干熄焦旋轉焦罐用莫來石質復合襯板的應用

徐國濤 盛軍波 馮 強 涂紅兵 王大春 劉 黎 張燕偉 張洪雷

1）寶鋼股份中央研究院 湖北武漢 430080

2）武漢平煤武鋼聯合焦化有限公司 湖北武漢 430080

干熄焦技術可回收紅焦顯熱，提高焦炭強度，對高爐生產有利。焦炭由焦爐炭化室推入焦罐，其溫度在1 050±50℃，旋轉焦罐可使焦炭在焦罐內均勻分布，裝載量提高。旋轉焦罐由焦罐籠架、襯板、吊桿、傳動桿、環形八角梁、導向輪組、底閘門、緩沖座等部分組成。焦罐襯板與紅焦直接接觸，需要具有耐高溫、耐磨損、耐急冷急熱、耐燒損等性能。直筒段部分襯板采用耐熱鑄鐵或合金鑄鋼件，材質為QT600－3、G35Cr24Ni7、ZG3Cr7Si2或耐熱不銹鋼20X23H18；圓錐段及底閘門部分襯板采用耐熱鑄鋼ZG35Cr24Ni7SiN、耐熱不銹鋼20X23H18等材質，其具有良好的耐磨性及耐熱性，可短時耐1 100℃高溫［1－2］。

武漢平煤武鋼聯合焦化公司干熄焦旋轉焦罐采用耐熱鑄鋼襯板，平均0．5～1 a需整體更換1次。因為材質和生產作業問題，有部分爐號爐頭焦炭偏生造成襯板黏結焦炭，襯板燒損，維護成本高。頻繁更換襯板造成干熄率降低，蒸汽產量減少，焦炭質量下降。若破損的襯板掉入干熄爐，處理過程中檢修人員容易出安全事故。

萊鋼采用鋼板卷制的焦罐本體密封結構，內襯采用特種輕質耐火材料澆筑而成，焦炭的熱量損失明顯減少，有利于提高干熄焦發電效率［3］。焦罐內襯整體壽命在1年以上，過程中需要修補。從武鋼焦化某干熄焦的生產實際情況推算，一天70爐，平均一爐焦炭在焦罐中的存留時間10～20 min，其溫度環境變化更加苛刻。柳鋼在焦罐蓋內采用了輕質澆注料，在焦罐下部圓錐段和直筒段的內襯分別采用高強莫來石輕質澆注料和高強輕質澆注料［5］，其體積密度分別為1．67、1．16 g·cm－3，耐壓強度分別為63．0、24．1 MPa，350℃熱導率分別為0．63、0．32 W·（m·K）－1［4］。在焦罐筒體內壁上焊接V型錨固件后再用澆注料澆注成焦罐內襯。焦罐是敞口容器，生產運輸中沒有遮蓋，內襯在雨雪天氣需要應對急冷急熱的破壞，在平時紅焦裝卸過程的冷熱交替變化也造成焦罐內襯的開裂與破損。使用輕質澆注料雖然保溫效果較好，但耐磨性差，容易開裂破損。本工作中結合武漢平煤武鋼聯合焦化有限公司進行的莫來石質復合襯板研制與應用情況，對焦罐復合襯板所涉及的技術問題進行了探討。

1 焦罐復合襯板的性能分析

根據現場的實際使用條件，進行了反復試驗，確定在焦罐下部圓錐段采用較致密的莫來石質復合襯板（簡稱ZDCB），直筒段采用相對輕質的莫來石質復合襯板（簡稱ZTCB），其1 100℃保溫3 h后的性能如表1所示。

表1 研制的焦罐復合襯板的基本性能

對研制的復合襯板材料進行了耐磨性試驗，磨損介質為≤0．178 mm（80目）篩網的碳化硅，噴吹用量1 kg，試驗溫度450℃，壓縮空氣壓力0．44～0．45 MPa，計算噴吹碳化硅15 min后測試試樣的體積損失量為磨損量。試驗可知直筒段復合襯板密度低，其磨損量為17．6 cm3；圓錐段復合襯板密度高，其磨損量為4．08 cm3。而干熄焦爐冷卻段用的B級莫來石磚的磨損量為8．02 cm3，相比較而言，圓錐段復合襯板的耐磨性優于直筒段的。

圖1示出了焦罐直筒段和圓錐段的復合襯板材料經1 100℃保溫3 h燒后的顯微形貌。

圖1 焦罐莫來石質復合襯板直筒段和圓錐段的顯微形貌

由圖1可以看出，直筒段復合襯板的封閉氣孔多，因而保溫性能好；相比較而言，圓錐段復合襯板的材料封閉氣孔少且致密，如果強度設計的高，其耐磨性能就會提高。

抗熱震性能是莫來石質復合襯板的關鍵性能，就焦罐的使用條件而言，莫來石質復合襯板承受的是急速加熱，而且焦罐的循環頻次一天可達70次。使用水冷法（室溫至1 100℃）測試用于直筒段及圓錐段的復合襯板，其冷熱循環次數都在20次以上。

2 焦罐莫來石質復合襯板的應用

焦罐承受的就是焦炭裝卸過程反復的沖擊磨損、熱交替循環過程，溫度在1 100℃。從焦罐選擇用鑄鋼襯板或高溫合金襯板的使用效果看，鑄鋼或合金襯板高溫下容易氧化、燒損、收縮變形，在直筒段形成縫隙，造成漏風、燒焦炭；莫來石質復合襯板的焦罐內部無收縮縫，無燒損，無孔洞，密封性好，其圓錐段襯板耐燒損性能好，使用半年以上無襯板脫落事故。

莫來石質復合襯板與耐熱鑄鋼襯板混砌焦罐及耐熱鑄鋼襯板焦罐的用后發現：復合襯板與耐熱鑄鋼襯板混砌焦罐中，莫來石質復合襯板僅有少許裂紋，但是無明顯的收縮縫，無燒損孔洞，密封性能優于耐熱鑄鋼襯板的。耐熱鑄鋼襯板焦罐的局部燒損形成的孔洞加速了襯板的脫落及破壞。底部圓錐段容易發生焦炭粘接，卸載時局部積壓焦炭不能排空，長期在高溫下使用容易翹曲、變形、脫落，隨焦炭一起進入干熄焦爐。由于干熄焦爐底部采用旋轉式排焦閥，脫落的耐熱鑄鋼襯板容易卡住排焦閥，不得不停爐進行維護處理，帶來安全隱患，也影響干熄焦作業率。

耐熱鑄鋼襯板焦罐的外殼表面溫度在480～570℃，莫來石質復合襯板焦罐的表面溫度在120～170℃；襯板使用初期略低，而使用3～5個月后表面溫度會略有升高，耐熱鑄鋼襯板焦罐的外殼表面溫度最高可達630℃，莫來石質復合襯板焦罐的表面溫度最高為230℃。

3 焦罐襯板的維護與問題分析

焦化生產影響到高爐煉鐵的生產穩定，焦罐使用耐熱鑄鋼襯板，是因為其容易更換，但其耐用性、穩定性及安全性有所局限。國內大部分焦化生產企業使用耐熱鑄鋼襯板是安裝在焦罐籠架上的，如使用莫來石質復合襯板，焦罐籠架不需要改變，只是在安裝施工方式上有所變化。這種莫來石質復合襯板的焦罐與原用焦罐外形尺寸一樣，容積略有降低，其他運行參數、操作模式基本沒有變化，但密封性提高，保溫效果好，焦罐外表溫度降低400℃左右，使用壽命在1年以上。有廠家把籠架結構取消，改造成整體焦罐鋼殼，需要對所用焦罐重新設計、卷板、施工，而且在焦罐整體鋼殼上使用預制件，需要錨固結構，更換時內外不好分辨，難進行局部切割，也無法區分內外對應的破損部位，只能采用修補的方法，而修補質量不如預制件。

整體鋼殼耐火材料內襯焦罐及籠架固定莫來石質復合襯板焦罐的用后可知：對于整體鋼殼耐火材料內襯焦罐而言，耐火材料現場澆注，厚度薄，支護模板復雜，振動會造成材料分層，錨固件在反復的急冷急熱下容易開裂剝落。由于面積小，現場條件局限，采用噴補，量太小，不好施工作業；手工操作，質量不高，容易剝落。相比較而言，籠架固定莫來石質復合襯板局部存在問題，可以及時處理，整塊切換，不存在裂紋和錨固件暴露，使用壽命長，襯板的質量也有保證。耐熱鑄鋼襯板安裝在籠架上，使用中襯板氧化燒損收縮，縫隙大，密封不好，大量空氣通過襯板縫隙進入焦罐內與紅焦接觸燃燒，既損失焦炭，也浪費熱量。對于焦罐使用過程而言，偏生的焦炭粘接在襯板上，造成襯板積焦、燒損、脫落，是生產中比較顧慮的問題，通過改變襯板的尺寸、結構和材質，可以減少襯板對焦炭的粘接。

4 結語

干熄焦旋轉焦罐根據其直筒段和圓錐段的特點采用莫來石質復合襯板，焦罐密封性能提高，抗燒損性能強，保溫性能提高，圓錐段復合襯板密度為2．20 g·cm－3，其磨損量為4．08 cm3；直筒段復合襯板密度為1．95 g·cm－3，其磨損量為17．6 cm3；莫來石質復合襯板的使用效果優于耐熱鑄鋼襯板。采用莫來石質復合襯板使得焦罐外表溫度大幅度降低，焦炭自燃及熱損失減少；在現用焦罐籠架基礎上采用莫來石質復合襯板可及時處理，整塊切換，利于提高使用壽命，減少維護工作量。