AM每天上升温度为(315-270)/1＝45℃(12栏)。

实施例3

如表2所示，在斜道牛腿莫来石碳化硅砖(AT)500～600℃温度区间时，预存室环形气道A级莫来石砖(AM)450-540℃温度区间时，AT的间隔热膨胀率为0.05％(3栏)，AM的间隔热膨胀率为0.062％(4栏)，选取两者较大值，记为最大间隔热膨胀率，为0.062％(5栏)，则计算天数为最大间隔热膨胀率(5栏)/日膨胀率，其中AT和AM均在300-1000℃内，按照日膨胀率为0.04％计划升温，即得计算天数为0.062％/0.04％＝1.55天(6栏)，间隔天数超过0.5天按1天计，为2天(7栏)，则AT每天上升温度为(600-500)/2＝50℃(11栏)，AM每天上升温度为(540-450)/2＝45℃(12栏)。

Claims (10)

1.一种干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、关键耐材砖样膨胀曲线的测定：测试累计热膨胀率(％)及平均热膨胀系数(10^-6/K)；

步骤S2、确定日膨胀率：以日膨胀率控制升温速率；

步骤S3、制定烘炉升温图表与曲线：计算烘炉间隔天数及每日上升温度。

2.根据权利要求1所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，烘炉间隔天数的计算方法为：在温度区间内，选取AT和AM间隔热膨胀率的较大值记为最大间隔热膨胀率，将最大间隔热膨胀率/日膨胀率得各温度区间的计算天数，间隔天数以计算天数为依据。

3.根据权利要求2所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，计算天数不足0.5天的间隔天数记为0.5天，超过0.5天间隔天数按照1天计。

4.根据权利要求3所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，每日上升温度为上升温度/间隔天数。

5.根据权利要求4所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，所述关键耐材砖体为莫来石-碳化硅砖和莫来石砖，所述莫来石砖在25.1℃-1000℃温度区间的平均热膨胀系数为6.6×10^-6·K^-1，所述莫来石-碳化硅砖在25.6℃-1000℃温度区间的平均热膨胀系数为5.3×10^-6·K^-1。

6.根据权利要求5所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，所述莫来石-碳化硅砖位于斜道牛腿，所述莫来石砖位于预存室环形气道，所述预存室环形气道温度为斜道牛腿温度的90％。

7.根据权利要求6所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，步骤S2中，100℃以前日膨胀率为0.03％、100-125℃日膨胀率为0.0025％、125-300℃日膨胀率为0.03％、300-1000℃日膨胀率为0.04％。

8.一种干熄焦烘炉开工方法，采用权利要求1-7任一项所述干熄焦烘炉升温方法，其特征在于，包括以下步骤：温风干燥阶段、煤气烘炉阶段、投红焦作业。

9.根据权利要求8所述干熄焦烘炉开工方法，其特征在于，当预存室温度达到125℃时，干熄炉转入煤气烘炉阶段；当预存室温度达到800℃时，转入投红焦作业。

10.根据权利要求9所述干熄焦烘炉开工方法，其特征在于，温风干燥阶段中，100℃之前为快速升温阶段，干熄炉每天上升30-40℃，100℃-125℃为缓慢升温阶段，温风干燥阶段为3-4天。