炼焦炉的机械设备.ppt

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1、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 耐火材料中有许多大小不一形状各异的气孔，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。因耐火制品的用途不同，对气孔率的要求也各不相同。一般是气孔率愈小，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

2、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，由于不同的石英晶型其真密度不同，因此测定硅砖的真密度可以了解其烧成情况。,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。它可用线膨胀率或体积膨胀率来表示。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、V t 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/(mh)，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

3、制品则相反（如镁砖和碳化硅砖）。,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，但不是熔融温度。一般物质有一定的熔点，耐火材料却不同，它从部分开始熔融到全部熔化，其间温差达几百度，而且熔融现象还受升温速度影响，因此目前均采用比较法测定耐火度。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

4、）荷重软化温度 耐火制品的常温耐压强度很高，但在高温下由于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的负荷，所以测定它的高温强度意义很大。一般用荷重软化温度作为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0.2Pa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200250，而硅砖达到变形温度后立即破坏，开始到终了仅差1015。,炼焦炉的机械设备,（7）高温体积稳定性 耐火材料在

5、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12001500oC(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。,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850 10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

6、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。耐火制品的热稳定性与热膨胀性有很大的关系，若制品的线膨胀系数大，则由于制品内部温度不均匀而引起不同程度的膨胀，从而产生较大的内应力，降低了制品的热稳定性。此外，制品的形状越复杂，尺寸越大，其热稳定性也越差。经上述测定不同的耐火制品差别很大，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。一些耐火制品的基本特性如表5-1所示。,炼焦炉的机械设备,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：荷重软化温度高于所在部位的最高温度；所在部位的最高温度变化范围内，具有抗温度激

7、变性能；能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀；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。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

8、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,在制造硅砖的原料硅石中，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的石英玻璃，在1710时，-方石英也会转化为石英玻璃。在烧成的硅砖内，由于温度不均及晶型转变的时间和

9、条件的差异，总是三种晶型共存的，甚至还有石英玻璃。烧成硅砖中的-石英，-鳞石英和-方石英在冷却过程中转变为相应的低温型，即-石英，-鳞石英和-方石英，当制成的硅砖用于砌筑焦炉后再次升温时，这些低温晶型会逐渐转变为高温晶型。以上转变的温度、条件以及相应的膨胀量见图5-1所示。,炼焦炉的机械设备,炼焦炉的机械设备,从图5-1中可以看出，这种转变可分为两种，一种是横向的迟钝型转变，它是晶格重排过程，这是从一种结晶构造过渡到另一种新的结晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始向结晶中心缓慢地进行，需较长时间，且在一定的温度范围内才能完成，一般只向一个方向进行。但在实际烧成过程中，SiO2并非是单一从-石英-

10、鳞石英-方石英石英玻璃的转变，而是因温度范围、升温速度、矿化剂的存在与否而异，可以发生另外的迟钝型转变：,炼焦炉的机械设备,另外一种转变为图5-1所示的上下转化，即各类晶型内高温型（）和低温型（、）间的转变，称为高低型转变。此种转变没有晶格的重排，只有晶格的扭曲或伸长，因此变化速度快且是可逆的。,炼焦炉的机械设备,各种型态的SiO2转化温度和体积变化不同，如图5-2所示。方石英在180270转化，体积变化最剧烈，而在570.时，石英转化体积变化较小。鳞石英有两个晶型转化点：即117和163，此时体积变化最小。因此用于焦炉的硅砖，希望在制造过程中，尽量转化为鳞石英。但实际生产的硅砖制品总是三种晶

11、型同时存在。由于三种石英中鳞石英的密度最小，因此鳞石英含量愈高的硅砖，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,炼焦炉的机械设备,由于烧成温度、速度及原料矿化剂等的差异，制成的硅砖由于矿相组成的差异，硅砖的真密度就不同，从表5-2和图5-2可以看出，真密度小的硅砖，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。此外，磷石英的荷重软化温度高，导热性能好，故焦炉要尽量采用真密度小的硅砖，一般要求在2.38以下，优质硅砖的真密度应在2.342.35之间。,炼焦炉的机械设备,从图5-1还可以看出，硅砖的热膨胀变化大，600以前晶型转变较多，故体积变

12、化较大，而且在117、163、180270和570等几个晶型转化点，体积变化尤为显著，这时最容易引起砌体变形和开裂。因此这对焦炉各部分材质的选用，对焦炉的砌筑、烘炉、生产维修及冷炉等都有重要意义。故硅砖的烧成和新焦炉的烘烤均需按计划升温，以免碎裂。根据硅砖具有的特性，当用于砌筑焦炉时，可以提高燃烧室的温度，缩短结焦时间，增加焦炉生产能力，延长炉体的使用寿命，所以现代焦炉主要用硅砖砌筑（其各项理化指标见表5-3）。,炼焦炉的机械设备,600700以下时，硅砖对温度的急变抵抗性能差，这是由于高低型晶型转变、体积突然膨胀或收缩所致，因此硅砖不宜用于温度剧烈变化的部位。但在700以上时，由于硅砖的体积

13、变化较平稳，因此能较好地适应温度的急变。目前有一种用高密度硅砖砌筑焦炉的趋势，高密度硅砖是指气孔率在10%13%范围内的硅砖，它的特点是密度高，气孔率低，因此导热性能及强度均比普通硅砖好。,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（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。加入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。烧成过程中是高岭石不断失水，分解

14、生成莫来石（3Al2O32SiO2）结晶的过程。其主要反应过程如下：温度在常温150，砖坯水分蒸发；,炼焦炉的机械设备,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，黏土中的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，促进颗粒的熔解，重结晶和重排过程最终形成坚硬制品。一

15、般烧成后的黏土制品中含有30%45%的莫来石结晶，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的浸蚀，对碱性渣的抗蚀能力较差，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。,炼焦炉的机械设备,这是因为在黏土砖中除了高耐火度的莫来石结晶外，还含有几乎达50%的玻璃相，后者的软化开始温度很低，但熔融物的黏度却很大，故出现上述情况。黏土砖的热稳定性好，但导热性和机械强度较硅砖差。与硅砖相比，黏土砖的总膨胀率仅为硅砖的1/21/3，且膨胀量基本上与温度成比例地直线增长，而硅砖

16、膨胀变化量主要在600以前，600以后硅砖的体积变化较稳定。因此，黏土砖焦炉在炭化室温度变化范围内的体积变化量要比硅砖焦炉大。,炼焦炉的机械设备,由于黏土砖焦炉加热到1100的总膨胀量较小且均匀，抗温度急变性强，故黏土砖焦炉的烘炉期短，但加热到1200以上时，会出现残余收缩，这是由于黏土制品中的矿物继续产生再结晶，以及在高温下制品中的低熔点化合物逐渐熔化，在表面张力的作用下使固体颗粒互相靠近所致。收缩的大小与配料组成及烧成温度有关。因此黏土砖焦炉在高温下长期使用过程中，砖缝可能产生空隙，会破坏砌体的严密性。由于上述特点，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的部位，如炉门、

17、上升管衬砖、小烟道衬砖、蓄热室封墙和炉顶等。黏土砖的各项理化指标见表5-4。,炼焦炉的机械设备,黏土砖原料来源广，制作容易，成本低，因而有些小焦炉可采用黏土砖砌筑，但一定要严格控制操作温度，以免造成焦炉损坏。,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

18、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,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，根据骨料和胶凝材料的不同，耐热混凝土分为很多类型，其组成不同，性质各异，因而其使用范围也不同。这种耐火制品与耐火砖相比，具有以下优点：（1）使用前不必经过烧结，减少了制造耐火砖复杂的工艺，制备工艺简单，可就地制成各种需要的形状。（2）常温下迅速产生强度，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。,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

19、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：有一定的黏结性和良好的填塞能力；有较小的收缩性，以防砖缝干固时开裂；有一定的耐火度和荷重软化开始温度；有一定的保水性，便于施工，保证质量；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,凡与金属埋入件相接触的砌体部位，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的水凝性胶结剂硅酸盐水泥和石英砂。砌筑焦炉用的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）配制而成的粉料。废硅砖粉的加入能改善火泥与硅砖的高温黏结性能，这是因为硅砖粉具有与硅砖相一致的热膨胀曲线，因此在

20、石英晶型转化而引起的体积变化时，火泥脱离硅砖的可能性较小，黏附于硅砖的能力良好。一般硅砖粉含量在20%30%较合适。硅火泥中加入生黏土可以增加可塑性，降低透气性和失水率，但加入量不宜过大，否则会使硅火泥的耐火度降低、收缩率增加，一般以不超过15%20%为宜。根据SiO2的含量不同，可分为高温（1500）、中温（13501500）和低温（10001350）三种硅火泥。,炼焦炉的机械设备,硅火泥对粒度的要求为：1mm以上的不大于3，小于0.2mm的不小于80，一般好用的灰浆应能活动1520s，可用“时间”表示使用性能，而使用性能与颗粒组成有关。实践表明：粒度太细，吸水性强，太粗其失水速度快，均不宜

21、使用。比较合适的粒度组成如下：粒度/mm 99 黏土火泥是由煅烧过的块状熟料或粉碎黏土砖加入结合黏土（生黏土）制成。熟料是黏土火泥的主要成分，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，配入生黏土过多容易产生裂纹，故配料比不宜过大，约占20%40%。,炼焦炉的机械设备,黏土火泥的使用温度一般均低于1000。焦炉用黏土火泥一般为细粒级及中粒级，粒度分别为通过0.5mm和1mm的筛孔应大于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 隔热材料 通常导热系数小于0.837kJ/(mhk)的建筑材料称为隔热材料。一般它具有气

22、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13001400oC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+nSiO2 Na2OnSiO2+CO2,炼焦炉的机械设备,Na2OnSiO2即水玻璃的分子式，其中n为水玻璃的模数，表示SiO2/Na2O的分子比值，该值一般为1

23、.53.5。筑炉和修炉用的水玻璃均系水玻璃的水溶液。水玻璃是一种矿物胶凝剂，具有黏结能力，其值大小与模数、浓度和温度有关。它属于气凝性胶凝材料，由于空气中CO2的作用，以及干燥而析出的SiO2凝胶，混料中加入一定量的水玻璃后，因为SiO2的胶凝作用，在常温下硬化而使砌体具有早期强度。水玻璃的加入还可降低砌体和泥料的烧结温度。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。,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

24、条；2弹簧；3炉门框；4炉柱；5保护板；6炉门挂钩,炉门,炉门框,纵横拉条,炉柱,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（向机焦侧膨胀）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23

25、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,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的保护性压力保证砌体在膨胀过程中完整、严密。但是，无论烘炉还是生产期间，炉体上下各部位温度不同，致使膨胀量不同，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避免的。为此，要保持砌体的完整性和严密性，除在筑炉时，充分考虑耐火泥的烧结温度和保证砖缝饱满外，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，应同各部位的膨胀量相适应。横向护

26、炉设备的组成，装配如图5-4。,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

27、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。纵拉条失效是抵抗墙向外倾斜的主要原因。这不仅有损于炉体的严密性，而且还会使炭化室墙呈扇型向外倾斜。,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，

28、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。目前，我国焦炉用的保护板分为大、中、小三种类型，如图5-5、5-6和5-7，并以此配合相应的炉门框。各类保护板的型式、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,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,表5

29、-6 大、中、小型保护板性能的比较,炼焦炉的机械设备,大保护板（或炉门框）的弯曲度过大，则炉门很难对严，当弯曲度超过30mm时，应当更换。炉门框因高温作用而弯曲，使其周围成为焦炉的主要冒烟区，至今尚未有妥善解决的办法，随炭化室高度增加，问题更显突出。增大断面系数虽能提高冷态刚度，但长期高温作用下仍不免变形。采用中空炉门框要周边保持相同厚度，使加工困难，且长期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的密封，过去采用石棉绳，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。冒出荒煤气的的温度超过530时，石棉绳损坏加快，冒烟量增大，从而造成恶性循

30、环。国外有用陶瓷纤维毡代替石棉绳的介绍，因其工作温度高，强度大，有弹性，因而具备高温密封材料的基本要求，据有关资料介绍，近几年来陶瓷纤维用于200多个炉门框，尚无漏气现象。,炼焦炉的机械设备,炉门框是固定炉门的，为此要求炉门框有一定的强度和刚度，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）焊接而成的，也可由特制的方型的空心钢制成，安装在机、焦侧炉头保护板的外面，由上下横拉条将机、焦两侧的炉柱拉紧。上部横拉条的机侧和下部横拉条的机焦两侧均装有大弹簧。焦侧的上部横拉条因受焦饼推出时的烧烤，故不设弹簧。炉柱内沿高向装有若干小弹簧

31、，分别压紧燃烧室和蓄热室保护板。炉柱通过保护板和炉门框承受炉体的膨胀压力，即护炉铁件主要靠炉柱本身应力和弹簧的外加力给炉体以保护性压力。因此，炉柱是护炉设备中最主要的部件。,炼焦炉的机械设备,炉体的膨胀，一是砖本身的线膨胀，这个膨胀压力很大，因此在炉体升温时，必须控制升温速度，防止急剧膨胀；二是由于砌体热胀冷缩使砖和砖缝产生裂纹，被石墨填充，造成炉体不断伸长而产生的膨胀力，后者是可以控制的。炉柱的作用就是将弹簧的压力通过保护板传给炉体，使砖始终处于压缩状态，从而可以控制炉体伸长，使炉体完整严密。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管的作用。大型焦炉的蓄热室单墙上还装有小炉柱，小炉柱经横梁与炉

32、柱相连，借以压紧单墙，起保护作用。,炼焦炉的机械设备,如前所述，护炉设备的保护性压力，是上下两个大弹簧的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的各个区域。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的乘积；弹簧应处于弹性变形状态且工作负荷低于其许可负荷。,炼焦炉的机械设备,生产上测量炉柱弯曲度通常用三线法(图5-8)。在两端抵抗墙上，相应于炉门上横铁、下横铁、篦子砖的标高处，分别设置上、中、下三个测线架。将两端抵抗墙上同一标高的测线架分别用直径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

33、、C三点，然后测出从炉柱到钢丝的水平距离。图5-8中ABC表示炉柱，炉柱与三线的水平距离分别为a、b、c，h为上线到中线的距离，H为上线与下线的距离，则炉柱曲度即可按AMB与ACC相似的原理导出下式计算：y=(ab)+(ca)，mm(5-1)y实=yy0，mm(5-2),炼焦炉的机械设备,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,炼焦炉的机械设备,正常情况下，炉柱曲度逐年增加的主要原因是由于砌体上下部位的年膨胀量不同。焦炉投产两年后，上下横铁处的年膨胀量不应超过5mm

34、，与此相对应，炉柱曲度的年增加量一般在2mm以下。炉柱曲度的变化表明保护性压力沿炉柱高向分布在变化，如果炉柱处于弹性变形范围，炉柱曲度的变化也基本上反映了炉体曲度的变化。由于炉体各部位膨胀量不同，因此炉柱有曲度是理所当然的，但炉柱实际曲度大于50mm时，表明已超过弹性极限而失效。炉柱曲度关系到刚性力的合理分布，故可用炉柱曲度作为监督刚性力分布的一个标志。生产实践表明，限定炉柱曲度不大于25mm是保证刚性力合理分布的前提，下部大弹簧在生产中随炉体膨胀需不断放松。,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

35、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250350oC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

36、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

37、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，目前多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。达到清扫容易的有效方法是气封炉门。由于炉门附近沉积的焦油渣大大减少，而且质地松软，故容易铲除，此法还有效地提高了刀边与炉门框间的密封程度。,炼焦炉的机械设备,图5-9 自封式刀边炉门1 外壳；2提

38、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，它是用一块带凸轮的卡子卡住刀边，凸轮顶住刀边，当外力加于刀边上时，同刀边接触的凸轮半径将随螺栓转动而增大，从而防止刀边后退。敲打刀边制作、更换和调节方便，价格低廉，对轻度变形的炉门框也能适应，因此为国内外所广泛采用。,炼焦炉的机械设

39、备,刀边厚度一般不超过2mm，要求焊口平直，周边尺寸符合要求。在刀边支架周长上，安装调节顶丝，用以调节刀边使其与炉门框封严。炉门刀边是否完好，与能否保证炉门的严密性关系很大。为此，当炉门摘下后，要立刻清扫刀边、炉门框和炉门衬砖上的焦油渣及焦粉等残留物质。否则残余物越积越厚，炉门刀边将逐渐失去自封作用，造成冒烟冒火。炉门由于摘挂频繁，且与大气接触，温度变化剧烈，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。,炼焦炉的机械设备,一般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的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

40、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同而异，2m左右的为2吨，4米左右的需5吨。我国6m高的新建大型焦炉均采用弹簧炉门。弹簧门栓由于不能改变炉门刀边对炉门框的压力，所以常同敲打刀边结合，以求对炉门框的轻度变形或局部积聚焦油渣有更好的适应性。另外也可与气封炉门相结合，在刀边和炉门框清洁的条件下更好地发挥作用。,炼焦炉的机械设备,4气封炉门 经过回收车间净化的回炉煤气用管道送入炉门处的气室，然后慢慢从炉门铁槽和炉门 框密封面之间的空隙流走，这样炉门刀边与炉门框密封面之间，形成了一个自下而上的流动 气封带(图5-12)，带内净煤气

41、的压力略高于附近的荒煤气，以阻止含焦油的荒煤气接近刀边，大大减少了清扫工作量，并提高了密封效果。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。目前，国内外正在使用和试验的气封炉门有各种构造，但大体类同。作为气封用的气 流，除焦炉煤气外，有的将煤气和空气燃烧后的废气通入，有的从炉头火道废气引入，既可起气封作用，又可提高炉头温度。,炼焦炉的机械设备,近年来炉门作为控制焦炉烟尘、实现环境保护的重要设备，除采用上述措施外，各国对炉门结构、材质的研究都进行了大量的工作，例如一些工厂正在发展一种用可挠性较大、对热变形不灵敏的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

42、为炉门受热弯曲是破坏密封的主要原因，因此采用在炉门衬砖和炉门体之间设有空气绝热层的炉门，减少了由炭化室传给炉门体的热量，减轻了炉门的热变形。,图5-12 气封炉门断面图 1炉门框；2炉门；3挡煤板,炼焦炉的机械设备,第三节 煤气设备 焦炉煤气设备包括：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 荒煤气导出设备包括：上升管、桥管、水封阀、集气管、“”型管、焦油盒、吸气管以及相应的喷洒氨水系统。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起冒烟冒火，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起设

43、备变形、阻力升高和鼓风、冷凝的负荷增大，但又要保持焦油和氨水良好的流动性。,炼焦炉的机械设备,1.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的氨水形成水封，切断上升管与集气管的连接。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自动调节翻板；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手动调节翻板,图5-14 上升管、集气管结构简图,炼焦炉的机械设备,由炭化室进入上升

44、管的温度达700750左右的荒煤气，经桥管上的氨水喷嘴连续不断地喷洒氨水（氨水温度约为7580），由于部分（2.53.0）氨水蒸发大量吸热，煤气温度迅速下降至80100，同时煤气中约6070的焦油冷凝下来。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，容易造成集气管堵塞。冷却后的煤气、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。,炼焦炉的机械设备,为保证氨水的正常喷洒，循环氨水必须不含焦油，且氨水压力应稳定。为减少

45、上升管的热辐射，上升管靠炉顶的一侧设有隔热板。近年来一些焦化厂为了进一步改善炉顶的操作条件，采用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的珍珠岩保温层)等措施，都取得了较好的效果。前者尚能回收荒煤气的部分热量，后者不仅改善了炉顶的操作条件，而且消除了石墨在上升管壁的沉积。2上升管内沉积物的形成及预防措施 上升管内壁形成沉积物(俗称结石墨)并迅速增厚堵塞荒煤气导出通道，是炉门冒烟冒火的重要原因之一。为清除沉积物，各国曾使用多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，对炉体有不同程度的不利影响，故近年来致力于预防，并辅之以简易清扫。,炼焦炉的机械设备,(1)沉积物

46、的特征及形成条件 通过对一些厂的实地观察，上升管内壁沉积物层有上薄下厚的一致倾向，底部有向下的弯月面，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，沉积物增长较快，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，可以认为，沉积物形成的条件为：一是内壁温度低，致使荒煤气中某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的高沸点焦油馏分发生热解和热缩聚而固化，这个温度至少在550oC以上。因此，由于火道温度高、装煤不足、平煤不好等造成的炉顶空间温度升高和荒煤气停留时间延长

47、，均会导致上升管内壁沉积物加速。,炼焦炉的机械设备,(2)预防或减少上升管内沉积物形成的措施 大体上有加速导出，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的氨水喷洒。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，可大大减少管内壁冷凝量，保温层外表温度约80oC，比未保温时降低2030oC，有利于改善操作环境。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，减少焦油馏分热解和热聚，也能收到减少上升管内壁沉积物形成的作用。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747o

48、C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的蒸汽量达50kg(h孔)。,炼焦炉的机械设备,3集气管、“”型管和吸气管 集气管是用钢板焊接或铆接成的圆型或槽型的管子，沿整个炉组长向置于炉柱的托架上，以汇集各炭化室中由上升管来的荒煤气及由桥管喷洒下来的氨水和冷凝下来的焦油。集气管上部每隔一个炭化室均设有带盖的清扫孔，以清扫沉积于底部的焦油和焦油渣。通常上部还有氨水喷嘴，以进一步冷却煤气。集气管中的氨水、焦油和焦油渣等靠坡度或液体的位差流走。故集气管可以水平安装（靠位差流

49、动），也可以按610的坡度安装，倾斜方向与焦油、氨水的导出方向相同。,炼焦炉的机械设备,集气管端部装有清扫氨水喷嘴和事故用水的工业水管。每个集气管上设有放散管，当因故荒煤气不能导出或开工时放散用。集气管的一端或两端设有水封式焦油盒，用以定期捞出沉积的焦油渣。“”型管专供荒煤气排出，其上装有手动或自动的调节翻版，用以调节集气管的压力。“”型管下方的焦油盒供焦油、氨水通过，并定期由此捞出焦油渣。经“”型管和焦油盒后，煤气与焦油、氨水又汇合于吸气管，为使焦油、氨水顺利流至回收车间的气液分离器并保持一定的流速，吸气管应有11.5的坡度。,炼焦炉的机械设备,集气管分单、双两种型式。单集气管多布置在焦炉的

50、机侧，其优点是投资省、钢材用量少，炉顶通风较好等，但装煤时炭化室内气流阻力大，容易造成冒烟冒火。双集气管（图5-15）由于煤气由炭化室两侧析出而汇合于吸气管，从而降低集气管两侧的压力，使全炉炭化室压力分布较均匀；装煤时炭化室压力低，减轻了冒烟冒火，易于实现无烟装煤；生产时荒煤气在炉顶空间停留时间短，可以减轻荒煤气裂解，有利于提高化学产品的产率和质量；结焦末期由于机、焦侧集气管的压力差，使部分荒煤气经炉顶空间环流，降低了炉顶空间温度和石墨的形成。双集气管还有利于实现炉顶机械化清扫炉盖等操作。但双集气管消耗钢材多，基建投资大，炉顶通风较差，使操作条件变坏。此外，氨水、蒸汽消耗量也较多。,炼焦炉的机