干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐用莫來石質(zhì)復(fù)合襯板的應(yīng)用

徐國濤 盛軍波 馮 強(qiáng) 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(lián)合焦化有限公司 湖北武漢 430080

干熄焦技術(shù)可回收紅焦顯熱，提高焦炭強(qiáng)度，對高爐生產(chǎn)有利。焦炭由焦?fàn)t炭化室推入焦罐，其溫度在1 050±50℃，旋轉(zhuǎn)焦罐可使焦炭在焦罐內(nèi)均勻分布，裝載量提高。旋轉(zhuǎn)焦罐由焦罐籠架、襯板、吊桿、傳動(dòng)桿、環(huán)形八角梁、導(dǎo)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(zhì)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(zhì)，其具有良好的耐磨性及耐熱性，可短時(shí)耐1 100℃高溫［1－2］。

武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐采用耐熱鑄鋼襯板，平均0．5～1 a需整體更換1次。因?yàn)椴馁|(zhì)和生產(chǎn)作業(yè)問題，有部分爐號爐頭焦炭偏生造成襯板黏結(jié)焦炭，襯板燒損，維護(hù)成本高。頻繁更換襯板造成干熄率降低，蒸汽產(chǎn)量減少，焦炭質(zhì)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(jié)構(gòu)，內(nèi)襯采用特種輕質(zhì)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(fā)電效率［3］。焦罐內(nèi)襯整體壽命在1年以上，過程中需要修補(bǔ)。從武鋼焦化某干熄焦的生產(chǎn)實(shí)際情況推算，一天70爐，平均一爐焦炭在焦罐中的存留時(shí)間10～20 min，其溫度環(huán)境變化更加苛刻。柳鋼在焦罐蓋內(nèi)采用了輕質(zhì)澆注料，在焦罐下部圓錐段和直筒段的內(nèi)襯分別采用高強(qiáng)莫來石輕質(zhì)澆注料和高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料［5］，其體積密度分別為1．67、1．16 g·cm－3，耐壓強(qiáng)度分別為63．0、24．1 MPa，350℃熱導(dǎo)率分別為0．63、0．32 W·（m·K）－1［4］。在焦罐筒體內(nèi)壁上焊接V型錨固件后再用澆注料澆注成焦罐內(nèi)襯。焦罐是敞口容器，生產(chǎn)運(yùn)輸中沒有遮蓋，內(nèi)襯在雨雪天氣需要應(yīng)對急冷急熱的破壞，在平時(shí)紅焦裝卸過程的冷熱交替變化也造成焦罐內(nèi)襯的開裂與破損。使用輕質(zhì)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(jié)合武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限公司進(jìn)行的莫來石質(zhì)復(fù)合襯板研制與應(yīng)用情況，對焦罐復(fù)合襯板所涉及的技術(shù)問題進(jìn)行了探討。

1 焦罐復(fù)合襯板的性能分析

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際使用條件，進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，確定在焦罐下部圓錐段采用較致密的莫來石質(zhì)復(fù)合襯板（簡稱ZDCB），直筒段采用相對輕質(zhì)的莫來石質(zhì)復(fù)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(fù)合襯板的基本性能

對研制的復(fù)合襯板材料進(jìn)行了耐磨性試驗(yàn)，磨損介質(zhì)為≤0．178 mm（80目）篩網(wǎng)的碳化硅，噴吹用量1 kg，試驗(yàn)溫度450℃，壓縮空氣壓力0．44～0．45 MPa，計(jì)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(yàn)可知直筒段復(fù)合襯板密度低，其磨損量為17．6 cm3；圓錐段復(fù)合襯板密度高，其磨損量為4．08 cm3。而干熄焦?fàn)t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(fù)合襯板的耐磨性優(yōu)于直筒段的。

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

圖1 焦罐莫來石質(zhì)復(fù)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(fù)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(fù)合襯板的材料封閉氣孔少且致密，如果強(qiáng)度設(shè)計(jì)的高，其耐磨性能就會(huì)提高。

抗熱震性能是莫來石質(zhì)復(fù)合襯板的關(guān)鍵性能，就焦罐的使用條件而言，莫來石質(zhì)復(fù)合襯板承受的是急速加熱，而且焦罐的循環(huán)頻次一天可達(dá)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(fù)合襯板，其冷熱循環(huán)次數(shù)都在20次以上。

2 焦罐莫來石質(zhì)復(fù)合襯板的應(yīng)用

焦罐承受的就是焦炭裝卸過程反復(fù)的沖擊磨損、熱交替循環(huán)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(fēng)、燒焦炭；莫來石質(zhì)復(fù)合襯板的焦罐內(nèi)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(zhì)復(fù)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(fā)現(xiàn)：復(fù)合襯板與耐熱鑄鋼襯板混砌焦罐中，莫來石質(zhì)復(fù)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(yōu)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(fā)生焦炭粘接，卸載時(shí)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(jìn)入干熄焦?fàn)t。由于干熄焦?fàn)t底部采用旋轉(zhuǎn)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(jìn)行維護(hù)處理，帶來安全隱患，也影響干熄焦作業(yè)率。

耐熱鑄鋼襯板焦罐的外殼表面溫度在480～570℃，莫來石質(zhì)復(fù)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(gè)月后表面溫度會(huì)略有升高，耐熱鑄鋼襯板焦罐的外殼表面溫度最高可達(dá)630℃，莫來石質(zhì)復(fù)合襯板焦罐的表面溫度最高為230℃。

3 焦罐襯板的維護(hù)與問題分析

焦化生產(chǎn)影響到高爐煉鐵的生產(chǎn)穩(wěn)定，焦罐使用耐熱鑄鋼襯板，是因?yàn)槠淙菀赘鼡Q，但其耐用性、穩(wěn)定性及安全性有所局限。國內(nèi)大部分焦化生產(chǎn)企業(yè)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(zhì)復(fù)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(zhì)復(fù)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(yùn)行參數(shù)、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(jié)構(gòu)取消，改造成整體焦罐鋼殼，需要對所用焦罐重新設(shè)計(jì)、卷板、施工，而且在焦罐整體鋼殼上使用預(yù)制件，需要錨固結(jié)構(gòu)，更換時(shí)內(nèi)外不好分辨，難進(jìn)行局部切割，也無法區(qū)分內(nèi)外對應(yīng)的破損部位，只能采用修補(bǔ)的方法，而修補(bǔ)質(zhì)量不如預(yù)制件。

整體鋼殼耐火材料內(nèi)襯焦罐及籠架固定莫來石質(zhì)復(fù)合襯板焦罐的用后可知：對于整體鋼殼耐火材料內(nèi)襯焦罐而言，耐火材料現(xiàn)場澆注，厚度薄，支護(hù)模板復(fù)雜，振動(dòng)會(huì)造成材料分層，錨固件在反復(fù)的急冷急熱下容易開裂剝落。由于面積小，現(xiàn)場條件局限，采用噴補(bǔ)，量太小，不好施工作業(yè)；手工操作，質(zhì)量不高，容易剝落。相比較而言，籠架固定莫來石質(zhì)復(fù)合襯板局部存在問題，可以及時(shí)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(zhì)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(jìn)入焦罐內(nèi)與紅焦接觸燃燒，既損失焦炭，也浪費(fèi)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(chǎn)中比較顧慮的問題，通過改變襯板的尺寸、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，可以減少襯板對焦炭的粘接。

4 結(jié)語

干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐根據(jù)其直筒段和圓錐段的特點(diǎn)采用莫來石質(zhì)復(fù)合襯板，焦罐密封性能提高，抗燒損性能強(qiáng)，保溫性能提高，圓錐段復(fù)合襯板密度為2．20 g·cm－3，其磨損量為4．08 cm3；直筒段復(fù)合襯板密度為1．95 g·cm－3，其磨損量為17．6 cm3；莫來石質(zhì)復(fù)合襯板的使用效果優(yōu)于耐熱鑄鋼襯板。采用莫來石質(zhì)復(fù)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(xiàn)用焦罐籠架基礎(chǔ)上采用莫來石質(zhì)復(fù)合襯板可及時(shí)處理，整塊切換，利于提高使用壽命，減少維護(hù)工作量。