劉民章， 李 賢， 李生杰， 祁海東

(青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

鋁用混合爐坍塌爐墻的重砌

劉民章， 李 賢， 李生杰， 祁海東

(青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

針對(duì)某公司2#預(yù)制塊鋁用混合爐爐墻坍塌情況，介紹了坍塌爐墻的重砌方法、烘爐曲線、監(jiān)控運(yùn)行措施以及運(yùn)行效果。

鋁用混合爐； 爐墻； 重砌

0 前言

混合爐是電解鋁廠將電解鋁液轉(zhuǎn)化為重熔鋁錠的重要設(shè)備?；旌蠣t運(yùn)行工況的好壞對(duì)電解鋁生產(chǎn)有著重要影響。而衡量混合爐運(yùn)行工況的重要指標(biāo)之一是混合爐的使用壽命。在影響混合爐使用壽命的諸因素中，熔池內(nèi)襯(包括爐底內(nèi)襯和側(cè)墻內(nèi)襯)的完好程度起著決定性的作用。一旦爐底出現(xiàn)漏鋁，表明該混合爐的使用壽命即將終結(jié)。即使通過爐底強(qiáng)制冷卻措施，也僅僅能使混合爐在短期內(nèi)監(jiān)控運(yùn)行，但不能從根本上改變其使用壽命終結(jié)的事實(shí)。因?yàn)?，在混合爐使用過程中，爐底要承受來自鋁液自重的靜壓力。以某公司40噸鋁用混合爐來說，該混合爐熔池尺寸為：長×寬×高=5214 mm×4757 mm×1088 mm，熔池的公稱裝載量為40噸。那么，熔池底部內(nèi)襯所承受的最大靜壓力為161.29 kg/m2。由于如此大的鋁液靜壓力以及鋁液極好的高溫流動(dòng)性，出現(xiàn)漏鋁的熔池底部內(nèi)襯對(duì)操作安全的保障程度是不言而喻的。正因?yàn)殇X液的靜壓力基本都集中在熔池底部，所以，正常運(yùn)行中的混合爐其側(cè)墻所承受的靜壓力相對(duì)很小。因此，當(dāng)混合爐側(cè)墻內(nèi)襯出現(xiàn)破損時(shí)，可以通過拆除破損部分或一面?zhèn)葔?，修補(bǔ)或重新砌筑來恢復(fù)混合爐的運(yùn)行工況，在較短的時(shí)間內(nèi)，重新恢復(fù)重熔鋁錠鑄造生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1 混合爐爐墻坍塌

某公司重熔鋁錠鑄造車間安裝有4臺(tái)40 t電熱鋁用混合爐，全部為預(yù)制塊內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。由熔池內(nèi)至爐殼的砌筑順序依次為預(yù)制塊、干式防滲料、保溫磚、硅鈣板。其中，2#混合爐是2008年2月砌筑完成并投入運(yùn)行的。至2014年2月該混合爐已安全運(yùn)行整5年。在長期運(yùn)行過程中，由于鋁液與耐火材料之間的反應(yīng)浸蝕、攪拌和扒渣過程中機(jī)械對(duì)側(cè)墻的撞擊以及熱震等原因，造成混合爐一面?zhèn)葔?yán)重破損而坍塌。鑄造車間在分析2#混合爐運(yùn)行記錄的基礎(chǔ)上，確認(rèn)除了一面?zhèn)葔μ猓鄢氐撞繝t襯尚未出現(xiàn)漏鋁，因此認(rèn)為通過對(duì)坍塌爐墻的拆除和重新砌筑，可以恢復(fù)2#混合爐的運(yùn)行工況。

2 2#混合爐爐墻重砌

2.1 停爐

在確認(rèn)爐墻坍塌的2#混合爐無法繼續(xù)使用的情況下，使用單位決定停爐修復(fù)。逐漸打開混合爐爐蓋，以每日打開三分之一為限制，防止?fàn)t蓋打開過快造成熔池降溫過快，導(dǎo)致熔池底部內(nèi)襯和其他基面爐墻受到熱震而開裂。

2.2 側(cè)墻所需原材料及其準(zhǔn)備

(1)棕剛玉澆注料：剛玉的熔點(diǎn)為2050 ℃，真密度為3.85～4.0 g/cm3，借助引入少量SiO2、Al2O3微粉，實(shí)現(xiàn)爐墻砌體密實(shí)度高、氣孔率低和高溫線變化??；

(2)T- 3耐火磚：高溫性能穩(wěn)定，在700～850 ℃工作溫度段內(nèi)強(qiáng)度不下降。耐火磚規(guī)格為230 mm×115 mm×65 mm；

(3)玻璃水：用來調(diào)配泥漿、涂料和耐火混凝土，屬于礦物膠，不燃燒、不腐蝕；

(4)防滲料：用于防止鋁液穿過耐火磚滲透至爐殼鋼板；

(5)錨固件：用于固定側(cè)墻耐火磚。

2.3 更換混合爐爐蓋破損的硅碳棒

更換2#混合爐爐蓋破損的硅碳棒，為烘爐提供足夠的熱量。

2.4 爐墻修復(fù)

(1)清理混合爐側(cè)墻坍塌的預(yù)制塊及斷層處的氧化渣、積灰；根據(jù)各砌筑層的損壞情況，決定保留原有保溫磚砌層。

(2)按側(cè)墻接縫位置架設(shè)模板并對(duì)其進(jìn)行固定，利用棕剛玉澆注料分段澆注預(yù)制塊斷層，確定爐墻砌筑所需要的基準(zhǔn)面(棕剛玉和水的配比10∶1)，基準(zhǔn)面澆注高度為50～120 mm，然后，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)砌筑。

(3)用T- 3耐火磚進(jìn)行錯(cuò)縫砌筑，耐火磚之間錯(cuò)縫用棕剛玉調(diào)制的灰漿填充(棕剛玉澆注料粒度控制在0.5～2.0 mm，棕剛玉與水的配比為10∶1，水與玻璃水的配比為5∶1)。在砌筑第二層耐火磚之間，層與層之間也涂抹棕剛玉灰漿，耐火磚砌筑高度至基準(zhǔn)面上方500 mm處，砌筑層數(shù)為7層。對(duì)耐火磚砌筑質(zhì)量的要求為：灰漿飽和度≥95%，控制磚縫≤2.5 mm。自然干燥4～6小時(shí)后，拆除模板。

(4)制作并固定入鋁口圓形模具，并用楔子進(jìn)行固定。用棕剛玉澆注料進(jìn)行整體澆筑。每填充150 mm左右，進(jìn)行人工搗打，確保整體澆筑部分的密實(shí)度。澆筑前，每個(gè)約200 mm在爐殼上焊接固定錨鉤一個(gè)，共10個(gè)，其作用是固定澆筑部分，使其與鋼制爐殼連接為一個(gè)整體，同時(shí)具有防止?jié)沧⒘吓蛎?、開裂的作用。入鋁口的澆筑厚度為90～100 mm，高度為500 mm。自然干燥4～6 h后，拆除模具，人工修整入鋁口各處圓角，使其自然而圓滑過渡，避免使用過程中由于溫差變化過大產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致澆注料開裂。

(5)用干式防滲料填充保溫磚砌體與棕剛玉澆筑砌體之間的空隙，形成厚度約95 mm厚的防滲層。填充過程中，每填充約150 mm，進(jìn)行一次人工振搗，直至該空隙填滿、填實(shí)為止。

(6)砌筑完成后，清除砌筑墻面上的棕剛玉灰漿，然后，向新砌筑爐墻表面噴灑適量水分潤濕表面，用灰漿再次對(duì)T- 3磚縫進(jìn)行勾縫處理。在確保磚縫處理質(zhì)量達(dá)到要求后，用滑石粉對(duì)新砌筑爐墻表面進(jìn)行整體涂抹。

重新砌筑后的爐墻砌筑結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 重新砌筑的爐墻結(jié)構(gòu)

3 烘爐

爐墻砌筑完成后進(jìn)行烘爐。由于是局部修復(fù)，混合爐熔池爐底及其他三面爐墻已經(jīng)經(jīng)過長期運(yùn)行，爐襯內(nèi)的水分含量已經(jīng)完全能夠滿足重熔鋁錠的安全生產(chǎn)要求，因此，烘爐主要是針對(duì)重新砌筑的爐墻。但是，烘爐曲線與完全重砌混合爐有很大差別。最顯著的差別在于烘爐過程中的升溫速率要比完全重砌混合爐大得多。烘爐初期，由于新砌爐墻砌體內(nèi)的水含量相對(duì)較高，為避免烘爐過程中由于升溫速率過快在砌體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致爐襯砌體開裂，預(yù)熱時(shí)間應(yīng)足夠長，才能確保爐襯砌體中熱量的均勻擴(kuò)散滲透，實(shí)現(xiàn)爐襯砌體的溫度均勻性，使?fàn)t襯中的水分充分溢出，防止烘爐過程中砌體中產(chǎn)生應(yīng)力集中。

據(jù)文獻(xiàn)[1]介紹，對(duì)于不同爐襯結(jié)構(gòu)形式，預(yù)熱階段的升溫速率相差很大。以整體澆注結(jié)構(gòu)為最長，升溫速率也最小，控制在0.6 ℃/h左右；磚砌結(jié)構(gòu)次之，升溫速率控制在1 ℃/h左右；而預(yù)制塊爐襯結(jié)構(gòu)，預(yù)熱速度控制在約為1.5 ℃/h。由于本文所涉及混合爐的修復(fù)僅涉及一面爐墻，爐襯中的水分較整體砌筑而言是很小的，況且爐墻修筑過程中包含了磚砌和澆注兩種方式，因此綜合考慮的結(jié)果是，低溫預(yù)熱時(shí)間為8～10 h，然后以較快的升溫速率(約12 ℃/h)烘爐。每個(gè)升溫速率之間必須保證不少于4 h的保溫時(shí)間，以使內(nèi)襯中的熱量盡可能均勻，減小溫度梯度引起的熱應(yīng)力?；旌蠣t烘爐曲線見圖2。

圖2 重砌一面爐墻的混合爐的烘爐曲線

4 監(jiān)控措施及使用效果

如圖2所示，經(jīng)過80 h的烘爐后，爐內(nèi)溫度達(dá)到800 ℃。這個(gè)溫度與由電解車間運(yùn)來的電解鋁液溫度相當(dāng)，達(dá)到了混合爐運(yùn)行溫度。隨后入鋁試運(yùn)行。鑒于此爐僅對(duì)一面爐墻進(jìn)行重砌，與大修混合爐在內(nèi)襯整體性方面有著一定的差異，因此，為確?；旌蠣t的安全運(yùn)行，在試運(yùn)行初期采取了監(jiān)控運(yùn)行措施。監(jiān)控運(yùn)行措施如下：

(1)每班次入鋁前，必須對(duì)混合爐內(nèi)襯特別是新砌爐墻狀況進(jìn)行目測檢查，確認(rèn)內(nèi)襯無明顯破損時(shí)方可入鋁；

(2)2#混合爐采用連續(xù)入料生產(chǎn)方式運(yùn)行，但要求開眼鑄造前入料不得超過4包(約21 t)。同一班次累積入料不得超過40 t；

(3)注意攪拌機(jī)械的運(yùn)行速度，避免扒渣車扒渣板碰撞爐墻內(nèi)襯。

使用效果：自2014年2月2#混合爐爐墻重砌并投入運(yùn)行以來，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行一年有余。迄今為止，2#混合爐重新砌筑的爐墻運(yùn)行正常，爐墻內(nèi)襯沒有出現(xiàn)開裂、鉆鋁現(xiàn)象，用遠(yuǎn)紅外測溫儀對(duì)重砌爐墻鋼殼表面溫度進(jìn)行測量，其平均溫度一直處于80～90 ℃范圍，表明爐墻內(nèi)襯重砌方案合理，修復(fù)效果明顯。

[1] 劉民章，李賢.40 t電熱鋁用混合爐烘爐曲線制定原則的探討[J].有色設(shè)備，2012，(5)：6-8.

Rebuilding of Collapsed Furnace Wall for Aluminium Holding Furnace

LIU Min-zhang， LI Xian， LI Sheng-jie， QI Hai-dong

Aimed at furnace wall collapsed situation of 2#aluminium holding furnace in a company, the paper introduces rebuilding method, dry-off furnace curve, monitoring and running measures and running effect of the collapsed furnace wall.

aluminium holding furnace； furnace wall； rebuilding

2015-01-06

劉民章(1961-)，男，陜西大荔人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事鋁加工研發(fā)工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心鋁加工研發(fā)工程師。

TF815

B

1003-8884(2015)02-0008-03