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水煤浆气化炉烘炉的要点

本篇文章由中钢集团耐火材料有限公司段少鹏提供评选

在水煤浆气化炉开车前，我们都要进行烘炉。由于受现场条件、检修周期、燃料等因素的影响，都没有较好的烘炉。这样的状况包含以下几种情形：一、没有烘到指定的温度；二、没有按曲线来保温；三、没有按指定的时间来烘炉。总的概括来说是没有按烘炉曲线来操作。

烘炉的目的有三：一是去除砖及火泥、浇注料等耐材带入的水分；二是致密砖或其它炉料中某些成分的物理化学变化。三是钢壳及内衬耐火材料在高温下产生的应力合理释放。组分越多或其它物理化学变化越大，烘炉速度应该越小，并在有利于排水温度时段增长保温时间，以免耐火材料在烘炉中出现开裂或剥落，导致炉衬寿命的降低或显著下降。因此要根据设计要求及现场条件制定烘炉制度及升温曲线。

耐火材料衬里施工完毕后，在点火烘炉前应进行自然干燥养护。其干燥程度主要取决于环境温度和经历的时间。一般要求施工完成后经7天左右的自然干燥养护，方可加热干燥，进行烘炉。如果放置时间过长，火泥和浇注料会粉化。即便经历正常的烘炉后，材料的结合强度都会大幅降低。这样会给气化炉得运行带来隐患。在气化炉运行过程中，砖缝是薄弱部位。如果烘炉没有控制好，在中后期的运行过程，气化炉耐火砖表面容易形成蜂窝状的孔洞，大大缩减了耐火砖的使用寿命。浇注料可能会开裂，有窜气超温的风险。

图一  耐火衬里使用后

自然干燥养护后，炉衬中仍有大量的水分，耐火材料中含有的大量游离水和结晶水必须在烘炉时排出。耐火材料表面水分在80～110 ℃时大量蒸发，此后排水速度减缓。随着温度继续升高，到300 ℃左右时，游离水和结晶水不断排除，到600 ℃时完成晶型转化和聚合作用，1100 ℃左右时达到设计要求的烧结强度，完全释放热应力。为充分排除深层的游离水和结晶水并完成晶型转化，必须在不同温度段恒温一段时间。

烘炉时，80～300 ℃这个阶段是烘炉的关键阶段，这主要因为水在110 ℃时变为水蒸汽，此阶段脱水量大，脱水速度快，排出水分速度对耐火材料的影响很大，如果水分排出太快，内部残存水分扩散速度不及表面蒸发速度，内部水也会受热变成蒸汽，产生膨胀，致使材料发生龟裂，降低粘结强度，使材料强度削弱，因此应适当延长这段时间的保温。这个阶段最理想的情况是等速干燥，即材料表面水分的蒸发量与材料内部水分的排出量相当。

从80 ℃升温到600 ℃时，应有缓慢的升温速度，升温速度过快，耐火材料表面干燥也就快，大量气化水分无法排出，会产生破坏性蒸汽压力，使耐火材料产生裂纹或开裂。温度到300 ℃时，结合水和结晶水变为气体，从气孔排出。因而，要有足够的烘炉时间，才能彻底排除结晶水。  
　　原则上整个烘炉过程中，炉温只能上升，不能下降。若升温过快，超过当天升温计划，只能保温或减慢升温速度，严禁急升急降;升温达不到当天计划时，严禁急切追赶计划，应缓慢地接近计划值，尤其在晶型转化和聚合作用温度区域，更要严格按计划升温和恒温。

600 ℃以后，材料中的游离水和结晶水排出完毕，此后升温速度略有加快，但仍不要超过升温曲线所给出的范围。此时的耐火材料最忌温度的急剧波动。由此可能会造成高铬砖中间被拉断或砖体产生细小裂纹。出现上述现象是由高铬砖内部两种应力共同作用而导致的。一个是外应力，因为高铬砖在高温下会产生一定的体积膨胀，个体的膨胀会导致整个内衬沿直径和高度方向产生膨胀力。由于耐火材料是非均质材料，故而此膨胀力是不均匀且无固定方向和位置。当冷却收缩时，高铬砖会受到各个方向的拉力，在拉应力的作用下产生不规则和不固定的断裂纹或斜裂纹；另一个是内应力，高铬砖中的氧化锆会产生马氏体相变，即单斜晶型向立方晶型转变，高铬砖体积膨胀，产生内应力。另外气化炉达到热平衡时，高铬砖冷热面温差约为250℃，烘炉过程中由于未达到热平衡，冷热面温差估计在400℃以上，这样冷热面的热膨胀失匹，产生较大的内应力，也会产生不规则不固定的细小裂纹。所以严格的温度控制是必要的。

生产停炉检修，气化炉未更换耐火材料的升温，由于材料中所含的水分极少，所以烘炉时间较之新建气化炉要少了许多。此时，只要按照烘炉曲线的要求控制好升温速度及保温时间，就可以使耐火材料的内外应力得到较为合理的释放，取得较好的烘炉效果。