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热氧化炉炉内用耐火材料内衬的配置

2019年08月14日来源:中国冶金装备网阅读数:分享到:

热氧化炉内的处理介质为强碱性液体,整个炉内的气氛为碱性环境,碱性液体在喷枪口以喷雾的形式喷出,不充分燃烧会存在较多的水蒸气。

小直筒段为火焰燃烧区,温度较高,约1400℃。该区受烧嘴燃料的不稳定供应和操作影响,会出现火焰的不稳定,引起温度的频繁波动,该区域在混合燃烧区上方,碱性介质较少。主要工况为温度波动和高温环境。

上锥段为混合主燃烧区,废液喷枪从4个方向喷出废液,在上部火焰和高温气流的作用下发生燃烧。废液燃烧生成的碱金属物质会粘附在炉内衬表面,不完全燃烧使得该区域的水蒸气浓度较高。因该区域为烧嘴火焰的外焰位置且发生为二次燃烧区,故区域温度高达1500℃,工况条件最为恶劣。

直筒段介于上锥段和下锥段之间,温度从上至下依次降低,温度区间为1500-1200℃。

下锥段为冷却区,温度相对其它区域较低,因下部有水强冷,温度变化较大。炉内煅烧后的残渣和废气最终通过该区域排出,气氛介质较复杂。

内衬工作层材质选型设计

鉴于炉内气氛和工况条件,结合内衬工作层的破损原因和机理分析,炉内工作层砖衬分4段分别做材质选型设计。小直筒段(火焰燃烧区)、上锥段(混合主燃烧区)、直筒段(次燃烧区)和下锥段(冷却区)分别采用GYZ94刚玉质、GYZ98刚玉质、GM78刚玉莫来石质和MS65莫来石质等级材料,具体理化设计指标见表1,设计机理见表2。

托圈区域结构设计

托圈区域结构比较复杂,其中金属托圈和炉壳焊接,承载炉内衬上部载荷;金属托圈的上下砖衬包裹并保护金属托圈,避免和炉内高温气流和碱性介质接触;该区域也是膨胀缝的设置区域,故对内衬的整体稳定性起着至关重要的作用。一旦上下砖衬破坏,则托圈暴露,高温碳化,炉壳处也随之高温碳化,托圈承载强度减弱,内衬失去分段承载和膨胀缝支撑空间,进而造成衬体破坏,危及炉体正常使用。

在满足托圈力学载荷作用下,尽量减少托圈的水平宽度,优化竖向加强筋的尺寸和数量。

托圈水平宽度的减少使保护托圈的耐火衬砖厚度增加,在托圈的上水平面铺设20mm厚的耐高温陶瓷纤维毯,为托圈进一步提供隔热保护。

托圈上下两层炉砖采用吊挂结构,上部炉砖外端1/2长度水平放置于托圈上,内端约1/2水平长度采用吊挂结构,吊挂高度为50mm,即内端炉砖底部低于托圈底部水平线40mm,如图1所示。

下部炉砖内端1/2的水平长度比外端上表面低30mm,形成台阶结构。下层炉砖与上层炉砖及托圈相接触的空间保证高度均为15mm的膨胀缝,此空间铺设耐高温陶瓷纤维毯。

正常使用时,炉内温度升高,下部炉砖向上膨胀,使中部的钢结构托圈处于上下层炉砖的严密包裹之中。上下炉砖的接缝形状呈上阶梯形,避免水平通缝,一方面可有效阻挡炉内高温气流和腐蚀性熔渣渗入接缝侵蚀托圈,一方面加宽的上层炉砖的保护厚度可减少炉内热量对托圈的热量传递,如图2所示。

应用效果

热氧化炉稳定生产运行8个月,期间炉内燃烧温度、废液成分、日处理量等工艺参数相比之前更加苛刻;待炉体自然冷却后进入炉内调研,各段内衬使用情况良好,如图3、图4和图5所示。

1)各段砖衬表面未出现明显侵蚀熔损,结构稳定,没有出现局部砖衬断裂和脱落等现象。

2)核心部位托圈区域状态完好,金属托圈完全置于上下部炉砖的保护层内,且冷却后的膨胀缝水平,厚度均匀,上下部炉砖结构完好。




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