第5章炼焦炉的机械设备

炼焦炉的机械设备第五章炼焦炉的机械设备第一节筑炉材料第二节护炉设备第三节煤气设备第四节焦炉机械炼焦炉的机械设备第一节筑炉材料一、耐火材料的性质通常以下列指标来衡量耐火材料的性能。（1）气孔率气孔率即气孔的总体积占耐火制品总体积的百分比，它表示耐火材料的致密程度。通常所说的气孔率是指不计闭口气孔（不和大气相通的气孔）的开口气孔率，又叫显气孔率。耐火制品的气孔率愈小，导热性愈好，耐火砖的耐压强度也愈高，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括全部气孔在内的每m3耐火砖的质量真密度是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料质量与同体积水的比值。炼焦炉的机械设备（3）热膨胀性耐火制品受热后，一般都会发生膨胀，这种性质称为热膨胀性。它可用线膨胀率α或体积膨胀率β来表示。不同的温度范围内，其膨胀率是不同的。×100℅×100℅式中L0、V0——室温下试样的原始长度和体积；Lt、Vt——温度升高至t℃时试样的长度和体积。（4）导热性耐火制品的导热性，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/(m·h·℃)，多数耐火制品的导热系数随温度的升高而增大（如硅砖、黏土砖等），也有些制品则相反（如镁砖和碳化硅砖）。00llltt00VVVtt炼焦炉的机械设备（5）耐火度耐火材料在高温下抵抗熔融性能的指标.测定：用高岭土、氧化铝和石英按不同配比制成规定尺寸的三角锥状标准试样称示温熔锥，它们的耐火度是已知的，将待测试样按规定制成三角锥状，和示温熔锥同时置于高温炉内，以一定的速度升温，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，该标准试样的耐火度即待测试样的耐火度，因此耐火度是熔融现象发展到软化弯倒时的温度。炼焦炉的机械设备（6）荷重软化温度耐火制品高温结构强度的指标。测定方法是用规定尺寸的圆柱体在0.2МPa的压力下，以一定的升温速度加热，随着温度的升高，试样将产生一定数量的变形，当试样的最大高度降低0.6℅时的温度，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的温度差可达200～250℃，硅砖达到变形温度后立即破坏，开始到终了仅差10～15℃。炼焦炉的机械设备（7）高温体积稳定性耐火材料在高温下长期使用时，其成分会继续变化，产生再结晶和进一步的烧结现象，因此耐火制品体积会有变化。由于各种制品的化学成分不同，有的收缩，有的膨胀，且这种变化是不可逆的，故称为残余收缩和残余膨胀，其数值用制品加热到1200～1500oC(因耐火制品种类不同而异)，保温2h，冷却到常温的体积变化百分率（%）来表示。高温体积稳定性=×100℅式中V0——试样加热前的体积；V——试样加热并冷却后的体积。正值表示残余膨胀，负值表示残余收缩。00VVV炼焦炉的机械设备（8）温度激变抵抗性是耐火制品抵抗温度激变而不损坏的性能。将试样加热到85010℃后保温40分钟，放在流动的凉水中冷却，并反复进行，直到试样碎裂后脱落部分的质量占原试样质量的20%时止，此时其经受的急冷急热次数，就作为该制品耐急冷急热性能的指标。炼焦炉的机械设备总之，砌筑焦炉用耐火材料应满足下列基本要求：①荷重软化温度高于所在部位的最高温度；②所在部位的最高温度变化范围内，具有抗温度激变性能；③能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀；④炭化室墙具有良好的导热性能，格子砖具有良好的蓄热能力。炼焦炉的机械设备二、焦炉用耐火材料1.SiO2晶型转变与硅砖特性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的。优点：硅砖含SiO2大于93%，系酸性耐火材料，具有良好的抗酸性侵蚀能力，硅砖的导热性能好，耐火度为1690～1710℃，荷重软化点可高达1640℃，无残余收缩，缺点：耐急冷急热性能差，热膨胀性强。SiO2在不同的温度下能以不同的晶型存在，在晶型转化时会产生体积的变化，并产生内应力，故硅砖的制造性能和使用与SiO2的晶型转变有密切关系。炼焦炉的机械设备SiO2能以三种结晶型态存在，即石英、方石英和鳞石英，而每一种结晶形态又有几种同质异晶体。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，是以晶型的密度不同来彼此区分的。它们在一定的温度范围内是稳定的，超过此温度范围，即发生晶型转变。炼焦炉的机械设备2.黏土砖黏土砖的主要原料是耐火黏土和高岭土，其主要成分是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O），其余部分为K2O、Na2O、CaO、MgO及Fe2O3等杂质，它们约占6~7%左右。黏土砖是以经煅烧的硬质耐火黏土（熟料）与部分可塑性黏土经粉碎、混合、成型、干燥后烧成的。熟料是为了减少干燥和烧成过程中的收缩，增大体积密度、降低气孔率，提高耐急冷急热性能。炼焦炉的机械设备3．高铝砖含Al2O3高于48％的铝硅质耐火砖叫高铝砖，它是以高铝矾土为原料，并用与黏土砖类同的制造方法制成。它的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．耐热混凝土它是一种长期承受高温作用的特种混凝土，是由耐火骨料、适当的胶凝材料（有时还掺入矿物质和有机掺合料）和水按一定比例调制成泥料，经捣制或振动成型、继而凝结、硬化、脱模、养护烘干而产生的具有一定强度的耐高温制品。炼焦炉的机械设备5.耐火泥耐火泥是一种使砌体成为一个整体的黏结剂，它应有与砌体用砖相一致的性能，使用中应满足以下要求：⑴有一定的黏结性和良好的填塞能力；⑵有较小的收缩性，以防砖缝干固时开裂；⑶有一定的耐火度和荷重软化开始温度；⑷有一定的保水性，便于施工，保证质量；⑸在使用温度下发生烧结，以增加砌体的机械强度。炼焦炉的机械设备6．其它筑炉材料⑴隔热材料通常导热系数小于0.837kJ/(m·h·k)的建筑材料称为隔热材料。一般它具有气孔率大而气孔小，机械强度低，体积密度小等特点，常见的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。选用时应考虑到它们的最高允许使用温度，超过规定温度，隔热材料会丧失强度或破裂。炼焦炉的机械设备（2）水玻璃是由磨细的石英砂或石英粉与碳酸钠或硫酸钠按一定比例配合后，经1300～1400oC的熔融化合得到的块状固体硅酸钠，若再将其用蒸汽熔化，则得到液状的硅酸钠。基本反应如下：Na2CO3+nSiO2Na2O·nSiO2+CO2↑炼焦炉的机械设备第二节护炉设备焦炉砌体的外部应按装护炉设备，如图5-3。这些设备包括：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—炉门挂钩炼焦炉的机械设备一、护炉设备的作用护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧的势能，连续不断地向砌体施加足够的、分布均匀合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整性和严密性，并有足够的强度，从而保证焦炉的正常生产。护炉设备对炉体的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的作用炉体横向（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渐伸长。投产后的2~3年内，由于二氧化硅继续向鳞石英转化，炉体继续伸长。此外，以后周期性的装煤出焦，导致炉体周期性的膨胀、收缩。正常情况下，年伸长量大约在5mm以下。炼焦炉的机械设备图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—小炉柱炼焦炉的机械设备2．炉体纵向膨胀及护炉设备的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的膨胀缝吸收，正常情况下，抵抗墙只产生有限的向外倾斜，砌体在纵向膨胀时对两端抵抗墙产生向外的推力。与此同时，抵抗墙和纵拉条的组合结构通过弹簧组给砌体以保护性压力。当此力超过各层膨胀缝的滑动面摩擦阻力时，砌体内部发生相对位移使膨胀缝变窄。膨胀缝所在区域的上部负载越大，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，则纵拉条的断面应愈大，弹簧组提供的负荷吨位也应愈高。炼焦炉的机械设备3．护炉设备的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的侧压力，使燃烧室整体受弯曲应力，在伸长的一侧产生拉应力。炉墙内从炭化室侧到燃烧室侧的温差，也使炭化室墙产生内应力。因此护炉设备的作用也在于用保护性压力来抵消这些应力。此外，开关炉门时炉体受到强大的冲击力，推焦时焦饼产生的摩擦力等，都需要护炉设备将砌体箍紧，炉体才能具有足够的结构强度。另外，炉柱还是机焦侧操作台和集气管等设备的支架。炼焦炉的机械设备二、保护板、炉门框及炉柱保护板、炉门框及炉柱的主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间的密封。因此，要求其紧靠炉头且弯曲度不能过大。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—石棉绳炼焦炉的机械设备现在大型焦炉均采用大保护板，原使用小保护板的己陆续改用中保护板，小保护板仅用于小型焦炉。炼焦炉的机械设备三、拉条及弹簧1．拉条焦炉用的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的砖槽沟内，下部横拉条埋设在机、焦侧的炉基平台里。拉条的材质一般为低碳钢。它在250~350oC时强度极限最大，延伸率最低，随温度的升高，强度显著下降，延伸率增大。为了保证横拉条在弹性范围内正常工作，其任一断面的直径不得小于原始直径的75℅。否则，将影响对炉体的保护作用。纵拉条是由扁钢制成，一座焦炉有5~6根，设于炉顶。其作用是沿炉组长向拉紧两端抵抗墙，以控制焦炉的纵向膨胀。纵拉条两端穿在抵抗墙内，并设有弹簧组，保持一定的负荷。炼焦炉的机械设备2．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的下部横拉条上。沿炉柱高向不同部位还装有几组小弹簧。弹簧既能反映出炉柱对炉体施加的压力，使炉柱紧压在保护板上，又能控制炉柱所受的压力，以免炉柱负荷过大。弹簧组的负荷即为炉体所受的总负荷。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，弹簧的负荷必须经常检查和调节，弹簧压力超过规定值时，根据炉柱曲度、炉柱与保护板间隙的情况，综合考虑调节。弹簧在安装前必须进行测试压缩量和负荷的关系，然后编组登记，作为原始资料保存，以备检查对照。炼焦炉的机械设备四、炉门炭化室的机焦侧是用炉门封闭的，通过摘、挂炉门可进行推焦和装煤生产操作，炉门的严密与否对防止冒烟、冒火和炉门框、炉柱的变形、失效有密切关系。因此，不属于护炉设备的炉门实际上是很重要的护炉设备。随炭化室高度增大，改善炉门已成为重要课题。1．炉门的总体结构及基本要求现代焦炉采用自封式刀边炉门(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，清扫容易。炼焦炉的机械设备为了提高密封性能，从两个方面实行改革，一是降低炉门刀边内侧的荒煤气压力，如气道式炉门衬砖；二是提高炉门刀边的密封性和可调性，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。炼焦炉的机械设备图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—横铁拉杆炼焦炉的机械设备2．敲打刀边刀边用扁钢制成，靠螺栓固定(图5-10)。调节时将螺帽放松，敲击固定卡子，使刀边紧贴炉门框。为了防止刀边在外力撞击下后退，有各种结构的卡子，国外推荐一种带凸轮卡子的刀边，它是