铝用混合炉坍塌炉墙的重砌

刘民章， 李 贤， 李生杰， 祁海东

(青海桥头铝电股份有限公司技术中心， 青海 西宁 810100)

铝用混合炉坍塌炉墙的重砌

刘民章， 李 贤， 李生杰， 祁海东

(青海桥头铝电股份有限公司技术中心， 青海 西宁 810100)

针对某公司2#预制块铝用混合炉炉墙坍塌情况，介绍了坍塌炉墙的重砌方法、烘炉曲线、监控运行措施以及运行效果。

铝用混合炉； 炉墙； 重砌

0 前言

混合炉是电解铝厂将电解铝液转化为重熔铝锭的重要设备。混合炉运行工况的好坏对电解铝生产有着重要影响。而衡量混合炉运行工况的重要指标之一是混合炉的使用寿命。在影响混合炉使用寿命的诸因素中，熔池内衬(包括炉底内衬和侧墙内衬)的完好程度起着决定性的作用。一旦炉底出现漏铝，表明该混合炉的使用寿命即将终结。即使通过炉底强制冷却措施，也仅仅能使混合炉在短期内监控运行，但不能从根本上改变其使用寿命终结的事实。因为，在混合炉使用过程中，炉底要承受来自铝液自重的静压力。以某公司40吨铝用混合炉来说，该混合炉熔池尺寸为：长×宽×高=5214 mm×4757 mm×1088 mm，熔池的公称装载量为40吨。那么，熔池底部内衬所承受的最大静压力为161.29 kg/m2。由于如此大的铝液静压力以及铝液极好的高温流动性，出现漏铝的熔池底部内衬对操作安全的保障程度是不言而喻的。正因为铝液的静压力基本都集中在熔池底部，所以，正常运行中的混合炉其侧墙所承受的静压力相对很小。因此，当混合炉侧墙内衬出现破损时，可以通过拆除破损部分或一面侧墙，修补或重新砌筑来恢复混合炉的运行工况，在较短的时间内，重新恢复重熔铝锭铸造生产的顺利进行。

1 混合炉炉墙坍塌

某公司重熔铝锭铸造车间安装有4台40 t电热铝用混合炉，全部为预制块内衬结构。由熔池内至炉壳的砌筑顺序依次为预制块、干式防渗料、保温砖、硅钙板。其中，2#混合炉是2008年2月砌筑完成并投入运行的。至2014年2月该混合炉已安全运行整5年。在长期运行过程中，由于铝液与耐火材料之间的反应浸蚀、搅拌和扒渣过程中机械对侧墙的撞击以及热震等原因，造成混合炉一面侧墙严重破损而坍塌。铸造车间在分析2#混合炉运行记录的基础上，确认除了一面侧墙坍塌外，熔池底部炉衬尚未出现漏铝，因此认为通过对坍塌炉墙的拆除和重新砌筑，可以恢复2#混合炉的运行工况。

2 2#混合炉炉墙重砌

2.1 停炉

在确认炉墙坍塌的2#混合炉无法继续使用的情况下，使用单位决定停炉修复。逐渐打开混合炉炉盖，以每日打开三分之一为限制，防止炉盖打开过快造成熔池降温过快，导致熔池底部内衬和其他基面炉墙受到热震而开裂。

2.2 侧墙所需原材料及其准备

(1)棕刚玉浇注料：刚玉的熔点为2050 ℃，真密度为3.85～4.0 g/cm3，借助引入少量SiO2、Al2O3微粉，实现炉墙砌体密实度高、气孔率低和高温线变化小；

(2)T- 3耐火砖：高温性能稳定，在700～850 ℃工作温度段内强度不下降。耐火砖规格为230 mm×115 mm×65 mm；

(3)玻璃水：用来调配泥浆、涂料和耐火混凝土，属于矿物胶，不燃烧、不腐蚀；

(4)防渗料：用于防止铝液穿过耐火砖渗透至炉壳钢板；

(5)锚固件：用于固定侧墙耐火砖。

2.3 更换混合炉炉盖破损的硅碳棒

更换2#混合炉炉盖破损的硅碳棒，为烘炉提供足够的热量。

2.4 炉墙修复

(1)清理混合炉侧墙坍塌的预制块及断层处的氧化渣、积灰；根据各砌筑层的损坏情况，决定保留原有保温砖砌层。

(2)按侧墙接缝位置架设模板并对其进行固定，利用棕刚玉浇注料分段浇注预制块断层，确定炉墙砌筑所需要的基准面(棕刚玉和水的配比10∶1)，基准面浇注高度为50～120 mm，然后，在此基础上继续砌筑。

(3)用T- 3耐火砖进行错缝砌筑，耐火砖之间错缝用棕刚玉调制的灰浆填充(棕刚玉浇注料粒度控制在0.5～2.0 mm，棕刚玉与水的配比为10∶1，水与玻璃水的配比为5∶1)。在砌筑第二层耐火砖之间，层与层之间也涂抹棕刚玉灰浆，耐火砖砌筑高度至基准面上方500 mm处，砌筑层数为7层。对耐火砖砌筑质量的要求为：灰浆饱和度≥95%，控制砖缝≤2.5 mm。自然干燥4～6小时后，拆除模板。

(4)制作并固定入铝口圆形模具，并用楔子进行固定。用棕刚玉浇注料进行整体浇筑。每填充150 mm左右，进行人工捣打，确保整体浇筑部分的密实度。浇筑前，每个约200 mm在炉壳上焊接固定锚钩一个，共10个，其作用是固定浇筑部分，使其与钢制炉壳连接为一个整体，同时具有防止浇注料膨胀、开裂的作用。入铝口的浇筑厚度为90～100 mm，高度为500 mm。自然干燥4～6 h后，拆除模具，人工修整入铝口各处圆角，使其自然而圆滑过渡，避免使用过程中由于温差变化过大产生应力集中导致浇注料开裂。

(5)用干式防渗料填充保温砖砌体与棕刚玉浇筑砌体之间的空隙，形成厚度约95 mm厚的防渗层。填充过程中，每填充约150 mm，进行一次人工振捣，直至该空隙填满、填实为止。

(6)砌筑完成后，清除砌筑墙面上的棕刚玉灰浆，然后，向新砌筑炉墙表面喷洒适量水分润湿表面，用灰浆再次对T- 3砖缝进行勾缝处理。在确保砖缝处理质量达到要求后，用滑石粉对新砌筑炉墙表面进行整体涂抹。

重新砌筑后的炉墙砌筑结构见图1。

图1 重新砌筑的炉墙结构

3 烘炉

炉墙砌筑完成后进行烘炉。由于是局部修复，混合炉熔池炉底及其他三面炉墙已经经过长期运行，炉衬内的水分含量已经完全能够满足重熔铝锭的安全生产要求，因此，烘炉主要是针对重新砌筑的炉墙。但是，烘炉曲线与完全重砌混合炉有很大差别。最显著的差别在于烘炉过程中的升温速率要比完全重砌混合炉大得多。烘炉初期，由于新砌炉墙砌体内的水含量相对较高，为避免烘炉过程中由于升温速率过快在砌体内产生应力集中而导致炉衬砌体开裂，预热时间应足够长，才能确保炉衬砌体中热量的均匀扩散渗透，实现炉衬砌体的温度均匀性，使炉衬中的水分充分溢出，防止烘炉过程中砌体中产生应力集中。

据文献[1]介绍，对于不同炉衬结构形式，预热阶段的升温速率相差很大。以整体浇注结构为最长，升温速率也最小，控制在0.6 ℃/h左右；砖砌结构次之，升温速率控制在1 ℃/h左右；而预制块炉衬结构，预热速度控制在约为1.5 ℃/h。由于本文所涉及混合炉的修复仅涉及一面炉墙，炉衬中的水分较整体砌筑而言是很小的，况且炉墙修筑过程中包含了砖砌和浇注两种方式，因此综合考虑的结果是，低温预热时间为8～10 h，然后以较快的升温速率(约12 ℃/h)烘炉。每个升温速率之间必须保证不少于4 h的保温时间，以使内衬中的热量尽可能均匀，减小温度梯度引起的热应力。混合炉烘炉曲线见图2。

图2 重砌一面炉墙的混合炉的烘炉曲线

4 监控措施及使用效果

如图2所示，经过80 h的烘炉后，炉内温度达到800 ℃。这个温度与由电解车间运来的电解铝液温度相当，达到了混合炉运行温度。随后入铝试运行。鉴于此炉仅对一面炉墙进行重砌，与大修混合炉在内衬整体性方面有着一定的差异，因此，为确保混合炉的安全运行，在试运行初期采取了监控运行措施。监控运行措施如下：

(1)每班次入铝前，必须对混合炉内衬特别是新砌炉墙状况进行目测检查，确认内衬无明显破损时方可入铝；

(2)2#混合炉采用连续入料生产方式运行，但要求开眼铸造前入料不得超过4包(约21 t)。同一班次累积入料不得超过40 t；

(3)注意搅拌机械的运行速度，避免扒渣车扒渣板碰撞炉墙内衬。

使用效果：自2014年2月2#混合炉炉墙重砌并投入运行以来，已经实现安全运行一年有余。迄今为止，2#混合炉重新砌筑的炉墙运行正常，炉墙内衬没有出现开裂、钻铝现象，用远红外测温仪对重砌炉墙钢壳表面温度进行测量，其平均温度一直处于80～90 ℃范围，表明炉墙内衬重砌方案合理，修复效果明显。

[1] 刘民章，李贤.40 t电热铝用混合炉烘炉曲线制定原则的探讨[J].有色设备，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

刘民章(1961-)，男，陕西大荔人，高级工程师，大学本科，主要从事铝加工研发工作，现为青海桥头铝电股份有限公司技术中心铝加工研发工程师。

TF815

B

1003-8884(2015)02-0008-03