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陽極焙燒爐火道墻離線砌筑技術開發與應用

  敞開式環式焙燒爐是生產炭素制品最關鍵的大型熱工爐窯設備,對一個預焙陽極生產廠而言,敞開式環式焙燒爐的基建投資占整個炭素廠總投資的50%~60%,設計壽命一般為8~10年,目前許多炭素公司的焙燒爐使用壽命不足8年,有的不到5年就進行大修。山東某公司焙燒爐始建于2007年,耐火磚全部采用山東淄博某耐材廠家生產的普通黏土磚,因長期在高溫下重燒部分火道出現彎曲、下陷、變形現象,墻體出現大的裂縫。為了延長焙燒爐使用壽命,保證產品質量,2013年對變形嚴重的火道使用傳統的修爐方式進行了維修,傳統的修爐方式維修時間長,每次從拆除到砌筑一條火道需要近40h,吊運30多噸的耐火材料,不但影響車間的正常生產,而且砌筑質量很難保證,砌筑過程存在很大的安全隱患。為了改進傳統修爐方式中存在的不足,該公司在2014年焙燒爐火道墻維修中開發出新的焙燒爐,火道墻離線砌筑技術填補了國內離線砌筑技術的空白,并推廣應用。
  1 環式爐發展及火道墻變形和維護現狀
  目前,國內外炭制品石墨制品焙燒都采用美國的環式敞開爐與德國里德哈默式的密閉爐帶蓋式,我國的敞開式環式焙燒爐是在消化上世紀80年代初引進的日本輕金屬公司焙燒技術基礎上發展起來的。目前國內使用最多的就是環式焙燒爐,環式焙燒爐一般分敞開式和帶蓋式兩種,由于敞開式環式焙燒爐比帶蓋式焙燒爐造價相對較低,而且使用壽命長,質量穩定裝出爐作業,易實現自動化,已在國內炭素行業廣泛應用。
  1.1 環式焙燒爐結構及工作原理
  敞開式環式焙燒爐是一種由若干結構相同的爐室呈雙排布置,按移動的火焰系統運轉,對成型生制品進行焙燒熱處理的大型熱工設備;鹧娴姆植挤绞揭环N是以美國諾蘭達鋁業公司與法國彼斯涅鋁業公司為代表的W型火道,另一種是以貴鋁引進的日輕爐為代表的V型火道。組成環式焙燒爐的各爐室之間既可連通,也可切斷生產時把幾個爐室串連起來組成一個火焰系統。燃料直接在密閉的火道內,或橫墻的上部通道燃燒火道內設有折流墻使燃燒生成的高溫煙氣在火道里迂回流動,并經橫墻的上部通道流入串連的下一個爐室的火道。在這里再經過一次或兩次折流,翻過橫墻又進入第三個爐室的火道,煙氣依次流經串連在一起的;鹧嫦到y中每一個爐室的火道焙燒爐如同一個大量氣體流動的,熱交換器完成對料箱內生制品的。加熱這種流動方式有利于火道內溫度均勻火道頂部開有4個孔,便于供入燃料測溫測壓及觀察等操作如圖1所示。
  1.2 焙燒爐火道墻變形的方式
  焙燒爐是由大量的黏土耐火材料砌筑的間歇型工業爐,每個爐子中的耐火材料制品填充料都要經過從常溫升到1250℃,然后保溫、降溫、冷卻到常溫。長此以往運行幾十個火焰周期后會出現火道墻凹陷下沉現象,部分火道還會出現彎曲、變形現象(如圖2)。影響負壓及火焰的分布系統不能正常運行對變形嚴重影響,裝出爐工作及產品質量的火道不得不進行拆除維修。
陽極焙燒爐火道墻離線砌筑技術開發與應用
  1.3 焙燒爐火道墻變形的原因
    耐火材料理化指標不合格是影響焙燒爐火道墻變形的主要因素,如果耐火材料荷重軟化點、重燒線變化、高溫體積穩定性等達不到技術要求,高溫過后很容易造成火道墻的凹陷與變形,砌筑過程各立縫、水平縫、膨脹縫控制不好也將直接影響耐火材料在高溫過程膨脹與收縮,造成火道墻下陷、彎曲、變形。砌筑完成后未經嚴格的烘爐管理,升溫過程未按嚴格的調溫操作,裝出爐時夾具及炭塊的碰撞都是造成火道墻變形的因素。
  1.4 傳統的火道墻維修方式
  對于變形嚴重,造成料箱尺寸過小,影響裝出爐作業的火道墻必須進行拆除維修。由于火道墻是由小塊耐火磚砌筑而成,拆除一條火道墻大約需要10~12h,重新砌筑一條需要24h左右,拆除并重砌一條火道墻就必須搬運近30t的耐火材料。這不僅給修爐工作帶來困難,而且給車間正常生產增加難度,特別是環式焙燒爐是以間歇循環方式作業,留給維修火道墻的時間非常緊張,通常在爐溫還有80~120℃時就必須開始刨修,工作環境極為惡劣。反過來又影響施工質量形成惡性循,環拆除完成后,砌筑人員必須站在兩側料箱狹小的空間內進行維修作業,每條火道長5460mm,高5600mm,如圖3所示。3000多塊維修用的耐火磚使用吊裝繩上下倒運,每次砌筑1.5m左右,必須支撐腳手架,修爐人員站在腳手架上進行第二節砌筑,依次循環完成火道墻砌筑工作。在料箱內作業環境差,作業時間長耐火材料的上下倒運及站在腳手架上作業存在很大安全隱患,且砌筑質量難以保證。
  2 火道墻離線砌筑技術開發及應用效果
  為解決在焙燒爐內維修時間長施工環境惡劣,砌筑質量難以保證,影響生產等難題,公司自2010年便致力于開發新型科學便于施工的火道墻維修新技術。經過在2#焙燒爐火道墻維修過程中不斷摸索,多次現場測量耐火材料計算設計、3D影像模擬砌筑、吊裝夾具制作及吊運試驗、反復論證終于在2014年完成離線砌筑技術開發,并在2#爐火道墻維修過程中實施推廣。2#焙燒爐結構性能如表1所示。
  離線砌筑必須在爐外制作幾個水平的砌筑平臺,在砌筑平臺上砌筑火道墻墻體,安裝離線砌筑專用吊裝夾具,用起重設備將夾具連同火道墻整體吊運至焙燒爐的相應位置,拆卸離線砌筑專用夾具,拆除完成后使用高溫膠泥安裝吊裝孔專用的耐火材料,完成對離線砌筑火道墻的安裝。
陽極焙燒爐火道墻離線砌筑技術開發與應用
陽極焙燒爐火道墻離線砌筑技術開發與應用
  2.1 離線砌筑技術
 。1)火道墻離線砌筑前應進行分節計算現場實地測量,3D影像模擬砌筑根據火道墻橫墻及耐火材料的設計尺寸進行計算,實地測量橫墻凹口尺寸及安裝火道墻位置兩端尺寸,模擬把火道墻分為節分開時必須注意火道墻拉磚的位置,根據起重機載重計算每節火道墻的重量,超過起重機的負荷,應考慮分為4節,全部完成后進行3D影像模擬砌筑,確認可以實施后進行夾具的設計及耐火磚的設計。
 。2)離線砌筑用專用夾具的制作及離線砌筑用耐火磚的設計及制作。根據火道墻的長度、高度結合料箱的尺寸,制作火道墻離線砌筑專用夾具;鸬缐﹄x線砌筑專用夾具由特制槽鋼、角鋼、圓鋼、錳鋼板、加壓裝置、緊固裝置、吊裝繩、加力桿、U型環等組成,上方及左右焊接固定絲杠;鸬缐Ρ蛔笥、上下、緊固加壓裝置緊扣在夾具內與夾具形成一個堅固的整體。夾具的上方安裝有吊裝用鋼絲繩,制作可靠牢固經起重機吊起后非常平穩,每節對接時非常合理,夾具安裝拆卸方便。為了更好地使用夾具,把墻體組裝牢固,需對使用的耐火材料進行重新設計,對需要分節的位置增加緊固裝置的安裝孔、安裝槽、孔槽修補專用耐火材料。
 。3)吊裝前的準備。離線砌筑完成后的火道墻經檢查長度、寬度、高度等全部合格后清掃墻體,并安裝火道墻專用吊裝夾具。把火道墻專用夾具安裝在火道墻上,緊固夾具上的加壓裝置及緊固裝置。檢查無任何問題后準備吊裝整體火道,吊裝前首先對料箱橫墻等關鍵部位進行測量測量,橫墻凹口寬度料箱內橫墻與橫墻之間的長度對于變形后達不到要求的凹口尺寸,需使用切割機切割切割完成后使用施工線由上垂到底部檢查凹口內無凸出、障礙物。檢查天車專用通道焙燒爐相應位置的四周,清除障礙物以上工作全部準備完成后開始吊裝。
 。4)吊運、安裝過程控制;鸬缐Φ跗鸷蟊仨毚怪,不準斜吊,起吊時如發現不夠平衡,應放下重新調整U型環及鋼絲繩,不準吊起后在空中糾正起吊時應徐徐起落,避免過急過猛或突然急剎,回轉時不能過速禁止任何人員站在吊裝的火道墻上,以人作平衡體橫墻兩端確認鋪設好硅酸鋁纖維棉,整體火道墻吊運至所需安裝的爐室后,火道墻每端安排兩人根據指揮人員的指令,扶正火道墻對準橫墻凹口慢慢下落,確認卡扣到所需位置,并與下面的火道墻凹槽對好后拆卸夾具。
  2.2 離線砌筑技術應用效果
 。1)縮短焙燒爐的檢修時間、改善了修爐工的工作環境、提高焙燒爐的生產效率,離線砌筑逐步取代了在焙燒爐內施工作業,彌補了現場砌筑過程中存在的不足,在焙燒爐內重新砌筑一條火道需要24h左右,而且環境較差,在砌筑平臺離線砌筑僅需12h左右,吊運安裝一條火道只需要1h左右,大大減少了在爐內的作業時間,而且在爐外砌筑環境好,改善了修爐工的工作環境,降低工人勞動強度,提高了焙燒爐的生產效率。
 。2)減少了修爐過程中的安全隱患。在焙燒爐內砌筑火道,墻修爐人員需要站在腳手架上作業,耐火材料要使用吊裝繩來回倒運,安全隱患大。整體離線砌筑全部在場外砌筑每節控制在1.5m左右,不需要支撐任何架體便可以砌筑完成減少了在爐內砌筑的安全隱患。
 。3)砌筑質量更穩定、工藝更優化。離線砌筑可以確保砌筑質量,有利于砌筑過程質量控制,及監理工作。減少了在焙燒爐內砌筑作業時間,離線砌筑可以連續作業砌筑,完成后可在砌筑場地擺放,達到自然干燥后再進行吊運、安裝,增加了自然干燥期,解決了墻體未經干燥便強制升溫的難題。
 。4)使用壽命長、降低了維修成本。在爐內砌筑質量難以保證,有的使用不到一年便出現扭曲變形現象,不得不再進行維修,使用壽命短,維修費用高,離線砌筑的火道墻使用后兩年內沒有任何凹陷、變形現象。相比爐內砌筑,使用壽命長大大降低了維修成本。
  3 結論
 。1)實踐證明離線砌筑在焙燒爐維修中是可以推行的,不僅改善了施工環境,降低工人勞動強度,而且最大限度地縮短了焙燒爐的檢修時間,可大大提高焙燒爐的生產效率。
 。2)離線砌筑取代焙燒爐內砌筑,有利于砌筑過程質量控制,及監理工作;鸬缐﹄x線砌筑比在焙燒爐內砌筑質量更加穩定。
 。3)離線砌筑增加了自然干燥期,解決了剛砌筑完未進行干燥及嚴格烘爐管理就進入系統升溫而存在的不足,從而延長了焙燒爐使用壽命,對于增加設備投資效益,降低生產成本是一項非常有效的措施。

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