【摘要】　熔铝圆炉砖砌炉盖耐火材料剥落问题是众多铝加工企业生产中的棘手问题之一。以50t熔铝炉为例分析了炉盖耐火砖损毁机理,并介绍了改造方案及实施效果。认为造成炉盖损坏的主要原因是结构设计和选材不合理造成的结构应力破坏。为完全解决问题,改造方案采用了钢结构弹性吊挂及耐火浇注料整体浇注。

　　1　现状

　　渤铝大炉盖为直径7015mm,矢高860mm,厚度375mm的球冠,内层为300mm厚Al2O3含量>70%的高铝砖,外层为轻质保温浇注料。使用一年后,炉盖拱脚砖大面积断裂脱落,并且自拱脚向炉盖中心方向延伸2～ 3m,内层高铝砖也大面积高层度剥落,剥落高层度50～ 150mm或更严重,整个炉盖处于非常容易整体跨塌的危险作业状态。为防止事故发生,决定修复炉盖,并完全解决炉盖易损问题。

　　2　技术分析

　　经现场勘察并结合图纸,分析了造成炉盖在较短的时间内损坏的主要原因。

　　2.1　结构设计不合理,导致炉盖内存在不合理的静态和动态的切向结构剪切应力。原炉盖设计为全部拱重量由分布于周圈的拱脚砖支撑,但拱脚砖内侧的2/3部分却处于无支撑的悬臂受力状态。从图1上可以看出,炉拱下层约1/3厚度是由拱脚悬臂部分支撑的,这必然会在拱脚砖内产生非常大剪切应力。

　　而当炉盖受热时,冠状炉拱膨胀,耐火砖上部分离而下部挤紧(图2),整个炉盖几乎完全由拱脚砖悬臂部分支撑。此时拱脚砖内承受着巨大的沿炉盖弧线方向向下的切向剪切应力。

　　使用一段时间后,拱脚砖的强度不足以承受上述剪切应力时,拱脚砖即发生断裂脱落。拱脚砌砖悬壁部位脱落后,拱内相邻楔形砖下部也转而处于局部悬臂受剪状态(图3),从而发生砖下部断裂脱落。

　　热态时的下部挤压破坏显然也较早发生于与拱脚砖相邻或附近的楔形砖下部。一块砖的断裂与脱落,则是连锁断裂与脱落的开始。剥落破坏会随着使用时间的延长不断加重,较后导致整个炉盖砖大面积高层度剥落(中部脱落少一些)。

　　2.2　工艺操作中的急冷急热和耐火砖抗急冷急热性相对较差加剧了炉拱耐火砖的损毁。

　　一般来讲,烧结耐火砖的抗急冷急热性较差。原盖选用的是Al2O3>70%的高铝砖,应该说其抗急冷急热性还是不错的。但炉盖在使用过程中成百上千次的开合,对耐火砖的抗温度急变能力是一个相当严重的考验,特别是对炉拱周圈的拱脚砖更是苛刻,因为炉盖在高温下被揭开后,急冷降温较严重的部位正是拱脚砖下部的悬臂部位。由于急冷急热,耐火砖的强度会逐步丧失,因此工艺操作中急冷急热加剧了炉拱耐火砖的损毁。

　　3　改造方案

　　综上所述,新炉盖应从结构设计优化以达到取消拱脚悬臂受力结构和清理或减弱拱内切向剪切应力,同时选择合适材料以获得更好的抗急冷急热性等方面入手进行改造。

　　3.1　结构方案

　　渤铝有两台小型熔铝圆炉(15t和20t)的炉盖原设计也是砖砌的,由于不能满足工艺要求,后陆续改造为耐火烧注料整体浇注,效果良好。

　　根据上述分析和以往的应用经验,决定采用的浇注料整体浇注炉盖。考虑到炉盖直径非常大,决定在炉盖原钢结构圈上增加部分钢结构,用耐热不锈钢或耐火吊挂砖将整个炉盖的耐火材料吊挂在钢结构上。

　　吊挂件采用耐火吊挂砖,因炉顶处使用温度较高,即便是耐热不锈钢恐怕也难以抵抗高温下长时间的氧化。

　　为清理因安装不合理或使用过程中炉顶热胀冷缩造成吊挂砖承载不均匀,进而造成吊挂砖连锁断裂,经研究决定采用弹性吊挂结构。

　　炉盖改造后的钢结构与弹性吊挂结构如图4和图5所示。