阳极焙烧炉火道墙离线砌筑技术开

敞开式环式焙烧炉是生产炭素制品最关键的大型热工炉窑设备，对一个预焙阳极生产厂而言，敞开式环式焙烧炉的基建投资占整个炭素厂总投资的50%~60%，设计寿命一般为8~10年，目前许多炭素公司的焙烧炉使用寿命不足8年，有的不到5年就进行大修。山东某公司焙烧炉始建于2007年，耐火砖全部采用山东淄博某耐材厂家生产的普通黏土砖，因长期在高温下重烧部分火道出现弯曲、下陷、变形现象，墙体出现大的裂缝。为了延长焙烧炉使用寿命，保证产品质量，2013年对变形严重的火道使用传统的修炉方式进行了维修，传统的修炉方式维修时间长，每次从拆除到砌筑一条火道需要近40h，吊运30多吨的耐火材料，不但影响车间的正常生产，而且砌筑质量很难保证，砌筑过程存在很大的安全隐患。为了改进传统修炉方式中存在的不足，该公司在2014年焙烧炉火道墙维修中开发出新的焙烧炉，火道墙离线砌筑技术填补了国内离线砌筑技术的空白，并推广应用。
　　1 环式炉发展及火道墙变形和维护现状
　　目前，国内外炭制品石墨制品焙烧都采用美国的环式敞开炉与德国里德哈默式的密闭炉带盖式，我国的敞开式环式焙烧炉是在消化上世纪80年代初引进的日本轻金属公司焙烧技术基础上发展起来的。目前国内使用最多的就是环式焙烧炉，环式焙烧炉一般分敞开式和带盖式两种，由于敞开式环式焙烧炉比带盖式焙烧炉造价相对较低，而且使用寿命长，质量稳定装出炉作业，易实现自动化，已在国内炭素行业广泛应用。
　　1.1 环式焙烧炉结构及工作原理
　　敞开式环式焙烧炉是一种由若干结构相同的炉室呈双排布置，按移动的火焰系统运转，对成型生制品进行焙烧热处理的大型热工设备。火焰的分布方式一种是以美国诺兰达铝业公司与法国彼斯涅铝业公司为代表的W型火道，另一种是以贵铝引进的日轻炉为代表的V型火道。组成环式焙烧炉的各炉室之间既可连通，也可切断生产时把几个炉室串连起来组成一个火焰系统。燃料直接在密闭的火道内，或横墙的上部通道燃烧火道内设有折流墙使燃烧生成的高温烟气在火道里迂回流动，并经横墙的上部通道流入串连的下一个炉室的火道。在这里再经过一次或两次折流，翻过横墙又进入第三个炉室的火道，烟气依次流经串连在一起的。火焰系统中每一个炉室的火道焙烧炉如同一个大量气体流动的，热交换器完成对料箱内生制品的。加热这种流动方式有利于火道内温度均匀火道顶部开有4个孔，便于供入燃料测温测压及观察等操作如图1所示。
　　1.2 焙烧炉火道墙变形的方式
　　焙烧炉是由大量的黏土耐火材料砌筑的间歇型工业炉，每个炉子中的耐火材料制品填充料都要经过从常温升到1250℃，然后保温、降温、冷却到常温。长此以往运行几十个火焰周期后会出现火道墙凹陷下沉现象，部分火道还会出现弯曲、变形现象（如图2）。影响负压及火焰的分布系统不能正常运行对变形严重影响，装出炉工作及产品质量的火道不得不进行拆除维修。 　　1.3 焙烧炉火道墙变形的原因
    耐火材料理化指标不合格是影响焙烧炉火道墙变形的主要因素，如果耐火材料荷重软化点、重烧线变化、高温体积稳定性等达不到技术要求，高温过后很容易造成火道墙的凹陷与变形，砌筑过程各立缝、水平缝、膨胀缝控制不好也将直接影响耐火材料在高温过程膨胀与收缩，造成火道墙下陷、弯曲、变形。砌筑完成后未经严格的烘炉管理，升温过程未按严格的调温操作，装出炉时夹具及炭块的碰撞都是造成火道墙变形的因素。
　　1.4 传统的火道墙维修方式
　　对于变形严重，造成料箱尺寸过小，影响装出炉作业的火道墙必须进行拆除维修。由于火道墙是由小块耐火砖砌筑而成，拆除一条火道墙大约需要10~12h，重新砌筑一条需要24h左右，拆除并重砌一条火道墙就必须搬运近30t的耐火材料。这不仅给修炉工作带来困难，而且给车间正常生产增加难度，特别是环式焙烧炉是以间歇循环方式作业，留给维修火道墙的时间非常紧张，通常在炉温还有80~120℃时就必须开始刨修，工作环境极为恶劣。反过来又影响施工质量形成恶性循，环拆除完成后，砌筑人员必须站在两侧料箱狭小的空间内进行维修作业，每条火道长5460mm，高5600mm，如图3所示。3000多块维修用的耐火砖使用吊装绳上下倒运，每次砌筑1.5m左右，必须支撑脚手架，修炉人员站在脚手架上进行第二节砌筑，依次循环完成火道墙砌筑工作。在料箱内作业环境差，作业时间长耐火材料的上下倒运及站在脚手架上作业存在很大安全隐患，且砌筑质量难以保证。
　　2 火道墙离线砌筑技术开发及应用效果
　　为解决在焙烧炉内维修时间长施工环境恶劣，砌筑质量难以保证，影响生产等难题，公司自2010年便致力于开发新型科学便于施工的火道墙维修新技术。经过在2#焙烧炉火道墙维修过程中不断摸索，多次现场测量耐火材料计算设计、3D影像模拟砌筑、吊装夹具制作及吊运试验、反复论证终于在2014年完成离线砌筑技术开发，并在2#炉火道墙维修过程中实施推广。2#焙烧炉结构性能如表1所示。
　　离线砌筑必须在炉外制作几个水平的砌筑平台，在砌筑平台上砌筑火道墙墙体，安装离线砌筑专用吊装夹具，用起重设备将夹具连同火道墙整体吊运至焙烧炉的相应位置，拆卸离线砌筑专用夹具，拆除完成后使用高温胶泥安装吊装孔专用的耐火材料，完成对离线砌筑火道墙的安装。 　　2.1 离线砌筑技术
　　（1）火道墙离线砌筑前应进行分节计算现场实地测量,3D影像模拟砌筑根据火道墙横墙及耐火材料的设计尺寸进行计算，实地测量横墙凹口尺寸及安装火道墙位置两端尺寸，模拟把火道墙分为节分开时必须注意火道墙拉砖的位置，根据起重机载重计算每节火道墙的重量，超过起重机的负荷，应考虑分为4节，全部完成后进行3D影像模拟砌筑，确认可以实施后进行夹具的设计及耐火砖的设计。
　　（2）离线砌筑用专用夹具的制作及离线砌筑用耐火砖的设计及制作。根据火道墙的长度、高度结合料箱的尺寸，制作火道墙离线砌筑专用夹具。火道墙离线砌筑专用夹具由特制槽钢、角钢、圆钢、锰钢板、加压装置、紧固装置、吊装绳、加力杆、U型环等组成，上方及左右焊接固定丝杠。火道墙被左右、上下、紧固加压装置紧扣在夹具内与夹具形成一个坚固的整体。夹具的上方安装有吊装用钢丝绳，制作可靠牢固经起重机吊起后非常平稳，每节对接时非常合理，夹具安装拆卸方便。为了更好地使用夹具，把墙体组装牢固，需对使用的耐火材料进行重新设计，对需要分节的位置增加紧固装置的安装孔、安装槽、孔槽修补专用耐火材料。
　　（3）吊装前的准备。离线砌筑完成后的火道墙经检查长度、宽度、高度等全部合格后清扫墙体，并安装火道墙专用吊装夹具。把火道墙专用夹具安装在火道墙上，紧固夹具上的加压装置及紧固装置。检查无任何问题后准备吊装整体火道，吊装前首先对料箱横墙等关键部位进行测量测量，横墙凹口宽度料箱内横墙与横墙之间的长度对于变形后达不到要求的凹口尺寸，需使用切割机切割切割完成后使用施工线由上垂到底部检查凹口内无凸出、障碍物。检查天车专用通道焙烧炉相应位置的四周，清除障碍物以上工作全部准备完成后开始吊装。
　　（4）吊运、安装过程控制。火道墙吊起后必须垂直，不准斜吊，起吊时如发现不够平衡，应放下重新调整U型环及钢丝绳，不准吊起后在空中纠正起吊时应徐徐起落，避免过急过猛或突然急刹，回转时不能过速禁止任何人员站在吊装的火道墙上，以人作平衡体横墙两端确认铺设好硅酸铝纤维棉，整体火道墙吊运至所需安装的炉室后，火道墙每端安排两人根据指挥人员的指令，扶正火道墙对准横墙凹口慢慢下落，确认卡扣到所需位置，并与下面的火道墙凹槽对好后拆卸夹具。
　　2.2 离线砌筑技术应用效果
　　（1）缩短焙烧炉的检修时间、改善了修炉工的工作环境、提高焙烧炉的生产效率，离线砌筑逐步取代了在焙烧炉内施工作业，弥补了现场砌筑过程中存在的不足，在焙烧炉内重新砌筑一条火道需要24h左右，而且环境较差,在砌筑平台离线砌筑仅需12h左右，吊运安装一条火道只需要1h左右，大大减少了在炉内的作业时间，而且在炉外砌筑环境好，改善了修炉工的工作环境，降低工人劳动强度，提高了焙烧炉的生产效率。
　　（2）减少了修炉过程中的安全隐患。在焙烧炉内砌筑火道，墙修炉人员需要站在脚手架上作业，耐火材料要使用吊装绳来回倒运，安全隐患大。整体离线砌筑全部在场外砌筑每节控制在1.5m左右，不需要支撑任何架体便可以砌筑完成减少了在炉内砌筑的安全隐患。
　　（3）砌筑质量更稳定、工艺更优化。离线砌筑可以确保砌筑质量，有利于砌筑过程质量控制，及监理工作。减少了在焙烧炉内砌筑作业时间，离线砌筑可以连续作业砌筑，完成后可在砌筑场地摆放，达到自然干燥后再进行吊运、安装，增加了自然干燥期，解决了墙体未经干燥便强制升温的难题。
　　（4）使用寿命长、降低了维修成本。在炉内砌筑质量难以保证，有的使用不到一年便出现扭曲变形现象，不得不再进行维修，使用寿命短，维修费用高，离线砌筑的火道墙使用后两年内没有任何凹陷、变形现象。相比炉内砌筑，使用寿命长大大降低了维修成本。
　　3 结论
　　（1）实践证明离线砌筑在焙烧炉维修中是可以推行的，不仅改善了施工环境，降低工人劳动强度，而且最大限度地缩短了焙烧炉的检修时间，可大大提高焙烧炉的生产效率。
　　（2）离线砌筑取代焙烧炉内砌筑，有利于砌筑过程质量控制，及监理工作。火道墙离线砌筑比在焙烧炉内砌筑质量更加稳定。
　　（3）离线砌筑增加了自然干燥期，解决了刚砌筑完未进行干燥及严格烘炉管理就进入系统升温而存在的不足，从而延长了焙烧炉使用寿命，对于增加设备投资效益，降低生产成本是一项非常有效的措施。