国内外耐火砖解析

文海全 李敬方（中海油惠州炼化公司石化五厂， 广东 惠州 516086）

国内外耐火砖解析

文海全 李敬方
（中海油惠州炼化公司石化五厂， 广东 惠州 516086）

近年来，国内耐火砖生产工艺发展迅速，高性能耐火材料使用寿命不断延长，不断推动耐火砖国产化的进程。焚烧炉内原有耐火砖采用日本进口炉砖，自2012年7月使用至今约3.5年。对炉内体测厚后，发现炉内耐火砖腐蚀明显，最薄处已减少至原厚度的1/10。为保证安全生产，利用本次检修更换炉内耐火砖，同时在保证炉砖质量的前提下，使用国内耐火砖以降低采购成本。炉砖质量、烘炉过程、废液酸碱性、炉温、开停工次数等均是炉砖寿命的影响因素。本文将从炉砖质量、废液酸碱性、烘炉过程三方面着手，提出延长耐火砖寿命的改良意见，以达到安全长周期、增效低成本的运行理念。

耐火砖；焚烧炉；废水酸碱性；生命周期

1 炉砖结构

焚烧炉耐火砖结构大致分为隔热砖、普通耐火砖、高温耐火砖、灰泥、玻璃纤维、浇注料 。隔热砖为轻质砖，紧贴焚烧炉壳体。普通耐火砖位于直筒段中下部，一部分与隔热砖配合使用，一部分紧贴焚烧炉急冷槽部位（图1中③标示）；高温耐火砖（图1中②标示）位于直筒段中上部，与隔热砖配合使用（图1中①标示）。灰泥一方面用作粘附隔热砖与耐火砖，一方面用作隔热砖（或耐火砖）与壳体粘附；纤维棉用作管口与耐火砖缝隙的填补；浇注料用于修复破损的耐火砖。

图1 炉砖结构图

2 炉砖尺寸

测量后得知：H0、H6区段（焚烧炉顶部及底部）基本无腐蚀；H1、H2区段（直筒段下部）腐蚀较轻；H3、H4、H5（直筒段上部）有明显腐蚀发生。H5至H6区段（上椎体）腐蚀最大。根据生产经验，炉砖上附着的钠盐厚度约30mm，则上述7个测量点中，耐火砖最大腐蚀厚度=（3500-3300-2X30）/ 2=70mm，耐火砖的制造厚度为230mm，则耐火砖整体减薄厚度约在1/3以上。尤其是H5和H6之间安装废水喷嘴的位置处，耐火砖最薄处厚度仅为20cm。

3 炉砖腐蚀情况

3.1 H0、H1炉体底部急冷槽构图

钠盐附着在炉体急冷槽四周，具有保护耐火砖的作用。但附着过多，会增加急冷槽的承载负荷，不利于设备本体。故检修期间，会适量清除急冷槽上的钠盐，特别是导流孔上的钠盐。从上图可看出此部分耐火砖未有减薄迹象。

3.2 H2、H3、H4炉体直筒段构图

直筒段的耐火砖有明显裂缝，说明在相邻耐火砖之间的粘附物“灰泥”有脱落情况。灰泥脱落一方面会减弱耐火砖之间的附着力，一方面炉砖间隙过大会进一步加剧耐火砖腐蚀。鉴于此段耐火砖厚度有所减薄，故本次对此部分耐火砖进行了更换。

3.3 H5至H6之间炉体上椎体构图

炉内上椎体区段耐火砖腐蚀最为明显。其中喷嘴处耐火砖经测量最薄处仅为20mm（原厚度230mm）。上椎体共计六处喷嘴，其四周均有明显的“喇叭口”痕迹。此为原炉砖厂家为防止影响喷嘴雾化效果，而特意采用的设计。但此设计将会减薄上椎体耐火砖厚度，并不利于炉砖寿命。故本次更换耐火砖时，将缩短炉体外部喷嘴管口长度并延伸炉内喷嘴长度约3～5cm，解决废水雾化问题。

3.4 炉体顶部构图

顶部耐火砖完好，未有腐蚀痕迹，不进行此区段炉砖更换。

4 炉砖成分指标

（1）轻质隔热砖

名称 项目 国内砖 国外砖Al2O3， % ≥48 ≥43 Fe2O3，% ≤1.0 ≤1.4体积密度，g/cm3≤0.8 ≤0.78耐压强度，MPa ≥3 ≥1.7重烧线变化率，1400℃×3h，% ≤2 —平均导热系数，350℃，W（m·k） ☒≤0.35 ☒≤0.39

（2）耐火砖（品种1）

名称 项目 国内砖 国外砖耐火度，℃ ≥1750 ≤1700 Al2O3， % ≥65 ≥61 Fe2O3， % ≤1.0 ≤1.0 TiO2， % — 1 CaO， %体积密度， g/cm3≥2.5 ≥2.49显气孔率， % ≤20 ≤15.5 0.2MPa荷重软化点， ℃ ≥1500 ≥1500热震稳定性（1100℃，水冷，次） ≥12 —耐压强度， MPa ≥70 ≥88重烧线变化率，1500℃×3h，%-0.2～+0.1 —

（3）耐火砖（品种2）

名称项目 国内砖 国外砖耐火度，℃ ≥1750 ≤1800 Al2O3，% ≥68 ≥89 ZrO2，% ≥15 —Gr2O3，% ≥5 —SiO2，% ≤10 ≤7 Fe2O3，% ≤0.7 ≤1体积密度，g/cm32.8-3.0 3.0显气孔率， % ≤16 ≤12 0.2MPa荷重软化点， ℃ ≥1650℃ —热震稳定性（1100℃，水冷，次） ≥10 —耐压强度，MPa ≥80 ≥100重烧线变化率，1500℃×3h，% ≤0.03 0外观颜色 紫红色 白色

5 耐火砖主要理化指标说明

（1） Al2O3耐火砖中Al2O3为α- Al2O3晶体结构，故又称刚玉结构。结构紧密，拥有耐化学腐蚀特性。属于惰性氧化物，几乎和酸碱不发生化学反应。然而，厂家在生产莫来石耐火砖时，由于煅烧工艺差异，可能会导致γ- Al2O3无法全部转化为α- Al2O3，而γ- Al2O3属立方紧密堆积晶体，不溶于水，但能溶于酸和碱，是典型的两性氧化物，故γ- Al2O3的引入会导致炉砖腐蚀加剧。在选定炉砖厂家时，对于砖的烧结工艺应作为考量的重点工作。

（2） SiO2硅质耐火材料能抗酸性渣腐蚀。属于弱酸性耐火材料。高温时，炉内还原性气体渗透到耐火砖中会与SiO2发生反应。如SiO2+H2=H2O+SiO，而SiO具有高渗透性，会渗入耐火砖材料内部，腐蚀炉砖。故该指标宜控制低。

（3） ZrO2氧化锆纤维是一种多晶质耐火纤维材料。化学稳定性及抗氧化性能好，热导率小，具有抗冲击性、可烧结性等。ZrO2的耐酸碱腐蚀能力大大强于SiO2和Al2O3。不溶于水，溶于硫酸及氢氟酸；微溶于盐酸和硝酸。优质的耐火砖，将会利用CaO作为锆质耐火材料稳定剂，减少ZrO2晶体流失到炉渣中。

（4） GrO2有毒，耐酸碱性极佳。不溶于水，难溶于酸。GrO2在1600℃煅烧后变为紫红色，可作为锆铬刚玉莫来石砖是否达到煅烧温度的判断依据。炉砖中铬含量越高，抗侵蚀能力越强，但铬含量越高，会使炉砖抗震性能下降，易致炉砖出现块状脱落。一般认为操作温度以上，每增加100℃，高铬砖的侵蚀速率会增加4倍。

（5） Fe2O3一般耐火材料中含有Fe2O3，在高温下将与炉内还原性气体CO、H2反应。如Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2、Fe2O3+CO=2FeO+CO2、Fe2O3+H2=2FeO+H2O；而FeO会侵蚀Al2O3保护膜，在炉砖临界处生成Fe（Cr，Al）2O4尖晶石，减弱炉砖抗蚀性；故对Fe2O3的含量必须严格控制。

（6） TiO2TiO2作为变价氧化物，在高温炉内环境中，可与Al2O3形成固容体，促使刚玉晶体内部产生晶格缺陷，活化晶格，促进烧结。TiO2的固容量达到1%时，可使烧结温度降低150～200℃，而且对炉砖耐火性无明显影响。

（7） CaO 氧化钙在耐火砖和浇注料中，含量低，但起着重要作用。一方面可作为锆质耐火砖的稳定剂，一方面利用浇注料中高铝水泥的水硬性，将溶出的Ca2+作为粘土结合浇注料硬化的絮凝离子加以利用，提高耐火砖的抗热抗震性。

6 结语

①国内耐火砖的空隙率稍大于国外耐火砖，孔隙率越大越易被酸碱性介质侵蚀；②国内隔热砖的外观完整性及砖体硬度优于国外砖；体积密度略高于国外砖，在保证强度条件下，隔热砖的密度越小越好；③国内耐火砖含有锆铬成分，国外砖无锆铬成分，但含有TiO2和CaO，有利于炉砖烧结；④废液中碱金属盐类含量高低直接影响耐火砖的侵蚀程度和渗透性。在焚烧废液时，尽量保证碱性废液的pH＜10；⑤炉内温度控制越高，越会加快含铬砖的侵蚀速率，在炉温900℃时，每升高100℃，砖的侵蚀速率会增加4倍。故在保证外排废气废水指标合格的前提下，焚烧炉最佳控制温度为900～910℃；

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［8］艾凯咨询网.2015-2020年中国耐火砖市场分析预测及战略咨询报告.

文海全（1985-），男，广安人，大学本科，中海油能源发展惠州石化，主要从事三废处理及丙烯酸技术工作。