炼焦炉的机械设备

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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 1690～1710℃，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的晶型转变有密切关系。
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（6）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0.2МPa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℃，而硅砖达到变形温度后立即破 坏，开始到终了仅差10～15℃。
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（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
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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。
率（%）来表示。
式中
高温体积稳定性= V V0 ×100℅
V0——试样加热前的体V积0 ；
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。
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（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。
（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）。
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（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。
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 1～2次，普通黏土砖10～20次，而粗粒黏土砖可达25～100 次。
一些耐火制品的基本特性如表5-1所示。
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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。
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在制造硅砖的原料硅石中， Sio2以β-石英存在，在干 燥、烧成过程中，β-石英首先转化为α-石英，然后再转化 为α-方石英和α-鳞石英；在>1670℃时，α-鳞石英将转化 为非晶型的石英玻璃，在>1710℃时，α-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 间和条件的差异，总是三种晶型共存的，甚至还有石英玻璃。
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（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。
t
lt
l0
l0
t
×100℅
Vt V0 V0
×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。
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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
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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。