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電解鋁廠鑄造混合爐的使用、維護與檢修

文檔作者：劉民章1 張能發(fā)2 張娟娟1 賈娟娟1 張海慶1 文檔來源： 1．青海國鑫鋁業(yè)股份有限公司 2．青海橋頭鋁電股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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·28· 有色冶金節(jié)能口設備節(jié)能
電解鋁廠鑄造混合爐的使用＼維護與檢修
劉民章1 張能發(fā)2 張娟娟1 賈娟娟1 張海慶1
(1．青海國鑫鋁業(yè)股份有限公司，西寧810007；2．青海橋頭鋁電股份有限公司，西寧810100)
[摘要] 介紹了混合爐的主要構(gòu)成及其作用，從混合爐的加料、攪拌扒渣以及出鋁三方面提出了混合爐的使用
要求，簡述了混合爐常見故障、發(fā)生原理以及處理方法。
[關(guān)鍵詞] 混合爐；主要構(gòu)成；使用；常見故障；維護與檢修
[中圖分類號]TG292 【文獻標志碼】B 【文章編號]1008—5122(2017)06—0028—04
The Use，Maintenance and Overhaul of Casting Holding
Furnace in Electrolysis Aluminum Plant
LIU Min-zhang，ZHANG Neng-fa，ZHANG Juan-juan，JIA Juan-juan，ZHANG Hai-qing
Abstract：In this paper，the main constitution and function of the casting holding furnace are introduced，
the operation requirements of casting holding furnace are put forward from three aspects of feeding，stir—
ring and slag skimming，and aluminum discharging．And the common faults of the furnace，the principle
of occurrence and the treatment method are described in brief．
Key words：casting holding furnace；main constitution；operation；common fault；maintenance and
overhaLll
在電解鋁廠的鑄造車間，混合爐是最為關(guān)鍵的
設備?；旌蠣t運行狀況的好壞直接關(guān)系到鑄造車間
生產(chǎn)任務的順利完成與否。因為所有原鋁液均須由
真空抬包轉(zhuǎn)入混合爐中，并在其中進行成分調(diào)配、降
溫、攪拌、靜置、除渣脫氣后，才能進行澆鑄成為產(chǎn)
品。因此，合理安排混合爐的運行方式，做好混合爐
的維護檢修以及管理工作，對于保持混合爐的運行
工況，安全高效地完成生產(chǎn)任務十分重要。
1混合爐的基本構(gòu)造
混合爐主要由爐體鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、爐頂(爐蓋)、
[收稿日期]2017—07一12
[作者簡介]劉民章(1961一)，男，陜西大荔人，大學本
科，高級工程師，青海國鑫鋁業(yè)股份有限公司技術(shù)中心項目
工程師，主要從事鋁加工項目申報、驗收資料撰寫等工作。
爐蓋的運行軌道以及控制箱組成。
1．1爐體鋼結(jié)構(gòu)
爐體鋼結(jié)構(gòu)主要由10～16 mm的Q235鋼板以
及16’～20’槽鋼通過焊接或用螺栓緊固而成。鋼結(jié)
構(gòu)下部用10?！?24工字鋼作為支撐并與混凝土基礎
相接，還可起到保持爐底通風降溫的作用。爐體鋼
結(jié)構(gòu)的主要作用是承載爐襯耐火材料及鋁液重量。
以40 t開放式混合爐為例，爐體鋼結(jié)構(gòu)與爐襯澆注
料的總重可達115 t，承載鋁液達40 t。
1．2爐襯
爐襯的主要作用是承載鋁液，并對進入混合爐
內(nèi)的原鋁液實施保溫，防止高溫鋁液直接與鋼結(jié)構(gòu)
底板接觸導致底部鋼板浸蝕、變形或熔穿。根據(jù)結(jié)
構(gòu)形式的不同，爐襯或以耐火材料澆注而成，或以成
形的耐火磚砌筑而成?；旌蠣t用耐火材料、耐火磚
應選用弱堿性，以防高溫鋁液與爐襯發(fā)生化學反應，
萬方數(shù)據(jù)
2017年12月第6期電解鋁廠鑄造混合爐的使用、維護與檢修——劉民章張能發(fā)張娟娟賈娟娟張海慶·29·
對爐襯造成浸蝕，影響爐襯的使用壽命，同時也可防
止因化學反應對鋁液造成污染。
1．3 爐頂
爐頂是混合爐的頂部結(jié)構(gòu)，即爐蓋。其作用是
對混合爐上口進行覆蓋，對熔池內(nèi)高溫鋁液進行保
溫或調(diào)溫，隔絕高溫鋁液與空氣的接觸，防止鋁液的
高溫氧化，減少鋁液的燒損。爐頂主要由鋼結(jié)構(gòu)框
架、耐火澆注料、硅酸鋁纖維、加熱裝置(硅碳棒)、
測溫裝置、空冷裝置以及行走裝置(主要包括電動
機和減速機)組成。
1．4爐蓋運行軌道
多用于敞開式混合爐。由于爐蓋要不定期打開
或閉合，運行時必須沿著一定的軌道行走，才能完成
操作。運行軌道是由一定規(guī)格的軌道鋼制作而成，
并以預埋地腳螺栓緊固于混合爐前后的混凝土基
礎上。
1．5控制箱
主要作用是為混合爐提供動力電源，并對熔池
內(nèi)鋁液實施溫度調(diào)控。
2混合爐的使用
鑄造混合爐的使用主要體現(xiàn)在以下三個方面：
2．1 加料
鋁液由電解槽吸出后均需通過真空抬包轉(zhuǎn)運到
鑄造車間注入到混合爐內(nèi)。在倒料過程中，要掌握
好抬包包嘴與入料口的距離，把握好入料速度，謹防
倒料過程中鋁液飛濺，造成硅碳棒或電阻絲之間短
路，引發(fā)設備事故或?qū)Σ僮魅藛T造成意外傷害。爐
內(nèi)加入冷材(回爐料)的目的，一方面是為了降低混
合爐內(nèi)鋁液的溫度，盡快達到澆鑄溫度，并減少鋁液
的燒損。另一方面，通過加入回爐料可以對原鋁液
的化學成分進行調(diào)整。對于回爐料等冷材的加入，
應事先用鋼絲繩捆綁好，在天車的配合下，垂直而緩
慢地加入到鋁液之中，禁止快速將大塊鋁材拋入鋁
液之中。如此既可以防止鋁液飛濺造成設備事故或
人員傷害，又可以防止大塊鋁錠對熔池內(nèi)襯的強烈
碰撞或沖擊損傷熔池內(nèi)襯，影響混合爐的使用壽命。
2．2鋁液的攪拌與機械扒渣
鋁液注入混合爐內(nèi)后，需經(jīng)過化學成分調(diào)整、加
入除渣劑進行造渣脫氣、攪拌、靜置、扒渣等一系列
工序后，才能進行澆鑄。應該注意的是，目前對于大
中型的混合爐(15 t一40 t)，已不再采用人工鏟、耙
進行攪拌的方法，而是普遍改為采用扒渣車進行攪
拌與扒渣。更為先進的攪拌方式是電磁攪拌。在采
用機械攪拌時，操作人員應嚴格按照操作工藝規(guī)程
進行機械操作，要掌握好扒渣頭的移動方向與速
度，防止其與爐底、爐墻發(fā)生碰撞，避免對熔池內(nèi)襯
產(chǎn)生機械損傷，影響混合爐的使用壽命。
2．3出鋁(澆鑄)
鋁液在混合爐內(nèi)經(jīng)過一系列的處理后，成分與
溫度均達到了工藝要求，進入了鑄錠工序。從減少
鋁液氧化燒損的角度出發(fā)，澆鑄開始后，應在最短的
時間內(nèi)將爐內(nèi)的鋁液澆鑄成錠，可采用“一爐兩機”
的鑄造方式，將爐內(nèi)鋁液排空；但是，出于對混合爐
底部爐襯工作層保護的角度，澆鑄完成后爐底殘留
1．5 t左右鋁液，對于防止爐底降溫速度過快，減少
熱震對爐襯的影響，延長爐襯的使用壽命有很大益
處。結(jié)合調(diào)研與設備管理工作的實踐積累，筆者傾
向于后者。
3混合爐的維護與檢修
混合爐維護檢修、管理的目的是保持和改善設
備的使用性能，使設備出力最大化，以實現(xiàn)生產(chǎn)效率
的最高化。檢驗維護檢修效果的有效途徑是生產(chǎn)過
程中設備使用效果的優(yōu)劣。
3．1硅碳棒的更換
(1)存在問題。硅碳棒是開放式混合爐使用較
為普遍的熱源形式。硅碳棒在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)
的故障有兩種，一是由于接線端白鋼卡子與硅碳棒
的緊固松動，造成接線部位接觸不良、打火，使硅碳
棒端部灼傷，毀斷；二是由于硅碳棒安裝跨距較長，
且在其中部沒有支撐點，硅碳棒長期在高溫條件下
運行，在本身自重的作用下，其中部受熱發(fā)生塑性變
形而下垂。這兩種情況的最終結(jié)果都是必須更換硅
碳棒。
(2)處理方法。一是在爐蓋制作時，在硅碳棒
安裝部位的中部，安裝與硅碳棒相同材料制成、并具
有絕緣層的卡子(要求絕緣并且在1200℃左右不變
形)，減少和防止因硅碳棒在高溫下受熱下垂而發(fā)
生塑性變形；二是在硅碳棒安裝和更換時，要做到操
作精細，避免白鋼卡子的虛接、虛連引起接線部位打
火而造成的硅碳棒損傷；三是爐臺操作工人在倒料
操作時要掌握好角度、力度、速度，避免操作過程中
鋁液的飛濺而引起的硅碳棒接線部位的短路打火；
四是根據(jù)硅碳棒的安裝使用要求，加強對硅碳棒安
裝、連接部位的點檢，發(fā)現(xiàn)接線松動等現(xiàn)象要及時處
萬方數(shù)據(jù)
·30· 有色冶金節(jié)能口設備節(jié)能
理，避免小故障發(fā)展為大故障，最后導致停爐，影響
正常的生產(chǎn)秩序。
3．2爐襯裂紋的處理
(1)存在問題。新砌筑的混合爐爐襯(多以整
體澆注形式)在使用初期的一段時間，可能會出現(xiàn)
爐襯裂紋的問題。其主要原因是在施工過程中使用
的澆注料水泥含量高、收縮率超標以及在烘爐過程
中自由水與結(jié)晶水的排出引發(fā)的重質(zhì)澆注料體積收
縮而造成。
(2)處理方法。裂紋處理的指導思想是在維持
高溫的狀態(tài)下實施對裂紋的修復，以免引起缺陷的
惡化；在較短的時間內(nèi)處理后盡快恢復爐溫，然后逐
步向熔池內(nèi)注人鋁液，對爐襯加載。
裂紋的處理方法為使用棕剛玉細粉(顆粒)和
玻璃粉末按2：1混合，以硅酸鋁纖維毯襯托在裂紋
的下邊沿，將填充粉料緩慢注入裂縫之中。在操作
中如果遇到充滿不再下落時，可使用鋼絲環(huán)撥壓，并
以纖維毯跨裂縫揉合，填充深度應大于20 mm。對
于寬度約為1 mm的細小裂紋，填充效率不明顯，可
直接以纖維毯揉合封閉裂縫。
棕剛玉原料的AI：0，含量大于90％，粒度為60
目至1 mm，玻璃粉以60目籮篩取。
選擇棕剛玉(比重2．8 g／cm3)是遵照填充材料
主要成份與開裂砌體相同的原則，力求性能相近。
由于縫隙較小，取細粉以便實現(xiàn)填充。玻璃(比重
2．4～2．6 g／cm3)是非晶體材料，沒有固定的熔點，
但在約700℃時軟化(1 000℃時可流動)。根據(jù)這
一特性，混入玻璃粉末作為粘合劑，可使其填充占據(jù)
縫隙而不流失，適合在不降溫的情況下修復處置；另
外，玻璃的主要成份是SiO：，與金屬鋁在1 200℃以
上的高溫下發(fā)生微弱的反應。而混合爐正常的工作
溫度僅為750～850 oC，在此溫度下，無反應，從而不
會對鋁液造成污染。經(jīng)此方法處理的混合爐熔池內(nèi)
襯使用壽命一般能達到3年。
3．3爐墻上漲的處理
混合爐爐墻上漲是因為爐底或爐墻某個部位滲
鋁而導致的?；旌蠣t的使用壽命一般為36～60個
月，平均水平為42個月。運行時間達到30個月的
混合爐或輕或重都會出現(xiàn)爐墻上漲的現(xiàn)象，以磚砌
爐襯表現(xiàn)得較為突出。
采用耐火磚或不定型澆注料砌筑的混合爐，在
爐墻上漲現(xiàn)象出現(xiàn)后，爐口上沿的2—3層磚縫基本
開裂，變得酥松，只需將原有的部分去除并清理干
凈，用新的耐火磚及耐火泥重新砌筑即可投入使用。
但是，如果能夠確定是因為爐底耐火材料內(nèi)襯滲鋁
而出現(xiàn)的爐墻上漲，那么，除了采用上述方法處理爐
墻外，還應采用壓縮空氣對爐底滲鋁部位進行強制
降溫，以免高溫鋁液沿著滲漏通道將爐底鋼板腐蝕
貫穿，導致嚴重漏鋁而造成人身傷害和設備事故。
對于這種情況，還應隨時監(jiān)控爐底溫度的變化(正
常情況下不應超過80℃)，如若爐底溫升過高(高
于100～120 oC)，則說明該混合爐已經(jīng)發(fā)生了嚴重
漏鋁，必須立即停爐進行爐襯大修或更換。
3．4鋼結(jié)構(gòu)框架的維護與檢修
(1)存在問題。混合爐在使用過程中由于爐襯
材料的的膨脹，會導致鋼結(jié)構(gòu)框架變形，嚴重時會導
致鋼結(jié)構(gòu)的緊固螺栓斷裂或焊縫開裂，如果不及時
處理將會影響爐蓋的開合，導致爐襯材料繼續(xù)膨脹，
使爐襯材料變得酥松而失去功效，嚴重影響混合爐
的使用壽命，還有可能引發(fā)安全事故。
(2)處理方法。一是在混合爐使用過程中，應
強化以點檢為主的設備巡檢制度，及時發(fā)現(xiàn)和處理
設備缺陷；二是在發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)焊縫開裂及緊固螺栓
斷裂后，檢修部門應及時與生產(chǎn)車間聯(lián)系溝通，及時
停爐，緩慢降溫(可切斷熱源，但切記不可打開爐
蓋，以防止由于降溫過快造成混合爐熔池內(nèi)襯開裂
而影響混合爐使用壽命)。在爐殼外表溫度接近室
溫時，可用J506結(jié)構(gòu)鋼焊條對開裂的焊縫進行重新
焊接。焊縫形式應為斷續(xù)焊接。因為J506焊條為
堿性藥皮，芯子與16bin鋼材同強度等級，可用交流
焊機施焊。堿性焊條要求短弧長、薄焊肉、多焊層操
作，這是工藝特性使然。這個工藝參數(shù)恰好改善了
接頭金相組織，加上藥皮的冶金特性，焊縫的韌性指
標較好，抗裂性能較高，常用作壓力容器的主體焊
材?；旌蠣t鋼結(jié)構(gòu)的焊口開裂后，即使打磨干凈，原
焊接位置的熱影響區(qū)還是不能消除。焊縫金屬接近
鑄造組織，一般情況下，接頭的力學性能無論靜載還
是沖擊韌性均不如母材，國標規(guī)定了相同部位不允
許補焊三次，因為焊口開裂的部位母體組織已經(jīng)疏
松了。因此在進行焊補時，不僅要采用J506焊條，
必要時還應增設加強筋板，把焊縫方向調(diào)轉(zhuǎn)90。。
補焊選用堿性焊條、強度等級略高的焊芯，只是
補強工藝的一部分，其原因是要避開原來的焊接區(qū)。
這也是補焊時采用斷續(xù)焊接的原因。
3．5 出鋁口的維護與清理
(1)存在問題。傳統(tǒng)的混合爐出鋁口是以高鋁
萬方數(shù)據(jù)
2017年12月第6期電解鋁廠鑄造混合爐的使用、維護與檢修——劉民章張能發(fā)張娟娟賈娟娟張海慶·31·
土為原料燒制的。雖然高鋁土流口磚對溫度變化不
是很敏感，但其抗沖刷性能較差。經(jīng)過長時間的使
用，流口極易掛渣，尺寸被涮大，引起流口變形，造成
封堵困難，對爐眼的維護、處理較為頻繁。流口在掛
渣、變形后，需用直流焊機及炭棒進行清理或用氧焊
進行清理，在清理過程中易造成爐眼的損傷。
(2)處理方法。近年來，在混合爐設計、制造、
安裝時，出現(xiàn)了以氮化硅結(jié)合碳化硅為材質(zhì)制作混
合爐的的流口磚。氮化硅結(jié)合碳化硅具有較高的硬
度、強度和抗蝕、抗沖涮性能，而且不易掛渣，容易清
理，但其對溫度的變化很敏感。在正常的生產(chǎn)過程
中，很容易由于溫度的變化形成“熱震”、產(chǎn)生裂紋
進而造成流口滲鋁。因此，在流口砌筑完成后應采
用低水泥澆注料制作流口襯套安裝固定于流口之
內(nèi)，提前對爐眼采取保護措施，以達到安全使用的目
的。在之后的正常生產(chǎn)中，只要流口襯套出現(xiàn)較大
的損傷，可隨時用事先預制并烘干的流口襯套予以
更換，即可恢復混合爐使用。
3．6熔池的維護與清理
(1)存在問題。爐襯耐火材料以A1：O，為主，在
混合爐的運行過程中，熔體內(nèi)的夾渣不斷積累沉積
于爐底(重渣)，在溫度和靜壓作用下，對爐底材料
的滲透程度明顯高于爐墻，具體表現(xiàn)為大修拆除的
廢舊爐襯從初時的黃色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，說明爐底耐火
材料已經(jīng)發(fā)生嚴重變質(zhì)(受到嚴重侵蝕)。
(2)處理方法。爐襯耐火材料失效的判斷包括
兩方面的指標：一是受介質(zhì)沖刷侵蝕導致自身結(jié)構(gòu)
性能缺失；二是受介質(zhì)滲透導致化學成分改變成為
不適應工作環(huán)境的其他材料。
熔池表面的工作溫度約為700～850 oC。熔體
的主要成份是Al和Si、Fe等微量元素。從其共熔
狀態(tài)分析，呈中性偏酸。爐襯砌體和熔體之間存在
下列化學反應：
2A1+Fe203--2Fe+A1203(高溫) (1)
4A1+3Si02--2A120，(微弱)+3Si (2)
3SiO：+4Fe--2Fe：O，+3Si(微弱) (3)
SiO，+CaO zCaSiO，(微弱) (4)
熔池耐火材料在液態(tài)金屬和熔渣的作用下不斷
地被侵蝕、消耗的同時，其中的雜質(zhì)成份(如FeO)
也不斷地向耐火材料中滲透，最終導致耐火材料變
質(zhì)而失效。
鋁液的特點是在較低的溫度下具有良好的流動
性。鋁液沿縫隙侵入爐襯砌體，增大了內(nèi)襯溶蝕及
結(jié)構(gòu)剝裂的面積和速度。金屬凝結(jié)收縮(在750℃
時鋁的比重為2．38 g／cm3，凝結(jié)后為2．62 g／cm3)導
致了爐襯在運行過程中反復浸鋁。嚴重時導致爐襯
砌體上漲。因滲出的金屬鋁使混合爐的熱工性能下
降，進而喪失應有的功用。因此，及時對爐底沉積物
及爐墻附著的熔渣進行清理就顯得十分重要。
對爐底沉積物及爐墻附著的熔渣進行清理時，
以人工采用鏟類工具較為妥當。因為人工清理可以
掌握清理的力度與方向，可避免或減輕對爐襯的機
械損傷。但是采用人工清理時操作工人的勞動強度
較大，工作環(huán)境比較惡劣。雖然如此，應絕對禁止采
用扒渣車等機械設備進行清理作業(yè)。
但是應該注意的是，并非對熔池爐襯的清理越
頻繁、清理得越干凈越好。爐襯清理的太頻繁，對爐
襯所造成的機械損傷就越大。爐襯表面保留適當厚
度的渣層，有防止鋁液中有害雜質(zhì)對爐襯砌體進一
步浸蝕的作用，可以提高爐襯砌體耐浸蝕和沖刷的
能力。因此，建議電解鋁廠鑄造車間加強對混合爐
運行狀況的監(jiān)控，根據(jù)實際情況總結(jié)出一套既能保
持熔池清潔并保持熔池有效容積、又能更好提高混
合爐使用壽命的清爐制度，制定出合理的清爐周期。
清爐周期不能太短也不能太長?？疾炷彻捐T造車
間兩臺混合爐，其清爐周期為10天至15天，混合爐
保持了較為穩(wěn)定的運行狀況。
4 結(jié)語
鋁用鑄造混合爐的運行狀況對于電解鋁廠鑄造
生產(chǎn)的重要性是不言而喻的。因此，只有掌握了混
合爐各組成部分的性能及主要作用，以正確的方法
使用混合爐，并加強對混合爐日常點檢、維護及檢
修，及時而準確地處理運行過程中出現(xiàn)的各種故障，
才能使混合爐保持良好的運行工況，安全、高效地完
成生產(chǎn)任務。

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