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中心， 青海 西寧 810100)

針對某公司2#預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、監控運行措施以及運行效果。

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化為重熔鋁錠的重要設備。混合爐運行工況的好壞對電解鋁生產有著重要影響。而衡量混合爐運行工況的重要指標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，熔池內襯(包括爐底內襯和側墻內襯)的完好程度起著決定性的作用。一旦爐底出現漏鋁，表明該混合爐的使用壽命即將終結。即使通過爐底強制冷卻措施，也僅僅能使混合爐在短期內監控運行，但不能從根本上改變其使用壽命終結的事實。因為，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性，出現漏鋁的熔池底部內襯對操作安全的保障程度是不言而喻的。正因為鋁液的靜壓力基本都集中在熔池底部，所以，正常運行中的混合爐其側墻所承受的靜壓力相對很小。因此，當混合爐側墻內襯出現破損時，可以通過拆除破損部分或一面側墻，修補或重新砌筑來恢復混合爐的運行工況，在較短的時間內，重新恢復重熔鋁錠鑄造生產的順利進行。

1 混合爐爐墻坍塌

某公司重熔鋁錠鑄造車間安裝有4臺40 t電熱鋁用混合爐，全部為預制塊內襯結構。由熔池內至爐殼的砌筑順序依次為預制塊、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行的。至2014年2月該混合爐已安全運行整5年。在長期運行過程中，由于鋁液與耐火材料之間的反應浸蝕、攪拌和扒渣過程中機械對側墻的撞擊以及熱震等原因，造成混合爐一面側墻嚴重破損而坍塌。鑄造車間在分析2#混合爐運行記錄的基礎上，確認除了一面側墻坍塌外，熔池底部爐襯尚未出現漏鋁，因此認為通過對坍塌爐墻的拆除和重新砌筑，可以恢復2#混合爐的運行工況。

2 2#混合爐爐墻重砌

2.1 停爐

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

2.2 側墻所需原材料及其準備

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

(2)T- 3耐火磚：高溫性能穩定，在700～850 ℃工作溫度段內強度不下降。耐火磚規格為230 mm×115 mm×65 mm；

(3)玻璃水：用來調配泥漿、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

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

(2)按側墻接縫位置架設模板并對其進行固定，利用棕剛玉澆注料分段澆注預制塊斷層，確定爐墻砌筑所需要的基準面(棕剛玉和水的配比10∶1)，基準面澆注高度為50～120 mm，然后，在此基礎上繼續砌筑。

(3)用T- 3耐火磚進行錯縫砌筑，耐火磚之間錯縫用棕剛玉調制的灰漿填充(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面上方500 mm處，砌筑層數為7層。對耐火磚砌筑質量的要求為：灰漿飽和度≥95%，控制磚縫≤2.5 mm。自然干燥4～6小時后，拆除模板。

(4)制作并固定入鋁口圓形模具，并用楔子進行固定。用棕剛玉澆注料進行整體澆筑。每填充150 mm左右，進行人工搗打，確保整體澆筑部分的密實度。澆筑前，每個約200 mm在爐殼上焊接固定錨鉤一個，共10個，其作用是固定澆筑部分，使其與鋼制爐殼連接為一個整體，同時具有防止澆注料膨脹、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生應力集中導致澆注料開裂。

(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，進行一次人工振搗，直至該空隙填滿、填實為止。

(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T- 3磚縫進行勾縫處理。在確保磚縫處理質量達到要求后，用滑石粉對新砌筑爐墻表面進行整體涂抹。

重新砌筑后的爐墻砌筑結構見圖1。

圖1 重新砌筑的爐墻結構

3 烘爐

爐墻砌筑完成后進行烘爐。由于是局部修復，混合爐熔池爐底及其他三面爐墻已經經過長期運行，爐襯內的水分含量已經完全能夠滿足重熔鋁錠的安全生產要求，因此，烘爐主要是針對重新砌筑的爐墻。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的水含量相對較高，為避免烘爐過程中由于升溫速率過快在砌體內產生應力集中而導致爐襯砌體開裂，預熱時間應足夠長，才能確保爐襯砌體中熱量的均勻擴散滲透，實現爐襯砌體的溫度均勻性，使爐襯中的水分充分溢出，防止烘爐過程中砌體中產生應力集中。

據文獻[1]介紹，對于不同爐襯結構形式，預熱階段的升溫速率相差很大。以整體澆注結構為最長，升溫速率也最小，控制在0.6 ℃/h左右；磚砌結構次之，升溫速率控制在1 ℃/h左右；而預制塊爐襯結構，預熱速度控制在約為1.5 ℃/h。由于本文所涉及混合爐的修復僅涉及一面爐墻，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，因此綜合考慮的結果是，低溫預熱時間為8～10 h，然后以較快的升溫速率(約12 ℃/h)烘爐。每個升溫速率之間必須保證不少于4 h的保溫時間，以使內襯中的熱量盡可能均勻，減小溫度梯度引起的熱應力。混合爐烘爐曲線見圖2。

圖2 重砌一面爐墻的混合爐的烘爐曲線

4 監控措施及使用效果

如圖2所示，經過80 h的烘爐后，爐內溫度達到800 ℃。這個溫度與由電解車間運來的電解鋁液溫度相當，達到了混合爐運行溫度。隨后入鋁試運行。鑒于此爐僅對一面爐墻進行重砌，與大修混合爐在內襯整體性方面有著一定的差異，因此，為確保混合爐的安全運行，在試運行初期采取了監控運行措施。監控運行措施如下：

(1)每班次入鋁前，必須對混合爐內襯特別是新砌爐墻狀況進行目測檢查，確認內襯無明顯破損時方可入鋁；

(2)2#混合爐采用連續入料生產方式運行，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)注意攪拌機械的運行速度，避免扒渣車扒渣板碰撞爐墻內襯。

使用效果：自2014年2月2#混合爐爐墻重砌并投入運行以來，已經實現安全運行一年有余。迄今為止，2#混合爐重新砌筑的爐墻運行正常，爐墻內襯沒有出現開裂、鉆鋁現象，用遠紅外測溫儀對重砌爐墻鋼殼表面溫度進行測量，其平均溫度一直處于80～90 ℃范圍，表明爐墻內襯重砌方案合理，修復效果明顯。

[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，高級工程師，大學本科，主要從事鋁加工研發工作，現為青海橋頭鋁電股份有限公司技術中心鋁加工研發工程師。

TF815

B

1003-8884(2015)02-0008-03