可持續(xù)建筑工藝在鋁熔煉爐建造中的應用

摘要
    爐窯建造中耐火材料的應用經(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)在應用廣泛的全澆注料爐襯。耐火磚因二次燒結(jié)而浪費能源，且筑爐效率低、筑爐工期長；澆注料筑爐時施工工藝要求高、模具費用高、制模工期長，且烘爐時間較長，并需嚴格按照烘爐曲線執(zhí)行，否則極易出現(xiàn)爆裂的問題；開發(fā)工廠化生產(chǎn)的模塊化預制件將對澆注料筑爐起到很好的推動，本文對預制件優(yōu)點與可行性進行探討。
關(guān)鍵詞：澆注料；預制件；烘干
1前言
    鋁熔煉爐是鋁加工行業(yè)的關(guān)鍵設備，耐火材料質(zhì)量的好壞是影響爐窯整體質(zhì)量與運行壽命的重要因素。定形耐火材料的加工是經(jīng)過二次燒結(jié)的，這個過程中浪費了大量的能源（每噸約250kg標準煤），并且隨著爐窯的大型化耐火磚的強度滿足不了需求。20世紀80年代后期，隨著不定型耐火材料技術(shù)的不斷進步，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、氣孔尺寸細小、密度大、體積穩(wěn)定性好、中溫強度高、用水量低、和抗?jié)B透不粘鋁等特點，上世紀  90年代以來，迅速在鋁熔煉爐上得到了廣泛應用。然而，由于用低水泥澆注料筑爐時對用水量、攪拌方式、攪拌時間、膨脹縫設置等要求較高，加上砌筑體氣孔率很低，導致在烘烤過程中，水分排除非常困難。這就要求有足夠的烘爐時間（15～20天），并且烘爐曲線要制定得非常合理，需嚴格按照烘爐曲線執(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，需要有強制振動才能使之充填致密，保證其良好的結(jié)構(gòu)強度。因此，這類材料的施工勞動強度很大，如果振動不夠，會導致局部出現(xiàn)空洞，尤其是復雜部位，從而影響整體強度和氣密性。

      針對上述問題，岳陽市安達耐火材料有限公司致力于攻克耐火材料應用的難題，提出了可持續(xù)建筑工藝在鋁熔煉爐中應用的觀點。實現(xiàn)爐底、墻、頂部預制件的工廠化生產(chǎn)，并實際應用于爐窯的建造中，效果十分理想。
2預制件
2.1澆注料筑爐的優(yōu)點
2.1.1、節(jié)省能源：耐火磚需經(jīng)過二次燒結(jié)（每噸約250kg標準煤），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，且爐襯澆注料強度高于耐火磚強度，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、大型爐窯澆注時可實現(xiàn)機械化施工，降低勞動強度，提高施工效率。
2.1.6、爐膛復雜部位施工時耐火磚很難實現(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預制件筑爐的優(yōu)點
        預制件筑爐的思路來源于遠大的可持續(xù)建筑思想，具有很多現(xiàn)場澆注無法比擬的優(yōu)點。
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)：標準化的凹凸防滲槽在保證膨脹縫的同時避免了鋁液滲漏，而現(xiàn)場澆注的防滲槽設置往往不到位，容易引起鋁液滲漏。
2.2.3、爐底斜坡施工難題得到解決，因為熔池抗?jié)B透不粘鋁澆注料流動性較好，斜面澆注難以進行。
2.2.4、預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、澆注料施工時用水量是最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，因為耐火澆注料每增加1%的用水量，其整體質(zhì)量會下降20%左右，現(xiàn)場施工時因攪拌設備、模具與人為因素的影響，往往很難把握，而工廠化生產(chǎn)時無論是設備、模具還是工藝控制，都能保證嚴格控制用水量，所以工廠化生產(chǎn)的預制件質(zhì)量會明顯優(yōu)于現(xiàn)場澆注。
2.2.6、現(xiàn)場澆注為振動棒振動，而預制件往往采用振動臺振動，振動質(zhì)量明顯提高，加上攪拌設備與攪拌時間對攪拌質(zhì)量的保證，可以確保預制件質(zhì)量。

2.2.7、烘干工藝可以大大減少烘爐的時間，保障了爐窯安全運行。預制件制作最后一步工藝是用烘干爐對其進行烘干，烘干溫度為350℃左右，這時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主要失水階段，顯然預制件已經(jīng)過前兩個階段，用預制件建造的爐窯就減少了烘爐時間，簡化了烘干工藝。
2.2.8、復合澆注預制件：爐窯建造現(xiàn)場使用單一成分的澆注料，不能兼顧強度與抗?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、爐底復合澆注預制件，復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)用低水泥高強澆注料。因為兩側(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)復合澆注預制件的震動工藝要求很高，爐窯建造現(xiàn)場震動無法滿足，只能在工廠生產(chǎn)復合預制件。復合澆注預制件綜合了抗?jié)B透不粘鋁澆注料抗?jié)B透與低水泥澆注料強度高的雙重優(yōu)點。弱化了二者的缺點，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)場澆注的模具費用與裝拆模工耗，且工廠化生產(chǎn)時的鋼制模具可重復使用，降低模具成本。
2.2.10、工廠化生產(chǎn)預制件時可完全實現(xiàn)機械化作業(yè)，降低勞動強度與用工成本。
2.2.11、預制件包裝簡單，方便運輸，省去了現(xiàn)場澆注料的繁瑣、浪費的包裝。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、頂都采用預制件，施工速度快，只需將預制件現(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、預制件澆注料由于標準化、批量化生產(chǎn)，不僅保證了質(zhì)量，而且降低了成本。
2.3預制件的生產(chǎn)工藝
2.3.1、結(jié)構(gòu)與尺寸設計：充分考慮分塊膨脹縫、塊間防滲、通用性、包裝、運輸與施工；普通預制件如圖1：
2.3.2、制作模具：要有足夠的強度、尺寸精度高、表面光潔、裝拆與脫模方便；
2.3.3、澆注料取樣：預制件生產(chǎn)前應對澆注料取樣澆注，確定其用水量、初凝時間、烘干強度、燒結(jié)強度等。
2.3.4、干料攪拌：水泥分裝的澆注料需要有足夠的干混時，確保其成份的均勻性。
2.3.5、加水攪拌：須嚴格控制用水量與攪拌時間。
2.3.6、振動成型：將模具固定于振動臺，振動時間應適當。
2.3.7、脫模養(yǎng)護：預制件成型后，要經(jīng)過3－5天的自然養(yǎng)護。
2.3.8、進爐烘干：預制件自然養(yǎng)護完畢要經(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預制件的應用
        預制件在爐窯行業(yè)中的應用，越來越受到重視，因為爐窯設備的特殊構(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)復雜，其爐門口、火口、排煙口、加料口、進鋁口、放水口等部位的結(jié)構(gòu)復雜，尺寸要求嚴格。其高溫強度要求高、同時具有耐磨、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制件砌筑的，都可以采用預制件進行局部更換修理。無論是新建爐窯或爐窯的修理，其施工周期縮短50%，由于預制件是工廠化生產(chǎn)的，同時經(jīng)過烘干，其水份得到了排除，其結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、強度較高，因而需要烘烤的時間縮短。從建造或大修到投入生產(chǎn)整個周期大大縮短，效率大大提高。
        預制件砌筑的爐窯，整體結(jié)構(gòu)性好，不會因為砌筑工藝不到位而出現(xiàn)烘爐時出現(xiàn)裂紋，使用時出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象，因為預制件與預制件之間，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)市場上使用預制件砌筑的爐子，就證明了上述特點。
        預制件砌筑的爐窯，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度預制件，爐底和爐墻可采用高強度澆注料和不粘鋁澆注料進行復合澆注的預制件。
                預制