岳阳市安达耐火材料有限公司

可持续建筑工艺在铝熔炼炉建造中的应用

摘要
    炉窑建造中耐火材料的应用经历了定形耐火材料（耐火砖）、定形与不定形耐火材料（浇注料）结合、到现在应用广泛的全浇注料炉衬。耐火砖因二次烧结而浪费能源，且筑炉效率低、筑炉工期长；浇注料筑炉时施工工艺要求高、模具费用高、制模工期长，且烘炉时间较长，并需严格按照烘炉曲线执行，否则极易出现爆裂的问题；开发工厂化生产的模块化预制件将对浇注料筑炉起到很好的推动，本文对预制件优点与可行性进行探讨。
关键词：浇注料；预制件；烘干
1前言
    铝熔炼炉是铝加工行业的关键设备，耐火材料质量的好坏是影响炉窑整体质量与运行寿命的重要因素。定形耐火材料的加工是经过二次烧结的，这个过程中浪费了大量的能源（每吨约250kg标准煤），并且随着炉窑的大型化耐火砖的强度满足不了需求。20世纪80年代后期，随着不定型耐火材料技术的不断进步，低水泥、超低水泥和无水泥浇注料、抗渗透不粘铝低水泥浇注料等一系列高技术耐火材料在我国问世，并在各种铝熔炼炉上得到应用。由于低水泥浇注料与抗渗透不粘铝低水泥浇注料性能优良，具有气孔率低、气孔尺寸细小、密度大、体积稳定性好、中温强度高、用水量低、和抗渗透不粘铝等特点，上世纪  90年代以来，迅速在铝熔炼炉上得到了广泛应用。然而，由于用低水泥浇注料筑炉时对用水量、搅拌方式、搅拌时间、膨胀缝设置等要求较高，加上砌筑体气孔率很低，导致在烘烤过程中，水分排除非常困难。这就要求有足够的烘炉时间（15～20天），并且烘炉曲线要制定得非常合理，需严格按照烘炉曲线执行，以防发生爆裂。此外，由于低水泥浇注料属于触变性材料，在材料的施工过程中，需要有强制振动才能使之充填致密，保证其良好的结构强度。因此，这类材料的施工劳动强度很大，如果振动不够，会导致局部出现空洞，尤其是复杂部位，从而影响整体强度和气密性。

      针对上述问题，岳阳市安达耐火材料有限公司致力于攻克耐火材料应用的难题，提出了可持续建筑工艺在铝熔炼炉中应用的观点。实现炉底、墙、顶部预制件的工厂化生产，并实际应用于炉窑的建造中，效果十分理想。
2预制件
2.1浇注料筑炉的优点
2.1.1、节省能源：耐火砖需经过二次烧结（每吨约250kg标准煤），而浇注料无需二次烧结，节省大量能源。
2.1.2、提高炉衬的整体性与气密性，减少铝液与炉气渗漏，且炉衬浇注料强度高于耐火砖强度，提高炉衬使用寿命。
2.1.3、耐火砖为多处贯通缝，浇注料膨胀缝采用防渗漏凹凸槽结构，减少铝液渗漏。
2.1.4、抗渗透不粘铝浇注料能减少炉壁粘渣与炉膛积渣，提高铝液质量，同时减少炉衬因炉渣渗透浸蚀造成的损坏，提高炉衬使用寿命。
2.1.5、大型炉窑浇注时可实现机械化施工，降低劳动强度，提高施工效率。
2.1.6、炉膛复杂部位施工时耐火砖很难实现，而浇注料就变得简单易行。
2.1.7、废旧耐火材料经回收、挑选、破碎后可以作为较低级的浇注料原料，特别是轻质保温浇注料大部分是利用再生原料，减少能源与资源消耗。
2.2预制件筑炉的优点
        预制件筑炉的思路来源于远大的可持续建筑思想，具有很多现场浇注无法比拟的优点。
2.2.1、确保分块浇注：合理的分块尺寸保证了合理的膨胀缝设置，避免现场浇注分块不合理引起的浇注块开裂现象。
2.2.2、合理的块间防渗结构：标准化的凹凸防渗槽在保证膨胀缝的同时避免了铝液渗漏，而现场浇注的防渗槽设置往往不到位，容易引起铝液渗漏。
2.2.3、炉底斜坡施工难题得到解决，因为熔池抗渗透不粘铝浇注料流动性较好，斜面浇注难以进行。
2.2.4、预制件的模具面将作为炉膛工作面，提高使用寿命，特别是炉底。
2.2.5、浇注料施工时用水量是最关键的工艺参数，因为耐火浇注料每增加1%的用水量，其整体质量会下降20%左右，现场施工时因搅拌设备、模具与人为因素的影响，往往很难把握，而工厂化生产时无论是设备、模具还是工艺控制，都能保证严格控制用水量，所以工厂化生产的预制件质量会明显优于现场浇注。
2.2.6、现场浇注为振动棒振动，而预制件往往采用振动台振动，振动质量明显提高，加上搅拌设备与搅拌时间对搅拌质量的保证，可以确保预制件质量。

2.2.7、烘干工艺可以大大减少烘炉的时间，保障了炉窑安全运行。预制件制作最后一步工艺是用烘干炉对其进行烘干，烘干温度为350℃左右，这时浇注料中的水分已经失去了60%-70%。浇注料在烘干过程中有三个主要失水阶段，显然预制件已经过前两个阶段，用预制件建造的炉窑就减少了烘炉时间，简化了烘干工艺。
2.2.8、复合浇注预制件：炉窑建造现场使用单一成分的浇注料，不能兼顾强度与抗渗透的综合性能，而大型熔铝炉窑对浇注料这两种性能要求越来越高，针对上述情况特别制作了炉墙、炉底复合浇注预制件，复合浇注是两种完全不相同的材料浇注在一起，内侧用抗渗透不粘铝浇注料，外侧用低水泥高强浇注料。因为两侧的材料不相同，要求在成型过程中不能相互混合，所以生产复合浇注预制件的震动工艺要求很高，炉窑建造现场震动无法满足，只能在工厂生产复合预制件。复合浇注预制件综合了抗渗透不粘铝浇注料抗渗透与低水泥浇注料强度高的双重优点。弱化了二者的缺点，使浇注耐火材料的质量大大提高，延长炉窑的使用寿命。
2.2.9、节省现场浇注的模具费用与装拆模工耗，且工厂化生产时的钢制模具可重复使用，降低模具成本。
2.2.10、工厂化生产预制件时可完全实现机械化作业，降低劳动强度与用工成本。
2.2.11、预制件包装简单，方便运输，省去了现场浇注料的繁琐、浪费的包装。建造现场几乎用不到模具，大大减少了施工垃圾，现场文明施工。
2.2.12、炉底、墙、顶都采用预制件，施工速度快，只需将预制件现场搭建，在拼接部位的浇注槽浇注连接，缩短施工周期减少生产成本。
2.2.13、预制件浇注料由于标准化、批量化生产，不仅保证了质量，而且降低了成本。
2.3预制件的生产工艺
2.3.1、结构与尺寸设计：充分考虑分块膨胀缝、块间防渗、通用性、包装、运输与施工；普通预制件如图1：
2.3.2、制作模具：要有足够的强度、尺寸精度高、表面光洁、装拆与脱模方便；
2.3.3、浇注料取样：预制件生产前应对浇注料取样浇注，确定其用水量、初凝时间、烘干强度、烧结强度等。
2.3.4、干料搅拌：水泥分装的浇注料需要有足够的干混时，确保其成份的均匀性。
2.3.5、加水搅拌：须严格控制用水量与搅拌时间。
2.3.6、振动成型：将模具固定于振动台，振动时间应适当。
2.3.7、脱模养护：预制件成型后，要经过3－5天的自然养护。
2.3.8、进炉烘干：预制件自然养护完毕要经过5－7天的烘干，烘干温度为350℃。
2.3.9、采用木托包装，做到防雨防潮。
3预制件的应用
        预制件在炉窑行业中的应用，越来越受到重视，因为炉窑设备的特殊构造，尤其是铝熔炼炉，炉窑体积相对钢铁冶金炉窑要小，结构复杂，其炉门口、火口、排烟口、加料口、进铝口、放水口等部位的结构复杂，尺寸要求严格。其高温强度要求高、同时具有耐磨、耐冲刷、整体结构性好。
        新建炉窑（含大修），除底部和侧部保温材料外，炉底、炉墙、炉顶均可利用预制件一次砌筑成型。在炉内村损坏而需要局部修理的中修，无论原来是砖砌筑或预制件砌筑的，都可以采用预制件进行局部更换修理。无论是新建炉窑或炉窑的修理，其施工周期缩短50%，由于预制件是工厂化生产的，同时经过烘干，其水份得到了排除，其结构较稳定、强度较高，因而需要烘烤的时间缩短。从建造或大修到投入生产整个周期大大缩短，效率大大提高。
        预制件砌筑的炉窑，整体结构性好，不会因为砌筑工艺不到位而出现烘炉时出现裂纹，使用时出现漏水的现象，因为预制件与预制件之间，采取了防渗漏措施，既起到防渗漏又是伸缩缝，因而整体性和密封性能较好，现市场上使用预制件砌筑的炉子，就证明了上述特点。
        预制件砌筑的炉窑，根据需方不同产品或工艺的要求，可采用不同的材料。炉顶根据炉子的大小可采用不同型号的低水泥高强度预制件，炉底和炉墙可采用高强度浇注料和不粘铝浇注料进行复合浇注的预制件。
                预制