岳陽市安達(dá)耐火材料有限公司

可持續(xù)建筑工藝在鋁熔煉爐建造中的應(yīng)用

摘要
    爐窯建造中耐火材料的應(yīng)用經(jīng)歷了定形耐火材料（耐火磚）、定形與不定形耐火材料（澆注料）結(jié)合、到現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的全澆注料爐襯。耐火磚因二次燒結(jié)而浪費(fèi)能源，且筑爐效率低、筑爐工期長；澆注料筑爐時(shí)施工工藝要求高、模具費(fèi)用高、制模工期長，且烘爐時(shí)間較長，并需嚴(yán)格按照烘爐曲線執(zhí)行，否則極易出現(xiàn)爆裂的問題；開發(fā)工廠化生產(chǎn)的模塊化預(yù)制件將對澆注料筑爐起到很好的推動(dòng)，本文對預(yù)制件優(yōu)點(diǎn)與可行性進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：澆注料；預(yù)制件；烘干
1前言
    鋁熔煉爐是鋁加工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，耐火材料質(zhì)量的好壞是影響爐窯整體質(zhì)量與運(yùn)行壽命的重要因素。定形耐火材料的加工是經(jīng)過二次燒結(jié)的，這個(gè)過程中浪費(fèi)了大量的能源（每噸約250kg標(biāo)準(zhǔn)煤），并且隨著爐窯的大型化耐火磚的強(qiáng)度滿足不了需求。20世紀(jì)80年代后期，隨著不定型耐火材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，低水泥、超低水泥和無水泥澆注料、抗?jié)B透不粘鋁低水泥澆注料等一系列高技術(shù)耐火材料在我國問世，并在各種鋁熔煉爐上得到應(yīng)用。由于低水泥澆注料與抗?jié)B透不粘鋁低水泥澆注料性能優(yōu)良，具有氣孔率低、氣孔尺寸細(xì)小、密度大、體積穩(wěn)定性好、中溫強(qiáng)度高、用水量低、和抗?jié)B透不粘鋁等特點(diǎn)，上世紀(jì)  90年代以來，迅速在鋁熔煉爐上得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于用低水泥澆注料筑爐時(shí)對用水量、攪拌方式、攪拌時(shí)間、膨脹縫設(shè)置等要求較高，加上砌筑體氣孔率很低，導(dǎo)致在烘烤過程中，水分排除非常困難。這就要求有足夠的烘爐時(shí)間（15～20天），并且烘爐曲線要制定得非常合理，需嚴(yán)格按照烘爐曲線執(zhí)行，以防發(fā)生爆裂。此外，由于低水泥澆注料屬于觸變性材料，在材料的施工過程中，需要有強(qiáng)制振動(dòng)才能使之充填致密，保證其良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，這類材料的施工勞動(dòng)強(qiáng)度很大，如果振動(dòng)不夠，會導(dǎo)致局部出現(xiàn)空洞，尤其是復(fù)雜部位，從而影響整體強(qiáng)度和氣密性。

      針對上述問題，岳陽市安達(dá)耐火材料有限公司致力于攻克耐火材料應(yīng)用的難題，提出了可持續(xù)建筑工藝在鋁熔煉爐中應(yīng)用的觀點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)爐底、墻、頂部預(yù)制件的工廠化生產(chǎn)，并實(shí)際應(yīng)用于爐窯的建造中，效果十分理想。
2預(yù)制件
2.1澆注料筑爐的優(yōu)點(diǎn)
2.1.1、節(jié)省能源：耐火磚需經(jīng)過二次燒結(jié)（每噸約250kg標(biāo)準(zhǔn)煤），而澆注料無需二次燒結(jié)，節(jié)省大量能源。
2.1.2、提高爐襯的整體性與氣密性，減少鋁液與爐氣滲漏，且爐襯澆注料強(qiáng)度高于耐火磚強(qiáng)度，提高爐襯使用壽命。
2.1.3、耐火磚為多處貫通縫，澆注料膨脹縫采用防滲漏凹凸槽結(jié)構(gòu)，減少鋁液滲漏。
2.1.4、抗?jié)B透不粘鋁澆注料能減少爐壁粘渣與爐膛積渣，提高鋁液質(zhì)量，同時(shí)減少爐襯因爐渣滲透浸蝕造成的損壞，提高爐襯使用壽命。
2.1.5、大型爐窯澆注時(shí)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工效率。
2.1.6、爐膛復(fù)雜部位施工時(shí)耐火磚很難實(shí)現(xiàn)，而澆注料就變得簡單易行。
2.1.7、廢舊耐火材料經(jīng)回收、挑選、破碎后可以作為較低級的澆注料原料，特別是輕質(zhì)保溫澆注料大部分是利用再生原料，減少能源與資源消耗。
2.2預(yù)制件筑爐的優(yōu)點(diǎn)
        預(yù)制件筑爐的思路來源于遠(yuǎn)大的可持續(xù)建筑思想，具有很多現(xiàn)場澆注無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
2.2.1、確保分塊澆注：合理的分塊尺寸保證了合理的膨脹縫設(shè)置，避免現(xiàn)場澆注分塊不合理引起的澆注塊開裂現(xiàn)象。
2.2.2、合理的塊間防滲結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)化的凹凸防滲槽在保證膨脹縫的同時(shí)避免了鋁液滲漏，而現(xiàn)場澆注的防滲槽設(shè)置往往不到位，容易引起鋁液滲漏。
2.2.3、爐底斜坡施工難題得到解決，因?yàn)槿鄢乜節(jié)B透不粘鋁澆注料流動(dòng)性較好，斜面澆注難以進(jìn)行。
2.2.4、預(yù)制件的模具面將作為爐膛工作面，提高使用壽命，特別是爐底。
2.2.5、澆注料施工時(shí)用水量是最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，因?yàn)槟突饾沧⒘厦吭黾?%的用水量，其整體質(zhì)量會下降20%左右，現(xiàn)場施工時(shí)因攪拌設(shè)備、模具與人為因素的影響，往往很難把握，而工廠化生產(chǎn)時(shí)無論是設(shè)備、模具還是工藝控制，都能保證嚴(yán)格控制用水量，所以工廠化生產(chǎn)的預(yù)制件質(zhì)量會明顯優(yōu)于現(xiàn)場澆注。
2.2.6、現(xiàn)場澆注為振動(dòng)棒振動(dòng)，而預(yù)制件往往采用振動(dòng)臺振動(dòng)，振動(dòng)質(zhì)量明顯提高，加上攪拌設(shè)備與攪拌時(shí)間對攪拌質(zhì)量的保證，可以確保預(yù)制件質(zhì)量。

2.2.7、烘干工藝可以大大減少烘爐的時(shí)間，保障了爐窯安全運(yùn)行。預(yù)制件制作最后一步工藝是用烘干爐對其進(jìn)行烘干，烘干溫度為350℃左右，這時(shí)澆注料中的水分已經(jīng)失去了60%-70%。澆注料在烘干過程中有三個(gè)主要失水階段，顯然預(yù)制件已經(jīng)過前兩個(gè)階段，用預(yù)制件建造的爐窯就減少了烘爐時(shí)間，簡化了烘干工藝。
2.2.8、復(fù)合澆注預(yù)制件：爐窯建造現(xiàn)場使用單一成分的澆注料，不能兼顧強(qiáng)度與抗?jié)B透的綜合性能，而大型熔鋁爐窯對澆注料這兩種性能要求越來越高，針對上述情況特別制作了爐墻、爐底復(fù)合澆注預(yù)制件，復(fù)合澆注是兩種完全不相同的材料澆注在一起，內(nèi)側(cè)用抗?jié)B透不粘鋁澆注料，外側(cè)用低水泥高強(qiáng)澆注料。因?yàn)閮蓚?cè)的材料不相同，要求在成型過程中不能相互混合，所以生產(chǎn)復(fù)合澆注預(yù)制件的震動(dòng)工藝要求很高，爐窯建造現(xiàn)場震動(dòng)無法滿足，只能在工廠生產(chǎn)復(fù)合預(yù)制件。復(fù)合澆注預(yù)制件綜合了抗?jié)B透不粘鋁澆注料抗?jié)B透與低水泥澆注料強(qiáng)度高的雙重優(yōu)點(diǎn)。弱化了二者的缺點(diǎn)，使?jié)沧⒛突鸩牧系馁|(zhì)量大大提高，延長爐窯的使用壽命。
2.2.9、節(jié)省現(xiàn)場澆注的模具費(fèi)用與裝拆模工耗，且工廠化生產(chǎn)時(shí)的鋼制模具可重復(fù)使用，降低模具成本。
2.2.10、工廠化生產(chǎn)預(yù)制件時(shí)可完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度與用工成本。
2.2.11、預(yù)制件包裝簡單，方便運(yùn)輸，省去了現(xiàn)場澆注料的繁瑣、浪費(fèi)的包裝。建造現(xiàn)場幾乎用不到模具，大大減少了施工垃圾，現(xiàn)場文明施工。
2.2.12、爐底、墻、頂都采用預(yù)制件，施工速度快，只需將預(yù)制件現(xiàn)場搭建，在拼接部位的澆注槽澆注連接，縮短施工周期減少生產(chǎn)成本。
2.2.13、預(yù)制件澆注料由于標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)，不僅保證了質(zhì)量，而且降低了成本。
2.3預(yù)制件的生產(chǎn)工藝
2.3.1、結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)：充分考慮分塊膨脹縫、塊間防滲、通用性、包裝、運(yùn)輸與施工；普通預(yù)制件如圖1：
2.3.2、制作模具：要有足夠的強(qiáng)度、尺寸精度高、表面光潔、裝拆與脫模方便；
2.3.3、澆注料取樣：預(yù)制件生產(chǎn)前應(yīng)對澆注料取樣澆注，確定其用水量、初凝時(shí)間、烘干強(qiáng)度、燒結(jié)強(qiáng)度等。
2.3.4、干料攪拌：水泥分裝的澆注料需要有足夠的干混時(shí)，確保其成份的均勻性。
2.3.5、加水?dāng)嚢瑁喉殗?yán)格控制用水量與攪拌時(shí)間。
2.3.6、振動(dòng)成型：將模具固定于振動(dòng)臺，振動(dòng)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)。
2.3.7、脫模養(yǎng)護(hù)：預(yù)制件成型后，要經(jīng)過3－5天的自然養(yǎng)護(hù)。
2.3.8、進(jìn)爐烘干：預(yù)制件自然養(yǎng)護(hù)完畢要經(jīng)過5－7天的烘干，烘干溫度為350℃。
2.3.9、采用木托包裝，做到防雨防潮。
3預(yù)制件的應(yīng)用
        預(yù)制件在爐窯行業(yè)中的應(yīng)用，越來越受到重視，因?yàn)闋t窯設(shè)備的特殊構(gòu)造，尤其是鋁熔煉爐，爐窯體積相對鋼鐵冶金爐窯要小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其爐門口、火口、排煙口、加料口、進(jìn)鋁口、放水口等部位的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸要求嚴(yán)格。其高溫強(qiáng)度要求高、同時(shí)具有耐磨、耐沖刷、整體結(jié)構(gòu)性好。
        新建爐窯（含大修），除底部和側(cè)部保溫材料外，爐底、爐墻、爐頂均可利用預(yù)制件一次砌筑成型。在爐內(nèi)村損壞而需要局部修理的中修，無論原來是磚砌筑或預(yù)制件砌筑的，都可以采用預(yù)制件進(jìn)行局部更換修理。無論是新建爐窯或爐窯的修理，其施工周期縮短50%，由于預(yù)制件是工廠化生產(chǎn)的，同時(shí)經(jīng)過烘干，其水份得到了排除，其結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、強(qiáng)度較高，因而需要烘烤的時(shí)間縮短。從建造或大修到投入生產(chǎn)整個(gè)周期大大縮短，效率大大提高。
        預(yù)制件砌筑的爐窯，整體結(jié)構(gòu)性好，不會因?yàn)槠鲋に嚥坏轿欢霈F(xiàn)烘爐時(shí)出現(xiàn)裂紋，使用時(shí)出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象，因?yàn)轭A(yù)制件與預(yù)制件之間，采取了防滲漏措施，既起到防滲漏又是伸縮縫，因而整體性和密封性能較好，現(xiàn)市場上使用預(yù)制件砌筑的爐子，就證明了上述特點(diǎn)。
        預(yù)制件砌筑的爐窯，根據(jù)需方不同產(chǎn)品或工藝的要求，可采用不同的材料。爐頂根據(jù)爐子的大小可采用不同型號的低水泥高強(qiáng)度預(yù)制件，爐底和爐墻可采用高強(qiáng)度澆注料和不粘鋁澆注料進(jìn)行復(fù)合澆注的預(yù)制件。
                預(yù)制