敞開式環(huán)式焙燒爐是生產(chǎn)炭素制品最關(guān)鍵的大型熱工爐窯設(shè)備，對一個預(yù)焙陽極生產(chǎn)廠而言，敞開式環(huán)式焙燒爐的基建投資占整個炭素廠總投資的50%~60%，設(shè)計(jì)壽命一般為8~10年，目前許多炭素公司的焙燒爐使用壽命不足8年，有的不到5年就進(jìn)行大修。山東某公司焙燒爐始建于2007年，耐火磚全部采用山東淄博某耐材廠家生產(chǎn)的普通黏土磚，因長期在高溫下重?zé)糠只鸬莱霈F(xiàn)彎曲、下陷、變形現(xiàn)象，墻體出現(xiàn)大的裂縫。為了延長焙燒爐使用壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量，2013年對變形嚴(yán)重的火道使用傳統(tǒng)的修爐方式進(jìn)行了維修，傳統(tǒng)的修爐方式維修時(shí)間長，每次從拆除到砌筑一條火道需要近40h，吊運(yùn)30多噸的耐火材料，不但影響車間的正常生產(chǎn)，而且砌筑質(zhì)量很難保證，砌筑過程存在很大的安全隱患。為了改進(jìn)傳統(tǒng)修爐方式中存在的不足，該公司在2014年焙燒爐火道墻維修中開發(fā)出新的焙燒爐，火道墻離線砌筑技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)離線砌筑技術(shù)的空白，并推廣應(yīng)用。
　　1 環(huán)式爐發(fā)展及火道墻變形和維護(hù)現(xiàn)狀
　　目前，國內(nèi)外炭制品石墨制品焙燒都采用美國的環(huán)式敞開爐與德國里德哈默式的密閉爐帶蓋式，我國的敞開式環(huán)式焙燒爐是在消化上世紀(jì)80年代初引進(jìn)的日本輕金屬公司焙燒技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前國內(nèi)使用最多的就是環(huán)式焙燒爐，環(huán)式焙燒爐一般分敞開式和帶蓋式兩種，由于敞開式環(huán)式焙燒爐比帶蓋式焙燒爐造價(jià)相對較低，而且使用壽命長，質(zhì)量穩(wěn)定裝出爐作業(yè)，易實(shí)現(xiàn)自動化，已在國內(nèi)炭素行業(yè)廣泛應(yīng)用。
　　1.1 環(huán)式焙燒爐結(jié)構(gòu)及工作原理
　　敞開式環(huán)式焙燒爐是一種由若干結(jié)構(gòu)相同的爐室呈雙排布置，按移動的火焰系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，對成型生制品進(jìn)行焙燒熱處理的大型熱工設(shè)備?；鹧娴姆植挤绞揭环N是以美國諾蘭達(dá)鋁業(yè)公司與法國彼斯涅鋁業(yè)公司為代表的W型火道，另一種是以貴鋁引進(jìn)的日輕爐為代表的V型火道。組成環(huán)式焙燒爐的各爐室之間既可連通，也可切斷生產(chǎn)時(shí)把幾個爐室串連起來組成一個火焰系統(tǒng)。燃料直接在密閉的火道內(nèi)，或橫墻的上部通道燃燒火道內(nèi)設(shè)有折流墻使燃燒生成的高溫?zé)煔庠诨鸬览镉鼗亓鲃樱⒔?jīng)橫墻的上部通道流入串連的下一個爐室的火道。在這里再經(jīng)過一次或兩次折流，翻過橫墻又進(jìn)入第三個爐室的火道，煙氣依次流經(jīng)串連在一起的?；鹧嫦到y(tǒng)中每一個爐室的火道焙燒爐如同一個大量氣體流動的，熱交換器完成對料箱內(nèi)生制品的。加熱這種流動方式有利于火道內(nèi)溫度均勻火道頂部開有4個孔，便于供入燃料測溫測壓及觀察等操作如圖1所示。
　　1.2 焙燒爐火道墻變形的方式
　　焙燒爐是由大量的黏土耐火材料砌筑的間歇型工業(yè)爐，每個爐子中的耐火材料制品填充料都要經(jīng)過從常溫升到1250℃，然后保溫、降溫、冷卻到常溫。長此以往運(yùn)行幾十個火焰周期后會出現(xiàn)火道墻凹陷下沉現(xiàn)象，部分火道還會出現(xiàn)彎曲、變形現(xiàn)象（如圖2）。影響負(fù)壓及火焰的分布系統(tǒng)不能正常運(yùn)行對變形嚴(yán)重影響，裝出爐工作及產(chǎn)品質(zhì)量的火道不得不進(jìn)行拆除維修。 　　1.3 焙燒爐火道墻變形的原因
??? 耐火材料理化指標(biāo)不合格是影響焙燒爐火道墻變形的主要因素，如果耐火材料荷重軟化點(diǎn)、重?zé)€變化、高溫體積穩(wěn)定性等達(dá)不到技術(shù)要求，高溫過后很容易造成火道墻的凹陷與變形，砌筑過程各立縫、水平縫、膨脹縫控制不好也將直接影響耐火材料在高溫過程膨脹與收縮，造成火道墻下陷、彎曲、變形。砌筑完成后未經(jīng)嚴(yán)格的烘爐管理，升溫過程未按嚴(yán)格的調(diào)溫操作，裝出爐時(shí)夾具及炭塊的碰撞都是造成火道墻變形的因素。
　　1.4 傳統(tǒng)的火道墻維修方式
　　對于變形嚴(yán)重，造成料箱尺寸過小，影響裝出爐作業(yè)的火道墻必須進(jìn)行拆除維修。由于火道墻是由小塊耐火磚砌筑而成，拆除一條火道墻大約需要10~12h，重新砌筑一條需要24h左右，拆除并重砌一條火道墻就必須搬運(yùn)近30t的耐火材料。這不僅給修爐工作帶來困難，而且給車間正常生產(chǎn)增加難度，特別是環(huán)式焙燒爐是以間歇循環(huán)方式作業(yè)，留給維修火道墻的時(shí)間非常緊張，通常在爐溫還有80~120℃時(shí)就必須開始刨修，工作環(huán)境極為惡劣。反過來又影響施工質(zhì)量形成惡性循，環(huán)拆除完成后，砌筑人員必須站在兩側(cè)料箱狹小的空間內(nèi)進(jìn)行維修作業(yè)，每條火道長5460mm，高5600mm，如圖3所示。3000多塊維修用的耐火磚使用吊裝繩上下倒運(yùn)，每次砌筑1.5m左右，必須支撐腳手架，修爐人員站在腳手架上進(jìn)行第二節(jié)砌筑，依次循環(huán)完成火道墻砌筑工作。在料箱內(nèi)作業(yè)環(huán)境差，作業(yè)時(shí)間長耐火材料的上下倒運(yùn)及站在腳手架上作業(yè)存在很大安全隱患，且砌筑質(zhì)量難以保證。
　　2 火道墻離線砌筑技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用效果
　　為解決在焙燒爐內(nèi)維修時(shí)間長施工環(huán)境惡劣，砌筑質(zhì)量難以保證，影響生產(chǎn)等難題，公司自2010年便致力于開發(fā)新型科學(xué)便于施工的火道墻維修新技術(shù)。經(jīng)過在2#焙燒爐火道墻維修過程中不斷摸索，多次現(xiàn)場測量耐火材料計(jì)算設(shè)計(jì)、3D影像模擬砌筑、吊裝夾具制作及吊運(yùn)試驗(yàn)、反復(fù)論證終于在2014年完成離線砌筑技術(shù)開發(fā)，并在2#爐火道墻維修過程中實(shí)施推廣。2#焙燒爐結(jié)構(gòu)性能如表1所示。
　　離線砌筑必須在爐外制作幾個水平的砌筑平臺，在砌筑平臺上砌筑火道墻墻體，安裝離線砌筑專用吊裝夾具，用起重設(shè)備將夾具連同火道墻整體吊運(yùn)至焙燒爐的相應(yīng)位置，拆卸離線砌筑專用夾具，拆除完成后使用高溫膠泥安裝吊裝孔專用的耐火材料，完成對離線砌筑火道墻的安裝。 　　2.1 離線砌筑技術(shù)
　?。?）火道墻離線砌筑前應(yīng)進(jìn)行分節(jié)計(jì)算現(xiàn)場實(shí)地測量,3D影像模擬砌筑根據(jù)火道墻橫墻及耐火材料的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行計(jì)算，實(shí)地測量橫墻凹口尺寸及安裝火道墻位置兩端尺寸，模擬把火道墻分為節(jié)分開時(shí)必須注意火道墻拉磚的位置，根據(jù)起重機(jī)載重計(jì)算每節(jié)火道墻的重量，超過起重機(jī)的負(fù)荷，應(yīng)考慮分為4節(jié)，全部完成后進(jìn)行3D影像模擬砌筑，確認(rèn)可以實(shí)施后進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì)及耐火磚的設(shè)計(jì)。
　?。?）離線砌筑用專用夾具的制作及離線砌筑用耐火磚的設(shè)計(jì)及制作。根據(jù)火道墻的長度、高度結(jié)合料箱的尺寸，制作火道墻離線砌筑專用夾具?；鸬缐﹄x線砌筑專用夾具由特制槽鋼、角鋼、圓鋼、錳鋼板、加壓裝置、緊固裝置、吊裝繩、加力桿、U型環(huán)等組成，上方及左右焊接固定絲杠?；鸬缐Ρ蛔笥?、上下、緊固加壓裝置緊扣在夾具內(nèi)與夾具形成一個堅(jiān)固的整體。夾具的上方安裝有吊裝用鋼絲繩，制作可靠牢固經(jīng)起重機(jī)吊起后非常平穩(wěn)，每節(jié)對接時(shí)非常合理，夾具安裝拆卸方便。為了更好地使用夾具，把墻體組裝牢固，需對使用的耐火材料進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對需要分節(jié)的位置增加緊固裝置的安裝孔、安裝槽、孔槽修補(bǔ)專用耐火材料。
　?。?）吊裝前的準(zhǔn)備。離線砌筑完成后的火道墻經(jīng)檢查長度、寬度、高度等全部合格后清掃墻體，并安裝火道墻專用吊裝夾具。把火道墻專用夾具安裝在火道墻上，緊固夾具上的加壓裝置及緊固裝置。檢查無任何問題后準(zhǔn)備吊裝整體火道，吊裝前首先對料箱橫墻等關(guān)鍵部位進(jìn)行測量測量，橫墻凹口寬度料箱內(nèi)橫墻與橫墻之間的長度對于變形后達(dá)不到要求的凹口尺寸，需使用切割機(jī)切割切割完成后使用施工線由上垂到底部檢查凹口內(nèi)無凸出、障礙物。檢查天車專用通道焙燒爐相應(yīng)位置的四周，清除障礙物以上工作全部準(zhǔn)備完成后開始吊裝。
　?。?）吊運(yùn)、安裝過程控制。火道墻吊起后必須垂直，不準(zhǔn)斜吊，起吊時(shí)如發(fā)現(xiàn)不夠平衡，應(yīng)放下重新調(diào)整U型環(huán)及鋼絲繩，不準(zhǔn)吊起后在空中糾正起吊時(shí)應(yīng)徐徐起落，避免過急過猛或突然急剎，回轉(zhuǎn)時(shí)不能過速禁止任何人員站在吊裝的火道墻上，以人作平衡體橫墻兩端確認(rèn)鋪設(shè)好硅酸鋁纖維棉，整體火道墻吊運(yùn)至所需安裝的爐室后，火道墻每端安排兩人根據(jù)指揮人員的指令，扶正火道墻對準(zhǔn)橫墻凹口慢慢下落，確認(rèn)卡扣到所需位置，并與下面的火道墻凹槽對好后拆卸夾具。
　　2.2 離線砌筑技術(shù)應(yīng)用效果
　　（1）縮短焙燒爐的檢修時(shí)間、改善了修爐工的工作環(huán)境、提高焙燒爐的生產(chǎn)效率，離線砌筑逐步取代了在焙燒爐內(nèi)施工作業(yè)，彌補(bǔ)了現(xiàn)場砌筑過程中存在的不足，在焙燒爐內(nèi)重新砌筑一條火道需要24h左右，而且環(huán)境較差,在砌筑平臺離線砌筑僅需12h左右，吊運(yùn)安裝一條火道只需要1h左右，大大減少了在爐內(nèi)的作業(yè)時(shí)間，而且在爐外砌筑環(huán)境好，改善了修爐工的工作環(huán)境，降低工人勞動強(qiáng)度，提高了焙燒爐的生產(chǎn)效率。
　?。?）減少了修爐過程中的安全隱患。在焙燒爐內(nèi)砌筑火道，墻修爐人員需要站在腳手架上作業(yè)，耐火材料要使用吊裝繩來回倒運(yùn)，安全隱患大。整體離線砌筑全部在場外砌筑每節(jié)控制在1.5m左右，不需要支撐任何架體便可以砌筑完成減少了在爐內(nèi)砌筑的安全隱患。
　?。?）砌筑質(zhì)量更穩(wěn)定、工藝更優(yōu)化。離線砌筑可以確保砌筑質(zhì)量，有利于砌筑過程質(zhì)量控制，及監(jiān)理工作。減少了在焙燒爐內(nèi)砌筑作業(yè)時(shí)間，離線砌筑可以連續(xù)作業(yè)砌筑，完成后可在砌筑場地?cái)[放，達(dá)到自然干燥后再進(jìn)行吊運(yùn)、安裝，增加了自然干燥期，解決了墻體未經(jīng)干燥便強(qiáng)制升溫的難題。
　　（4）使用壽命長、降低了維修成本。在爐內(nèi)砌筑質(zhì)量難以保證，有的使用不到一年便出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象，不得不再進(jìn)行維修，使用壽命短，維修費(fèi)用高，離線砌筑的火道墻使用后兩年內(nèi)沒有任何凹陷、變形現(xiàn)象。相比爐內(nèi)砌筑，使用壽命長大大降低了維修成本。
　　3 結(jié)論
　?。?）實(shí)踐證明離線砌筑在焙燒爐維修中是可以推行的，不僅改善了施工環(huán)境，降低工人勞動強(qiáng)度，而且最大限度地縮短了焙燒爐的檢修時(shí)間，可大大提高焙燒爐的生產(chǎn)效率。
　　（2）離線砌筑取代焙燒爐內(nèi)砌筑，有利于砌筑過程質(zhì)量控制，及監(jiān)理工作?；鸬缐﹄x線砌筑比在焙燒爐內(nèi)砌筑質(zhì)量更加穩(wěn)定。
　?。?）離線砌筑增加了自然干燥期，解決了剛砌筑完未進(jìn)行干燥及嚴(yán)格烘爐管理就進(jìn)入系統(tǒng)升溫而存在的不足，從而延長了焙燒爐使用壽命，對于增加設(shè)備投資效益，降低生產(chǎn)成本是一項(xiàng)非常有效的措施。