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延长阳极组装中频炉炉衬使用寿命的措施探讨

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：张显春

[导读] 本文依据某公司阳极组装中频炉炉衬的使用情况，从筑炉材料、筑炉、烘炉、铁水出炉温度、磷铁配方、使用维护等方面对延长炉衬使用寿命的措施进行了探讨。

鹤庆溢鑫铝业有限公司张显春云南大理　671507

[摘要] 本文依据某公司阳极组装中频炉炉衬的使用情况，从筑炉材料、筑炉、烘炉、铁水出炉温度、磷铁配方、使用维护等方面对延长炉衬使用寿命的措施进行了探讨。
[关键词] 阳极组装; 中频炉; 筑炉；炉衬; 使用寿命; 磷铁；使用维护
        0　前言
        在电解铝阳极组装生产流程中,中频炉是一个非常关键的工序，它主要负责提供组装碳块和钢爪所用的铁水。在中频炉的生产中，中频炉的炉龄，是衡量中频炉生产水平的一项综和性指标，炉龄的高低不仅代表着技术装备、工艺操作、生产管理等水平，也决定着中频炉的生产效率、生产成本的高低以及炉子的安全平稳运行。本文结合某电解铝公司的生产实践，主要从中频炉炉衬使用材料、筑炉工艺、烤炉以及日常的操作、维护等方面进行分析，探讨延长炉衬使用寿命的措施。
        1　筑炉材料
        筑炉料按主要成份可分为硅质、铝质、镁质、莫来石质干振料，铬质干振料等几大类，按酸碱性又分为酸性、中性和碱性材料。根据中频炉的结构和使用工况，要求炉衬要能满足以下几方面的要求：应有足够的耐火度和苛重软化点，应有较强的抗渣性，应有较好的抗热震性应有足够的强度。同时，还要求炉衬材料具有热导率小、电导率低，这样才能保证炉内铁水温度的恒定，节约能源，提高热效率。结合目前行业的实践，选用酸性干振材料作为炉衬，可以较好的满足中频炉的使用要求。
        2　筑炉工艺
        2.1筑炉前准备
        一是要清除工作场地，包括顶部和炉子内部的灰尘、耐火材料碎片、渣子和散落金属，防止这些东西掉入炉衬内；二是在材料移到现场之前要清理包装袋的灰尘；三在工作现场的人员必须清除口袋内的所有东西；四是从包装袋向外到料时，不要让包装袋的碎片进入炉衬，要用快刀把包装袋割成平口。
        2.2铺炉
        铺炉顺序由内往外依次为一层云母纸→报警钢丝网＞石棉布。铺炉时，要采用自下而上的方式进行，先将炉内清扫干净，铺一层云母纸，要求铺平整；再铺一层距离炉底和炉口30公分、两端不允许搭在一起的报警钢丝网，连接好炉底引入的报警钢丝，并要求铺平整；最后铺一层石棉布，要求铺平整。之后将另一根报警钢丝从炉底正中往上引出，铺一层圆形石棉布，注意石棉布、云母纸搭缝错开，报警钢丝网错开处置于易观察点。炉底报警线必须从安装点由下部炉底引入，然后折成90°角伸入炉底。炉底施工完成后，应确保报警线不被弯折，其端头应能与坩锅模板接触良好。
        2.3筑炉
        （1）炉壁炉底铺设完成后将筑炉用石英砂加入炉内，找到炉底报警钢丝后找平，使用炉底振动机进行捣打夯实，震动期间应数次交替变换压力、改变震动频率。
        （2）炉底打实后，用水平尺找平炉底，清除多余的石英砂,找出炉底引入的报警钢丝平铺在底部正中，拆除炉底涨圈。
        （3）将坩埚模放入其内，使坩埚模和中频炉处于同心圆位置，坩锅底完全压住报警钢丝，不能露出，坩埚模外径与炉壁间距保持均匀一致，要求各方向误差小于5mm，并固定好坩埚模。
        （4）固定好坩埚模，清理干净炉底杂质后抛松5cm左右的石英砂，均匀加入石英砂，然后用工具叉捣实，重复加石英砂至炉口涨圈后拆除涨圈后加满。
        （5）接好气动筑炉机用行车吊起放入坩埚底部椎体焊缝往上2-3cm处从下往上筑打，离炉口30cm的距离部位不允许打。
        3　启炉
        3.1烘炉
        炉衬的烘烤与烧结分为三个阶段：烘烤阶段、半烧结阶段、完全烧结阶段，炉衬烧结升温曲线见图1。整个烘炉过程，要求升温速度缓慢，炉内温度要均匀，防止急冷急热。在烘烤阶段以75°C/小时的升温速度用感应能量把起熔块或炉料加热到600°C，保温2小时，彻底排除炉衬中的水分；再以90℃/小时的升温速度用感应能量将炉料加热到1050℃；在1050℃保温3小时进行半烧结。在此阶段必须控制升温速度，防止产生裂纹。保温结束后再以110℃/小时的熔炼速度使炉料熔化达到90%，并在炉料完全熔化前开始加料，直到加料至满炉。每次加料应在上次料没有完全熔化之前进行，注意不要产生搭棚现象,以不大于200℃/小时的升温速度升温至1580℃，并保温3小时。

        图1　　炉衬烧结升温曲线
        3.2启炉
        烘炉结束后，降温至正常出铁温度开始生产。由于新炉的烧结层较薄，因此新炉的使用操作很重要。一是新炉出铁水的第1炉应出50%即加料熔化，这样可以避免炉衬骤冷而出现裂纹等缺陷，使新炉子尽可能地进行连续熔炼，避免间断熔炼忽冷忽热而造成的裂纹。一般应连续熔化1个星期；二是新炉子在使用过程中，下料时尽量避免强烈冲击炉底和炉墙，以免出现炉衬剥落、裂纹等。
        4　日常操作、维护
        4.1工艺控制
        （1）磷铁水成份的配比，不但影响浇铸的质量和效率，对炉衬耐火材料寿命也有显著影响，特别是硫的含量。为减少磷铁水对炉衬的侵蚀，要严格按成份配比标准控制好加入中频炉的原料，特别要注意内部回收的废铁等废料的加入量。
        （2）铁水温度。根据炉衬材料厂家提供的烘炉工艺要求，烧结温度在1580~1595℃。而有关试验资料表明，石英沙烧结层在1200~1400℃之间跟着温度升高，烧结性能渐渐进步，力学性能接续增强，耐压强度大幅度进步；当温度提升到1500℃时，试样出现微裂纹，其力学性能开始降落。在日常操作中，当铁水出炉温度达1500℃时，由于流动性的原因，可能炉内局部温度已超过了1500℃，高温会导致炉衬出现微裂纹，使铁水渗透，从而加快了炉衬的劣化，造成炉龄寿命缩短。车间从铁水配比，入炉物料的搭配等方面进行了摸索和总结，将铁水出炉温度按制在1450℃之内，使用炉衬的使用寿命得到了很大的提升。
        4.2规范日常操作
        炉子在使用过程中的日常操作对炉衬的使用寿命也相当重要，操作不当将严重影响炉衬的使用寿命，尤其是新炉烧结层较薄，因此新炉的使用工艺更为重要。
        （1）新炉出水的第一炉应出50%既加料熔化。这样可以避免全部出水后加料导致炉衬骤冷出现裂纹等缺陷。
        （2）新炉应尽可能的连续熔炼，避免间断熔炼造成的骤冷骤热导致炉衬出现裂纹。
        （3）下料时严禁强烈冲击炉底和炉壁。否则，会产生炉衬剥落、裂纹。
        （4）严禁出现炉料“搭桥”。由于炉料出现“搭桥”，将导致炉衬出现局部高温甚至超过炉衬的耐火度，从而导致炉衬熔融而蚀损。
        （5）铁水的化学成分和温度达到要求后，要及时断电和出铁。
        （6）熔炼作业结束，铁水出尽后，为防止迅速冷却使炉衬形成大裂纹，须采取适当的缓冷措施，如在坩埚盖上复加石棉板；出铁口用保温砖和造型用砂堵住；炉盖和炉口间的缝隙用耐火粘土或造型用砂封住。
        （7）如果需要长时间停炉，就没有必要对坩埚进行保温。为了能较好地保管炉衬，在坩埚内铁水出尽后，吊入一块起熔块并使其温度升至800～1000℃然后盖上炉盖，停电，让炉温缓慢冷却。经长期停炉的坩埚炉衬，不可避免的要出现裂纹，在再次熔化使用时，一定要认真检查和维修。熔化时必须缓慢升温，使炉衬中形成的细小裂纹自行弥合。
         4.3维护检修
         感应电炉的日常维护和检修工作也是十分重要的，它能及时发现和消除隐患，避免重大事故发生并保证安全生产，提高炉衬的使用寿命。
         5　结束语
        中频炉使用寿命对阳极组装生产的影响很大, 较长的炉龄不但有利于整个阳极组装生产效率的提升,而且也是确保中频炉的安全平稳运行的保障。在中频炉的生产运行中，要从炉衬材料、筑炉工艺、烤炉以及日常的操作、维护等方面加强管理，才能使炉使用衬寿命得到更好地延长，提高经济效益，确保生产安全、高效、平稳运行。
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