干熄焦是炼焦行业配套的重要环保、节能、增效装备。干法熄焦技术以其“节能、环保、改善焦炭质量”三大显著效益，在我国炼焦企业得到了迅速推广和应用，但在生产实践中，炼焦行业工作者发现干熄焦炉斜道区耐材的寿命严重影响这些效益的发挥，此区域的耐材为整个炉衬用材的关键，直接决定了干熄焦炉的一代炉龄，所以开发新型、适用的干熄焦炉斜道区专用耐材，延长一代炉龄，提高环保和经济效益十分必要。

01干熄炉斜道耐材损蚀机理分析

干熄焦炉是一种特殊的冶金配套炉窑，炉体由预存区、斜道区和冷却区组成，三个区域功能和工况各不相同，其中处于中部的斜道区工况最为复杂，此区域的耐火砖逐层悬挑承托上部砌体的重量，生产过程中工况变化范围大，内衬耐火材料处于温度频繁变化、剧烈化学侵蚀以及焦粉强烈冲刷的恶劣环境，同时受到因温度波动所产生的热应力和焦炭的激烈冲刷，其抗热震性、抗磨损性和中高温抗折强度等指标都有很高的要求。

1.1 高温循环气流磨损

斜道区承托着环形风道以上的砌体重量及红焦下落的摩擦力，耐材受到的磨损来自两个方面：高温循环气流及运动的红焦。

就140 t/h 干熄炉而言，冷却红焦的氮气循环量往往超过20万m3/h，气流经过斜道区时流速很大，同时处于900℃的高温环境中，循环气体与红焦发生化学反应，生成一氧化碳、氢气以及游离碳等有害物质，对砌体产生化学侵蚀，引起耐火材料的熔解、损毁。高温湍急气流及逆向运动的焦粉，直接冲刷斜道区砌体，导致耐火砖磨损、剥落。现代大型干熄炉排焦量达到了260t/h，红焦在向下运动过程中与耐材产生相互挤压摩擦，导致立柱部位的边角出现磨损。

国内干熄炉第一代耐材所用的莫来石-碳化硅砖及配套耐火泥，其粘结时间只有2min，且采用磷酸盐粘结剂，极易受还原性气体的侵蚀磨损，带碱性的气体会与呈酸性的粘结剂发生反应，分解莫来石晶相结构，致使耐材表面呈现层状脱落。正因为干熄炉斜道立柱的砖与砖之间粘结性较低、附着性差，才导致砌体疏松、砖块垮落。

1.2 红焦机械冲击

干熄炉斜道区分布30余个立柱，每个要承受上部近10t的重量，环形风道内墙为单墙，外无依靠，当重达每炉20t以上红焦装入干熄炉时，对环形风道内墙产生很大的机械冲击力和热膨胀力，极易使内墙鼓胀，甚至倒塌，这就要求斜道区耐材具有较强的抗冲击能力。立柱上部处于900~1100℃左右的高温环境，故对耐材要求比较高的中高温强度和抗疲劳指数。

国内干熄炉斜道区立柱原设计选用莫来石-碳化硅砖，其耐压、抗折强度较低，在温度骤变及重载负荷状况下，容易产生裂纹进而发生断裂，究其原因是砖的热稳定性较差和材质、结构不合理，满足不了大型干熄炉内复杂工况的要求。

1.3 温度剧变热震应力

在干熄炉斜道区域，焦炭、循环气体及耐材砌体的温度沿斜道高度方向连续波动，砌体承受350～1000℃温度区间急冷急热的变化，年达3万多次，巨大的热应力会使其产生裂纹、变形，造成耐材拉裂、剥落。

砌体反复的热胀冷缩，加剧了耐材的体积变化，引起坚固砌体的松弛，热膨胀系数越大，松弛效应越显著，这就降低了环形烟道砌体的气密性，在内外气体压力差的条件下，导致预存段与环形烟道的气体窜漏，若是内墙磨损严重而变薄的情况下，窜漏更大，存在局部或小范围爆炸的危险。

02氮氧复合耐材的研发应用

斜道区由立柱(牛腿)、斜道(立柱之间的部位)、横梁三个部份组成。这三个部份，承托着环形风道以上的砌体重量及红焦下行的摩擦重力，所以它们是一个独立的不可分割的整体，不管是耐材的选择，还是砖型的设计，钰玺公司认为应用氮氧复合耐材有不可替代的优势，主要体现在以下几方面：

2.1 氮氧复合材料具有高强度

斜道区，尤其是立柱(牛腿)部位，悬挑承托着砌筑在其上的整个预存段的重量，这对耐材的强度要求是极高的，且牛腿上部分的温度较高，约在900~1100℃左右，故对耐材的中高温强度、抗疲劳指数等方面的要求尤其要高。在这方面，氮氧复合耐火材料无疑是最理想的。

氮氧复合材料的耐压强度为常用的莫来石碳化硅砖的近3倍;抗折强度为1倍。并且强度随着温度的升高还有所提升。

2.2 氮氧复合材料具有高抗热震性

在斜道区域，焦炭、循环气体及耐材砌体的温度沿斜道高度方向连续变化，每年承受的温度周期变化(350～1000℃)达1万多次，如果耐材性能不良会造成拉裂、剥落;焦炭向下运动时对耐材产生摩擦，会导致牛腿部位的边角出现磨损的现象。

应用在此部位的特种耐材，如果说高强度是基础和前提的话，那么高抗热震性能是其运行稳定、长寿命的有效保障。

氮氧复合材料能较好满足热震使用条件下的要求，这因为是：

其一是热膨胀系数相对较小。钰玺公司生产的氮氧复合材料在1350℃条件下的实测数据为2.6～3.2×10-6/℃,比莫来石碳化硅6±0.5×10-6/℃的小一倍，众所周知，低的热膨胀系数是材料良好热震性的基石。

其二是导热率高。实测钰玺公司生产的氮氧复合材料在1000℃时为 17.46W/m.K。斜道区部位的结构错综复杂，优良的导热性能有助于热量快速传导，使各部温度迅速均匀，有效降低因各部位温度差而形成的热应力，有效降低斜道区砌体损伤。

高抗热震性方面：日本新日铁公司抽检的钰玺公司产品实测数据，1100℃水冷次数大于80次。

2.3 氮氧复合材料具有超高的耐磨性

产品实测耐磨量小于2.5cm3，经武钢1#干熄焦炉50个月使用后的照片显示，牛腿根部的砖几无磨损，棱角清晰，表面平整无凹槽，见图 1、图 2 所示。从根本上解决了从外部对这种材料的损坏因素，充分显示出了这种新型耐材的高耐磨指数特性，证实了其卓有成效的长寿性能。

2.4 氮氧复合材料具有低热膨胀系数

低热膨胀系数，除了对抗热震性能极为有利之外，更增加了斜道区域砌体的坚固性。因其随温度变化时的体积变化小，那么斜道区的整个环形砌体体积变化效应小，使得牛腿与斜道接触部的舌槽更为紧密，更利于斜道对牛腿承重的支持，更好地实现了斜道区域对上部荷载分散承重的设计目的。

03效益及推广意义

此项技术已经应用于多家焦化企业，以宝武集团武钢有限为例，每座干熄焦炉斜道立柱使用氮氧复合材料，在三年内减少一次更换耐材产生的直接经济效益为661万，再加上减少年修时间所产生的环保、节能、改善焦炭质量等间接效益，经济和社会效益十分显著。目前国内已有200余座干熄焦炉，如果都采用该材料，直接经济效益将达13亿元，推广应用意义重大。