新型澆注料內襯干熄焦罐應用實踐

趙華 ，周鵬 ，馬銀華 ，魏春滿 ，張智勇 ，吳官印 ，何沖

（1.海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；3.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

干熄焦焦罐是連接焦爐生產與干熄焦爐生產的紐帶，是將焦爐炭化室1 000℃左右的紅焦通過旋轉焦罐承載并運輸到干熄焦爐內進行降溫冷卻處理的重要承載設備［1］。為了解決球墨鑄鐵內襯干熄焦罐故障率高、存在安全環保隱患和熱損失較大等問題，鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司自2019年9月起開展了新型澆注料內襯干熄焦罐替代球墨鑄鐵內襯干熄焦罐的應用實踐，本文對此做一介紹。

1 球墨鑄鐵內襯干熄焦罐存在問題

干熄焦罐原設計采用框架和襯板鑲嵌結構，焦罐外框架和罐體框架用Q235鋼材焊制，焦罐直段部位襯板為球墨鑄鐵QT600-3，錐段（斜段）為耐熱鋼，底閘門一般為耐熱不銹鋼［2］。

（1）900℃溫差反復交替導致焦罐襯板極易產生開裂、變形，甚至脫落。球墨鑄鐵QT600-3和耐熱不銹鋼襯板均有較強耐熱強度、耐磨性能，但在1 000℃高溫烘烤和900℃左右溫差頻繁變換導致熱應力劇烈變化以及多棱角的焦炭頻繁摩擦作用下，焦罐鑄鐵襯板內部金相組織會劇烈變化，造成襯板開裂、變形、燒損，襯板框架變形，螺栓、襯板脫落。球墨鑄鐵內襯干熄焦罐襯板脫落如圖1所示。

圖1 球墨鑄鐵內襯干熄焦罐襯板脫落Fig.1 Shedding of CDQ Tank Lining Board Made of Spheroidal Graphite Cast Iron

（2）故障率高，干熄焦系統穩定性差，焦罐內襯壽命短。脫落的襯板卡堵旋轉密封閥、紅焦從焦罐脫落襯板的缺口散落造成燒損機車電纜設備等事故多，平均每周需要更換一次焦罐襯板，每次更換襯板至少需要2.5 h處理時間，頻繁維護旋轉焦罐襯板占用大量生產時間，期間焦爐出焦只能濕法熄焦；每月更換20～30塊襯板，備件消耗大，運行維護成本高；焦罐內襯使用壽命在6個月左右。

（3）熱量損失較大。鑄鐵在0℃時導熱系數為 43 W/（m·K），隨著金屬溫度升高，導熱系數也隨之增加。紅焦的熱量通過襯板傳導，在1 000℃左右時，焦罐外壁溫度達到540℃，熱量大量散失；同時，大量空氣通過襯板間隙進入焦罐內部加劇焦炭燃燒，不僅會大幅提高焦炭燒損量，而且加劇了焦炭熱量的損失。

（4）存在安全環保隱患。干熄焦罐襯板變形、磨損或脫落都會導致紅焦從提升焦罐中灑落下來，易發生人員燙傷、砸傷等人身傷害事故，存在較大安全隱患；同時，還會造成現場清理工作量增大，形成焦粉飛揚等可視化污染。

2 新型澆注料內襯干熄焦罐應用實踐

2.1 新型澆注料內襯優勢

（1）澆注料內襯和鋼板殼為貼合結構，相比鑄造合金襯板和框架鑲嵌結構更為緊密，可使新型澆注料內襯旋轉焦罐有效利用容積增大3～5 m3，為提高單爐裝煤量創造條件。

（2）干熄焦罐采用新型澆注料內襯替代原設計球墨鑄鐵襯板，體積密度小，使用溫度>1 200℃，耐熱耐磨，適應性強，可制成任意形狀，氣密性好，熱阻大，是較好的隔熱保溫材料［3］；同時，制備工藝比較簡單，可提前預制，進行澆注成型，養護硬化。

（3）熱量損失較小。新型澆注料的導熱系數為 0.63 W/（m·K），焦罐外壁溫度約為 200 ℃，具有較好保溫性能，有助于提高干熄焦蒸汽發生量。

2.2 存在問題

新型澆注料內襯干熄焦罐是將工字鋼骨架加球墨鑄鐵襯板的鑲嵌結構改為輕質澆注料內襯和帶錨固釘鋼板圓筒體的錨固結構。這種結構的應用主要存在兩種隱患：

（1）當受到強外力集中沖擊時，使結構失穩，如熄焦車撞車事故狀況下，導致干熄焦焦罐澆注料大面積脫落。

（2）當裝滿紅焦焦罐遇到大量的水時，因澆注料內襯和帶掛鉤的鋼板筒體在劇烈溫差變化下的熱脹冷縮程度不一致，導致澆注料成片脫落。

2.3 應對措施

為了防止新型澆注料內襯成片脫落問題，提出采取以下應對措施：

（1）采用熄焦車防碰撞技術。自主研發基于限位開關的防碰撞走行聯鎖控制技術、基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術，并引進了一種基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術，提升設備保障能力，有效防止熄焦車撞車事故的發生［4］。

（2）采取紅焦焦車避雨措施。針對大雨等特殊天氣，采用將干熄焦焦罐停在攔焦車下或將一個焦罐提升在井架上、另一個焦罐放在提升井架下的熄焦車上的類似“疊罐”方式，避免大雨直接沖刷紅焦焦罐澆注料。

（3）采用利舊手段，儲備應急備品。針對澆注料內襯大面積脫落無法現場維修、異地維修難度大的問題，充分利用替換下來的球墨鑄鐵內襯焦罐，整備形成3個功能完好的焦罐以作應急備品，預防突發事件。

3 實踐效果

（1）新型澆注料內襯干熄焦罐目前已穩定運行31個月，焦罐內襯使用壽命大幅度延長，預計新型焦罐使用壽命能達到48個月以上。輕質澆注料干熄焦罐襯板情況如圖2所示。

圖2 輕質澆注料干熄焦罐襯板情況Fig.2 CDQ Tank Lining Board Made of Light Castable Material

（2）新型澆注料內襯干熄焦罐日常生產中基本無維護，因焦罐內襯導致故障率接近于零，有助于改善干熄焦罐運行率；無日常新增運行成本和維護成本，節約成本約30萬元/a；規避了原焦罐因襯板開裂、變形或缺失存在的安全隱患和環保風險。

（3）新型澆注料內襯干熄焦罐保溫節能性能良好，表面溫度由約550℃降低到200℃左右，大幅降低紅焦運送過程中的熱量損失，節能效果顯著。

（4）新型澆注料內襯干熄焦罐自2019年9月運行至今，有效促進了干熄焦系統的穩定運行。

4 結語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司為了解決球墨鑄鐵內襯干熄焦焦罐故障率高、存在安全環保隱患和熱損失較大等問題，引進了新型澆注料內襯干熄焦罐，并開展應用實踐。通過開發和引進熄焦車防碰撞技術，采取紅焦焦罐避雨措施，同時充分利用替換下來的原有焦罐，整備作為應急備品，有效避免了新型澆注料內襯干熄焦罐澆注料大面積脫落的隱患，焦罐內襯使用壽命大幅度延長，系統運行率大幅提升，日常生產無需維護，節約成本約30萬元/a，規避了安全隱患和環保風險，節能效果顯著，促進了干熄焦系統的穩定運行。