干熄焦焦罐內(nèi)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(shù)的日漸成熟,干熄焦已成為焦化行業(yè)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(dǎo)致干熄焦運行成本高的原因之一。因此，干熄焦焦罐內(nèi)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(jié)構(gòu)

干熄焦焦罐的結(jié)構(gòu)一般包括對開底閘門、聯(lián)動自動開啟吊桿、外框架及焦罐整體內(nèi)襯耐熱耐磨襯板。常用干熄焦焦罐主要參數(shù)見表1。

表1 常用干熄焦焦罐主要參數(shù)

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(jié)構(gòu)，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(chǎn)節(jié)奏變化和襯板質(zhì)量的差異，每次檢修時更換的襯板數(shù)量為數(shù)塊到數(shù)十塊不等，而且需要矯正、補焊、加固部分焦罐鋼結(jié)構(gòu)。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(xiàn)有焦罐存在的問題

1.3.1 生產(chǎn)頻繁調(diào)整造成損壞加快

由于受環(huán)保管控、提升機設(shè)備故障、煉鐵用焦量改變等諸多因素的影響，焦爐生產(chǎn)節(jié)奏變化較快，焦罐冷熱變化頻繁，導(dǎo)致焦罐襯板使用壽命無法達到預(yù)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(chǎn)。

1.3.2 焦罐鋼結(jié)構(gòu)變形、斷裂

側(cè)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(dǎo)至焦罐鋼結(jié)構(gòu)上。正常生產(chǎn)時的工況條件下，焦罐儲焦9 min，空載9 min。受環(huán)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(jié)構(gòu)鋼溫度在450～750 ℃并承受恒荷載持續(xù)作用時，將發(fā)生與時間相關(guān)的塑性變形[1]，導(dǎo)致焦罐整體鋼結(jié)構(gòu)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(fā)生變形、翹角，導(dǎo)致焦罐“掛焦”（如圖1所示），焦炭不能完全放入干熄爐內(nèi)，持續(xù)烘烤焦罐。

圖1 焦罐“掛焦”事故

若焦罐鋼結(jié)構(gòu)變形、斷裂未能及時發(fā)現(xiàn)，或者固定襯板的螺栓斷裂，均會導(dǎo)致焦罐襯板脫落，隨紅焦進入干熄爐內(nèi)，最終造成旋轉(zhuǎn)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(huán)保達標，還將導(dǎo)致紅焦在運輸過程中燒損加劇，降低焦炭產(chǎn)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(nèi)襯耐熱材料等經(jīng)驗，對現(xiàn)有焦罐進行內(nèi)襯專用的抗磨、耐熱澆注料改造，以達到預(yù)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(shè)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(nèi)襯隔熱料易磨損和脫落。

因此，根據(jù)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(jié)構(gòu)整體內(nèi)襯硅酸鋁纖維硬質(zhì)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(jié)焦?jié)沧⒘?；焦罐直段受焦炭沖擊較小、磨損較嚴重，澆筑中質(zhì)抗結(jié)焦?jié)沧⒘?；焦罐上部密封部分基本不受沖擊和磨損，澆筑莫來石輕質(zhì)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(jié)構(gòu)間隙大且不規(guī)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(jié)構(gòu)重新進行制作，對下錐段和底閘門鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)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(xiàn)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(jié)構(gòu)的改造

拆除底閘門襯板，將底閘門鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(huán)板整體割除，上移50 mm。焦罐下錐段鋼結(jié)構(gòu)改造如圖2所示。

圖2 焦罐下錐段鋼結(jié)構(gòu)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(huán)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(zhì)的“Y”型錨固件，橫向、縱向間距不超過300 mm；之后在鋼結(jié)構(gòu)表面鋪設(shè)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(jié)焦?jié)沧⒘希ú环謮K），中心厚度為90 mm，外側(cè)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(zhì)的“Y”型錨固件，再進行支模澆筑。上部密封部件內(nèi)襯90 mm厚莫來石輕質(zhì)澆注料和10 mm厚的硅酸鋁纖維板；焦罐直段、下錐段內(nèi)襯90 mm厚中質(zhì)抗結(jié)焦?jié)沧⒘虾?0 mm厚的硅酸鋁纖維板；焦罐下錐段內(nèi)襯90 mm厚硅莫抗結(jié)焦?jié)沧⒘虾?0 mm厚的硅酸鋁纖維板；下錐段新增環(huán)板、新增筋板形成的“三角形”空間內(nèi)填充硅莫抗結(jié)焦?jié)沧⒘?，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(shè)施建設(shè)

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(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)，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(guān)設(shè)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(jié)構(gòu)溫度不超200 ℃，鋼結(jié)構(gòu)使用壽命延長，焦罐壽命周期內(nèi)故障率降低，預(yù)計連續(xù)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(jié)約維修力量

隨著干熄焦技術(shù)的普及，焦化廠的發(fā)展重點逐漸向降低焦炭燒損率、降低生產(chǎn)維護成本的方向轉(zhuǎn)變。人員結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，維修人員也向“高、精、尖”方向發(fā)展，不再投入大量的維修力量用于鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)、倒換焦罐等工作，新型焦罐投用后極大的節(jié)約了維修力量。

4.5 其他效益

焦罐內(nèi)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(nèi)襯澆注料后，有效防止焦炭沿途拋灑，提高了環(huán)保效益。效益分析見表4。

表4 內(nèi)襯耐火材料的焦罐與傳統(tǒng)襯板焦罐的效益對比

5 結(jié)束語

基于干熄焦焦罐內(nèi)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(yè)都在講效益、降成本，對現(xiàn)有設(shè)備進行適當改造將會是一條重要途徑。