徐国涛 盛军波 冯 强 涂红兵 王大春 刘 黎 张燕伟 张洪雷

1）宝钢股份中央研究院 湖北武汉 430080

2）武汉平煤武钢联合焦化有限公司 湖北武汉 430080

干熄焦技术可回收红焦显热，提高焦炭强度，对高炉生产有利。焦炭由焦炉炭化室推入焦罐，其温度在1 050±50℃，旋转焦罐可使焦炭在焦罐内均匀分布，装载量提高。旋转焦罐由焦罐笼架、衬板、吊杆、传动杆、环形八角梁、导向轮组、底闸门、缓冲座等部分组成。焦罐衬板与红焦直接接触，需要具有耐高温、耐磨损、耐急冷急热、耐烧损等性能。直筒段部分衬板采用耐热铸铁或合金铸钢件，材质为QT600－3、G35Cr24Ni7、ZG3Cr7Si2或耐热不锈钢20X23H18；圆锥段及底闸门部分衬板采用耐热铸钢ZG35Cr24Ni7SiN、耐热不锈钢20X23H18等材质，其具有良好的耐磨性及耐热性，可短时耐1 100℃高温［1－2］。

武汉平煤武钢联合焦化公司干熄焦旋转焦罐采用耐热铸钢衬板，平均0．5～1 a需整体更换1次。因为材质和生产作业问题，有部分炉号炉头焦炭偏生造成衬板黏结焦炭，衬板烧损，维护成本高。频繁更换衬板造成干熄率降低，蒸汽产量减少，焦炭质量下降。若破损的衬板掉入干熄炉，处理过程中检修人员容易出安全事故。

莱钢采用钢板卷制的焦罐本体密封结构，内衬采用特种轻质耐火材料浇筑而成，焦炭的热量损失明显减少，有利于提高干熄焦发电效率［3］。焦罐内衬整体寿命在1年以上，过程中需要修补。从武钢焦化某干熄焦的生产实际情况推算，一天70炉，平均一炉焦炭在焦罐中的存留时间10～20 min，其温度环境变化更加苛刻。柳钢在焦罐盖内采用了轻质浇注料，在焦罐下部圆锥段和直筒段的内衬分别采用高强莫来石轻质浇注料和高强轻质浇注料［5］，其体积密度分别为1．67、1．16 g·cm－3，耐压强度分别为63．0、24．1 MPa，350℃热导率分别为0．63、0．32 W·（m·K）－1［4］。在焦罐筒体内壁上焊接V型锚固件后再用浇注料浇注成焦罐内衬。焦罐是敞口容器，生产运输中没有遮盖，内衬在雨雪天气需要应对急冷急热的破坏，在平时红焦装卸过程的冷热交替变化也造成焦罐内衬的开裂与破损。使用轻质浇注料虽然保温效果较好，但耐磨性差，容易开裂破损。本工作中结合武汉平煤武钢联合焦化有限公司进行的莫来石质复合衬板研制与应用情况，对焦罐复合衬板所涉及的技术问题进行了探讨。

1 焦罐复合衬板的性能分析

根据现场的实际使用条件，进行了反复试验，确定在焦罐下部圆锥段采用较致密的莫来石质复合衬板（简称ZDCB），直筒段采用相对轻质的莫来石质复合衬板（简称ZTCB），其1 100℃保温3 h后的性能如表1所示。

表1 研制的焦罐复合衬板的基本性能

对研制的复合衬板材料进行了耐磨性试验，磨损介质为≤0．178 mm（80目）筛网的碳化硅，喷吹用量1 kg，试验温度450℃，压缩空气压力0．44～0．45 MPa，计算喷吹碳化硅15 min后测试试样的体积损失量为磨损量。试验可知直筒段复合衬板密度低，其磨损量为17．6 cm3；圆锥段复合衬板密度高，其磨损量为4．08 cm3。而干熄焦炉冷却段用的B级莫来石砖的磨损量为8．02 cm3，相比较而言，圆锥段复合衬板的耐磨性优于直筒段的。

图1示出了焦罐直筒段和圆锥段的复合衬板材料经1 100℃保温3 h烧后的显微形貌。

图1 焦罐莫来石质复合衬板直筒段和圆锥段的显微形貌

由图1可以看出，直筒段复合衬板的封闭气孔多，因而保温性能好；相比较而言，圆锥段复合衬板的材料封闭气孔少且致密，如果强度设计的高，其耐磨性能就会提高。

抗热震性能是莫来石质复合衬板的关键性能，就焦罐的使用条件而言，莫来石质复合衬板承受的是急速加热，而且焦罐的循环频次一天可达70次。使用水冷法（室温至1 100℃）测试用于直筒段及圆锥段的复合衬板，其冷热循环次数都在20次以上。

2 焦罐莫来石质复合衬板的应用

焦罐承受的就是焦炭装卸过程反复的冲击磨损、热交替循环过程，温度在1 100℃。从焦罐选择用铸钢衬板或高温合金衬板的使用效果看，铸钢或合金衬板高温下容易氧化、烧损、收缩变形，在直筒段形成缝隙，造成漏风、烧焦炭；莫来石质复合衬板的焦罐内部无收缩缝，无烧损，无孔洞，密封性好，其圆锥段衬板耐烧损性能好，使用半年以上无衬板脱落事故。

莫来石质复合衬板与耐热铸钢衬板混砌焦罐及耐热铸钢衬板焦罐的用后发现：复合衬板与耐热铸钢衬板混砌焦罐中，莫来石质复合衬板仅有少许裂纹，但是无明显的收缩缝，无烧损孔洞，密封性能优于耐热铸钢衬板的。耐热铸钢衬板焦罐的局部烧损形成的孔洞加速了衬板的脱落及破坏。底部圆锥段容易发生焦炭粘接，卸载时局部积压焦炭不能排空，长期在高温下使用容易翘曲、变形、脱落，随焦炭一起进入干熄焦炉。由于干熄焦炉底部采用旋转式排焦阀，脱落的耐热铸钢衬板容易卡住排焦阀，不得不停炉进行维护处理，带来安全隐患，也影响干熄焦作业率。

耐热铸钢衬板焦罐的外壳表面温度在480～570℃，莫来石质复合衬板焦罐的表面温度在120～170℃；衬板使用初期略低，而使用3～5个月后表面温度会略有升高，耐热铸钢衬板焦罐的外壳表面温度最高可达630℃，莫来石质复合衬板焦罐的表面温度最高为230℃。

3 焦罐衬板的维护与问题分析

焦化生产影响到高炉炼铁的生产稳定，焦罐使用耐热铸钢衬板，是因为其容易更换，但其耐用性、稳定性及安全性有所局限。国内大部分焦化生产企业使用耐热铸钢衬板是安装在焦罐笼架上的，如使用莫来石质复合衬板，焦罐笼架不需要改变，只是在安装施工方式上有所变化。这种莫来石质复合衬板的焦罐与原用焦罐外形尺寸一样，容积略有降低，其他运行参数、操作模式基本没有变化，但密封性提高，保温效果好，焦罐外表温度降低400℃左右，使用寿命在1年以上。有厂家把笼架结构取消，改造成整体焦罐钢壳，需要对所用焦罐重新设计、卷板、施工，而且在焦罐整体钢壳上使用预制件，需要锚固结构，更换时内外不好分辨，难进行局部切割，也无法区分内外对应的破损部位，只能采用修补的方法，而修补质量不如预制件。

整体钢壳耐火材料内衬焦罐及笼架固定莫来石质复合衬板焦罐的用后可知：对于整体钢壳耐火材料内衬焦罐而言，耐火材料现场浇注，厚度薄，支护模板复杂，振动会造成材料分层，锚固件在反复的急冷急热下容易开裂剥落。由于面积小，现场条件局限，采用喷补，量太小，不好施工作业；手工操作，质量不高，容易剥落。相比较而言，笼架固定莫来石质复合衬板局部存在问题，可以及时处理，整块切换，不存在裂纹和锚固件暴露，使用寿命长，衬板的质量也有保证。耐热铸钢衬板安装在笼架上，使用中衬板氧化烧损收缩，缝隙大，密封不好，大量空气通过衬板缝隙进入焦罐内与红焦接触燃烧，既损失焦炭，也浪费热量。对于焦罐使用过程而言，偏生的焦炭粘接在衬板上，造成衬板积焦、烧损、脱落，是生产中比较顾虑的问题，通过改变衬板的尺寸、结构和材质，可以减少衬板对焦炭的粘接。

4 结语

干熄焦旋转焦罐根据其直筒段和圆锥段的特点采用莫来石质复合衬板，焦罐密封性能提高，抗烧损性能强，保温性能提高，圆锥段复合衬板密度为2．20 g·cm－3，其磨损量为4．08 cm3；直筒段复合衬板密度为1．95 g·cm－3，其磨损量为17．6 cm3；莫来石质复合衬板的使用效果优于耐热铸钢衬板。采用莫来石质复合衬板使得焦罐外表温度大幅度降低，焦炭自燃及热损失减少；在现用焦罐笼架基础上采用莫来石质复合衬板可及时处理，整块切换，利于提高使用寿命，减少维护工作量。