干熄焦焦罐內襯耐火材料的改進

王世俊

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

隨著干熄焦技術的日漸成熟,干熄焦已成為焦化行業的標配。干熄焦焦罐檢修頻繁，使用壽命短，焦罐接焦、送焦過程中焦炭燒損嚴重等問題是導致干熄焦運行成本高的原因之一。因此，干熄焦焦罐內襯耐火材料的改進可以提高焦罐的密封性、隔熱性和耐磨性，從而延長焦罐的使用壽命。

1 常用干熄焦焦罐簡介

1.1 焦罐結構

干熄焦焦罐的結構一般包括對開底閘門、聯動自動開啟吊桿、外框架及焦罐整體內襯耐熱耐磨襯板。常用干熄焦焦罐主要參數見表1。

表1 常用干熄焦焦罐主要參數

1.2 使用方式及檢修周期

每套干熄焦一般配有3套焦罐，“用2備1”，每個月下線1臺焦罐，用于檢修襯板和焦罐鋼結構，備用焦罐上線。因此焦罐的實際運行周期為2個月，檢修時長1個月，基于生產節奏變化和襯板質量的差異，每次檢修時更換的襯板數量為數塊到數十塊不等，而且需要矯正、補焊、加固部分焦罐鋼結構。焦罐的整體更新周期約為5～8年。

安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠三套干熄焦焦罐使用情況分別見表2、表3。

表2 75 t/h干熄焦焦罐使用情況

表3 140 t/h干熄焦焦罐使用情況

1.3 現有焦罐存在的問題

1.3.1 生產頻繁調整造成損壞加快

由于受環保管控、提升機設備故障、煉鐵用焦量改變等諸多因素的影響，焦爐生產節奏變化較快，焦罐冷熱變化頻繁，導致焦罐襯板使用壽命無法達到預期的2個月，備用焦罐未修好，線上焦罐襯板已損壞且需要下線更換，嚴重制約了焦爐生產。

1.3.2 焦罐鋼結構變形、斷裂

側壁球磨鑄鐵襯板及底閘門鑄鋼襯板等不具備隔熱效果，紅焦熱量傳導至焦罐鋼結構上。正常生產時的工況條件下，焦罐儲焦9 min，空載9 min。受環境溫度影響，實際測量到的焦罐外壁溫度在400 ℃與600 ℃之間。當碳素結構鋼溫度在450～750 ℃并承受恒荷載持續作用時，將發生與時間相關的塑性變形[1]，導致焦罐整體鋼結構變形，直至斷裂失效。

1.3.3 襯板變形、脫落

襯板要承受 1 000 ℃左右紅焦造成的氧化、沖擊及高溫磨損[2]，易發生變形、翹角，導致焦罐“掛焦”（如圖1所示），焦炭不能完全放入干熄爐內，持續烘烤焦罐。

圖1 焦罐“掛焦”事故

若焦罐鋼結構變形、斷裂未能及時發現，或者固定襯板的螺栓斷裂，均會導致焦罐襯板脫落，隨紅焦進入干熄爐內，最終造成旋轉密封閥卡堵，影響干熄焦的正常運行。

1.3.4 其他影響

焦罐各襯板之間存在縫隙，不僅造成大量揚塵，影響環保達標，還將導致紅焦在運輸過程中燒損加劇，降低焦炭產量。

2 研究思路

2.1 方案提出

針對上述問題，急需研制一種隔熱和密封效果良好、故障率較低的新型焦罐。借鑒干熄爐冷卻段涂抹可塑料和高爐鐵水罐內襯耐熱材料等經驗，對現有焦罐進行內襯專用的抗磨、耐熱澆注料改造，以達到預期效果。

2.2 需要解決的難點

2.2.1 選擇合適的耐火材料

干熄爐冷卻段用剛玉可塑料具備良好的耐磨性，卻不具備隔熱作用，且體積密度較大，若在焦罐上使用，大大增加了焦罐的重量，需要升級干熄焦提升機、焦罐運載車等設備，成本較高；高爐鐵水罐用隔熱料具備良好的隔熱作用，卻不具備抗沖擊和耐磨損能力，接焦、放焦過程中內襯隔熱料易磨損和脫落。

因此，根據焦罐不同部位的工況條件，選用合適的耐火材料，可以達到良好的使用效果。鋼結構整體內襯硅酸鋁纖維硬質板起到了良好的隔熱作用；焦罐底部受焦炭沖擊較為嚴重，澆筑硅莫抗結焦澆注料；焦罐直段受焦炭沖擊較小、磨損較嚴重，澆筑中質抗結焦澆注料；焦罐上部密封部分基本不受沖擊和磨損，澆筑莫來石輕質澆注料。如此一來，不僅使焦罐達到良好的使用效果，還能控制焦罐重量，使改造后的焦罐重量基本不變。

2.2.2 耐火材料的固定

原有的焦罐鋼結構間隙大且不規則，不具備整體實施澆注料的條件，因此需要對焦罐直段鋼結構重新進行制作，對下錐段和底閘門鋼結構進行改造，然后使用“Y”型錨固件進行固定，使用三合板作為模具并充當膨脹縫。

3 實施步驟

3.1 分解焦罐，留用必要部分

將焦罐本體從焦罐提升裝置內吊出，放置于檢修架上，將底閘門與焦罐本體連接的銷軸拆下，實現焦罐與底閘門的分離，底閘門留用。

將焦罐本體平置于地面，從焦罐直段與下錐段的焊縫處切割，將焦罐直段及上部密封部件全部切除，下錐段留用。

3.2 底閘門鋼結構的改造

拆除底閘門襯板，將底閘門鋼結構的鏤空部分用0Cr19Ni10不銹鋼板焊接補齊，確保上部平面平整，為之后涂抹澆注料做準備。

3.3 下錐段鋼結構的改造

首先，比照底閘門的改造方法，拆除下錐段的襯板，使用Q235B鋼板補齊襯板拆除后的空缺，確保上表面平整。

其次，由于原設計底閘門與焦罐下錐段底部的配合間隙為50 mm，配合間隙空間小于澆注料和纖維板的整體厚度（100 mm），因此需要對配合面進行改造。將底部環板整體割除，上移50 mm。焦罐下錐段鋼結構改造如圖2所示。

圖2 焦罐下錐段鋼結構改造

3.4 焦罐直段和上部密封部件改造

焦罐直段和上部密封部件不能利舊，需要采用Q235B鋼板卷板制成，外徑與原焦罐外徑相同。上部用扇形板卷制成“喇叭口”形的密封部件，并焊接環狀鋼管制成的防撞梁。

3.5 耐火材料澆筑

底閘門上部平面修補平整后，焊接0Cr19Ni10材質的“Y”型錨固件，橫向、縱向間距不超過300 mm；之后在鋼結構表面鋪設10 mm厚的硅酸鋁纖維板，在底閘門外圈使用扁鋼支模，澆筑硅莫抗結焦澆注料（不分塊），中心厚度為90 mm，外側厚度為40 mm。

焦罐上部密封部件、直段、下錐段逐次焊接組對完成后，先焊接Q235B材質的“Y”型錨固件，再進行支模澆筑。上部密封部件內襯90 mm厚莫來石輕質澆注料和10 mm厚的硅酸鋁纖維板；焦罐直段、下錐段內襯90 mm厚中質抗結焦澆注料和10 mm厚的硅酸鋁纖維板；焦罐下錐段內襯90 mm厚硅莫抗結焦澆注料和10 mm厚的硅酸鋁纖維板；下錐段新增環板、新增筋板形成的“三角形”空間內填充硅莫抗結焦澆注料，錨固件長度遞減。

其中，下錐段、直段的澆注料分塊澆筑，使用5 mm厚的三合板制作模具，澆筑完成后三合板不再取出，投用后燒損，留出膨脹縫。

3.6 固化和安裝

自然固化后，用割槍對所有澆注料進行高溫烘烤，提高澆注料的強度；將底閘門與焦罐上部連接，安裝銷軸，組對完成。

全部改造完成的焦罐如圖3所示。

圖3 澆注料焦罐總示意圖

3.7 配套設施建設

在備用焦罐存放處（遷車臺）建造彩鋼瓦遮雨棚，防止備用焦罐內的澆注料被雨水沖刷后脫落或者失效。

4 改造效果

4.1 焦罐運行與底閘門開閉方式不變

對于澆注料焦罐，僅對內襯進行改造，不改變焦罐的吊裝方式和底閘門的打開方式，且所有承重部件、活動部件工作條件均不改變，不需要重新進行強度校核。

4.2 焦罐重量基本不變

焦罐去掉襯板和直段鋼結構，焊接筒體并整體澆筑澆注料后，焦罐的整體重量基本不變，以140 t/h干熄焦焦罐為例，改造完成后的重量僅增加約160 kg，不需要升級干熄焦提升機、焦罐運載車等相關設備。

4.3 提升焦罐使用壽命

新型焦罐采用隔熱耐火材料后，焦罐外部鋼結構溫度不超200 ℃，鋼結構使用壽命延長，焦罐壽命周期內故障率降低，預計連續使用時間可達1年以上，1年后只需修補少量澆注料即可。

4.4 節約維修力量

隨著干熄焦技術的普及，焦化廠的發展重點逐漸向降低焦炭燒損率、降低生產維護成本的方向轉變。人員結構不斷優化，維修人員也向“高、精、尖”方向發展，不再投入大量的維修力量用于鋼結構修復、倒換焦罐等工作，新型焦罐投用后極大的節約了維修力量。

4.5 其他效益

焦罐內襯澆注料后，有效隔絕空氣，降低了焦罐運輸過程中焦炭的燒損。焦罐的內襯澆注料后，有效防止焦炭沿途拋灑，提高了環保效益。效益分析見表4。

表4 內襯耐火材料的焦罐與傳統襯板焦罐的效益對比

5 結束語

基于干熄焦焦罐內襯耐火材料的改進，不僅可以在舊焦罐上改造，還能在新制作的干熄焦焦罐中采用。在如今激烈的市場競爭下，企業都在講效益、降成本，對現有設備進行適當改造將會是一條重要途徑。