新型浇注料内衬干熄焦罐应用实践

赵华 ，周鹏 ，马银华 ，魏春满 ，张智勇 ，吴官印 ，何冲

（1.海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；3.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

干熄焦焦罐是连接焦炉生产与干熄焦炉生产的纽带，是将焦炉炭化室1 000℃左右的红焦通过旋转焦罐承载并运输到干熄焦炉内进行降温冷却处理的重要承载设备［1］。为了解决球墨铸铁内衬干熄焦罐故障率高、存在安全环保隐患和热损失较大等问题，鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司自2019年9月起开展了新型浇注料内衬干熄焦罐替代球墨铸铁内衬干熄焦罐的应用实践，本文对此做一介绍。

1 球墨铸铁内衬干熄焦罐存在问题

干熄焦罐原设计采用框架和衬板镶嵌结构，焦罐外框架和罐体框架用Q235钢材焊制，焦罐直段部位衬板为球墨铸铁QT600-3，锥段（斜段）为耐热钢，底闸门一般为耐热不锈钢［2］。

（1）900℃温差反复交替导致焦罐衬板极易产生开裂、变形，甚至脱落。球墨铸铁QT600-3和耐热不锈钢衬板均有较强耐热强度、耐磨性能，但在1 000℃高温烘烤和900℃左右温差频繁变换导致热应力剧烈变化以及多棱角的焦炭频繁摩擦作用下，焦罐铸铁衬板内部金相组织会剧烈变化，造成衬板开裂、变形、烧损，衬板框架变形，螺栓、衬板脱落。球墨铸铁内衬干熄焦罐衬板脱落如图1所示。

图1 球墨铸铁内衬干熄焦罐衬板脱落Fig.1 Shedding of CDQ Tank Lining Board Made of Spheroidal Graphite Cast Iron

（2）故障率高，干熄焦系统稳定性差，焦罐内衬寿命短。脱落的衬板卡堵旋转密封阀、红焦从焦罐脱落衬板的缺口散落造成烧损机车电缆设备等事故多，平均每周需要更换一次焦罐衬板，每次更换衬板至少需要2.5 h处理时间，频繁维护旋转焦罐衬板占用大量生产时间，期间焦炉出焦只能湿法熄焦；每月更换20～30块衬板，备件消耗大，运行维护成本高；焦罐内衬使用寿命在6个月左右。

（3）热量损失较大。铸铁在0℃时导热系数为 43 W/（m·K），随着金属温度升高，导热系数也随之增加。红焦的热量通过衬板传导，在1 000℃左右时，焦罐外壁温度达到540℃，热量大量散失；同时，大量空气通过衬板间隙进入焦罐内部加剧焦炭燃烧，不仅会大幅提高焦炭烧损量，而且加剧了焦炭热量的损失。

（4）存在安全环保隐患。干熄焦罐衬板变形、磨损或脱落都会导致红焦从提升焦罐中洒落下来，易发生人员烫伤、砸伤等人身伤害事故，存在较大安全隐患；同时，还会造成现场清理工作量增大，形成焦粉飞扬等可视化污染。

2 新型浇注料内衬干熄焦罐应用实践

2.1 新型浇注料内衬优势

（1）浇注料内衬和钢板壳为贴合结构，相比铸造合金衬板和框架镶嵌结构更为紧密，可使新型浇注料内衬旋转焦罐有效利用容积增大3～5 m3，为提高单炉装煤量创造条件。

（2）干熄焦罐采用新型浇注料内衬替代原设计球墨铸铁衬板，体积密度小，使用温度>1 200℃，耐热耐磨，适应性强，可制成任意形状，气密性好，热阻大，是较好的隔热保温材料［3］；同时，制备工艺比较简单，可提前预制，进行浇注成型，养护硬化。

（3）热量损失较小。新型浇注料的导热系数为 0.63 W/（m·K），焦罐外壁温度约为 200 ℃，具有较好保温性能，有助于提高干熄焦蒸汽发生量。

2.2 存在问题

新型浇注料内衬干熄焦罐是将工字钢骨架加球墨铸铁衬板的镶嵌结构改为轻质浇注料内衬和带锚固钉钢板圆筒体的锚固结构。这种结构的应用主要存在两种隐患：

（1）当受到强外力集中冲击时，使结构失稳，如熄焦车撞车事故状况下，导致干熄焦焦罐浇注料大面积脱落。

（2）当装满红焦焦罐遇到大量的水时，因浇注料内衬和带挂钩的钢板筒体在剧烈温差变化下的热胀冷缩程度不一致，导致浇注料成片脱落。

2.3 应对措施

为了防止新型浇注料内衬成片脱落问题，提出采取以下应对措施：

（1）采用熄焦车防碰撞技术。自主研发基于限位开关的防碰撞走行联锁控制技术、基于码牌识别定位的焦炉机车防碰撞技术，并引进了一种基于超声波测距的焦炉车辆防碰撞技术，提升设备保障能力，有效防止熄焦车撞车事故的发生［4］。

（2）采取红焦焦车避雨措施。针对大雨等特殊天气，采用将干熄焦焦罐停在拦焦车下或将一个焦罐提升在井架上、另一个焦罐放在提升井架下的熄焦车上的类似“叠罐”方式，避免大雨直接冲刷红焦焦罐浇注料。

（3）采用利旧手段，储备应急备品。针对浇注料内衬大面积脱落无法现场维修、异地维修难度大的问题，充分利用替换下来的球墨铸铁内衬焦罐，整备形成3个功能完好的焦罐以作应急备品，预防突发事件。

3 实践效果

（1）新型浇注料内衬干熄焦罐目前已稳定运行31个月，焦罐内衬使用寿命大幅度延长，预计新型焦罐使用寿命能达到48个月以上。轻质浇注料干熄焦罐衬板情况如图2所示。

图2 轻质浇注料干熄焦罐衬板情况Fig.2 CDQ Tank Lining Board Made of Light Castable Material

（2）新型浇注料内衬干熄焦罐日常生产中基本无维护，因焦罐内衬导致故障率接近于零，有助于改善干熄焦罐运行率；无日常新增运行成本和维护成本，节约成本约30万元/a；规避了原焦罐因衬板开裂、变形或缺失存在的安全隐患和环保风险。

（3）新型浇注料内衬干熄焦罐保温节能性能良好，表面温度由约550℃降低到200℃左右，大幅降低红焦运送过程中的热量损失，节能效果显著。

（4）新型浇注料内衬干熄焦罐自2019年9月运行至今，有效促进了干熄焦系统的稳定运行。

4 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司为了解决球墨铸铁内衬干熄焦焦罐故障率高、存在安全环保隐患和热损失较大等问题，引进了新型浇注料内衬干熄焦罐，并开展应用实践。通过开发和引进熄焦车防碰撞技术，采取红焦焦罐避雨措施，同时充分利用替换下来的原有焦罐，整备作为应急备品，有效避免了新型浇注料内衬干熄焦罐浇注料大面积脱落的隐患，焦罐内衬使用寿命大幅度延长，系统运行率大幅提升，日常生产无需维护，节约成本约30万元/a，规避了安全隐患和环保风险，节能效果显著，促进了干熄焦系统的稳定运行。