我厂型材分厂3.5t燃油熔铝炉主要用于将铝水或铝锭在炉内进行熔炼,静置后生产铸造铝母线、圆锭、扁锭或铸造铝合金。2002年3月该炉进行了内衬大修后,经过烘炉投入生产运行。生产不到10炉次后,较靠近炉膛的一环宽115mm厚230mm粘土耐火砖炉门拱塌陷。

　　1　原因分析

　　弓形结构具有向上的推力,可以承受自重和荷重而不下陷。炉门拱承担着炉门以上炉墙的荷重,使整个砌体形成一个统一整体,所以它是砌体中较重要的部分,但在使用中它又是较不稳定的薄弱环节。因为炉门拱本身就是炉墙中的一个大孔洞,减弱了炉墙的强度和结构强度。通过一体分析,我们认为拱顶塌陷有以下三个方面的原因。

　　⑴对弓形拱顶部施加的压力P过大,将砌拱所用楔形砖压断碎裂,从而致使炉门拱塌陷。

　　⑵如果砌筑拱脚砖时不按规范施工,拱脚砖后用轻质砖或保温砖等强度低的材料砌筑,在炉子经受温差应力发生膨胀或收缩时将拱脚砖后面的轻质材料压碎,使拱脚砖发生水平X向位移,从而致使炉门拱塌陷。

　　⑶所塌陷炉门拱是用环砌工艺砌筑。所谓环砌就是从两边的拱脚砖开始,向中心一环一环的砌筑,横向竖缝互不交错。当环砌的拱顶掉落一块砖时,往往就会引起全环砖的塌落损坏,但修理比较容易,因砖块之间互不交错咬合。

　　我厂型材分厂3.5t燃油熔铝炉的炉门拱既是加料口,又是操作口、观察口,在加料过程中较易碰动炉门拱部位的砌砖。若碰到拱砖,其受力方向又正好是水平偏上的力,也就是使砌拱所用楔形砖投掉方向的力。同时,楔形砖受温差应力无可避免的要发生裂纹,如碰动该砖则更易使该砖碰掉,从而致使塌拱。

　　证据证明

　　为完全弄清炉门拱塌陷原因,我们到现场仔细观察了炉内实际情况,采集到了如下证据。

　　⑴找平炉门拱的一层耐火砖没有发生丝毫损坏,并无掉砖而且灰缝内灰浆饱满且烧结完好,无一处干缝,缝隙均匀,为2mm左右。该证据可以证实该炉门拱塌陷原因并非上部压力过大,否则,该找平层及上部砌体也将塌陷。

　　⑵支撑内衬耐火砖墙(230mm宽)的两环拱中,只是较靠近炉膛的一环塌陷,未塌陷的砖环可观察到楔形砖灰缝均匀、灰浆饱满(见图5)。证据⑴、⑵可以证实炉门拱砌筑质量可靠。

　　⑶所塌陷砖环的拱脚砖并未发生水平X向的位移,该拱脚砖与未塌陷砖环的拱脚砖接触紧密,未发生肉眼可见的跨度改变。尽管拱脚砖受热应力及炉墙自重负荷作用发生多处微裂纹,但并未发生肉眼可见的体积变化。拱脚砖与炉墙结合部灰缝均匀,灰浆饱满。由此可以排除炉门拱由于发生拱脚水平位移而塌陷的可能性。

　　由以上原因分析及现场采集到的证据证明,该炉门拱塌陷的原因是由于在频繁的加料操作过程中碰掉楔形砖并以此为打破口发生多块砖掉落所致。

　　3　改进及预防措施

　　⑴操作改进

　　炉门拱既是加料口又是操作口,在生产操作中较易被碰动、磨损,是炉子的易损部位和薄弱环节。因此,在生产操作中要严禁碰撞拱砖。在加废料时,要将废料捆成小捆,大捆的料要破开捆分次加入。

　　⑵设计改进

　　该炉门是按加铝水及铝锭而设计,原设计炉门不易被碰撞,因而尺寸较小。现在由于企业内部铝资源紧张,主要吃废料,应适当加大炉门尺寸,防止加料碰动。如有条件可设计为圆形炉,在顶部加料。

　　⑶选用优异耐火粘土砖

　　由于该炉兼用来熔炼铝合金,炉膛温度达1500℃左右,所以选用耐火材料时要选用高度度、高耐火度、荷重软化温度高的耐火粘土砖。又由于该炉经常根据市场需求调节产品结构需间断式生产,停炉次数多,要选用耐热震稳定性好的粘土耐火砖。表1列出三种牌号耐火粘土砖理化指标(GB4415— 84)对比。

　　据此可选用牌号为N- 1的优异粘土砖。

　　⑷严格按烘炉升温曲线烘炉

　　由于是间断式生产,每次投入生产前都要严格按照规定的升温曲线烘炉,以便使耐火材料在较小的热应力下达到正常生产时的炉温,使耐火材料受热冲击的破坏达到较小限度。

　　⑸严把材料采购质量和保管质量

　　材料采购质量是影响炉子使用寿命的靠前也是关键一环,所采购的材料必须满足设计要求,所有材料必须带合格证。砖的存放必须在室内存放。实践证明,在露天存放一年后,一般耐火制品的抗压强度均会降低1/3左右。

　　⑹加强施工质量监督检查

　　尽管该次炉门拱塌陷不是由于砌筑质量所致,但是砌筑施工质量的好坏也是影响炉子使用寿命的重要因素。在施工过程中要严格按筑炉规范施工,要由专人随班跟进检查砌筑质量,不符合要求的砌砖随时返工处理。炉子的重要部位如炉门、加料口、流口、孔洞、墙角等要由技术水平高的人员砌筑,确保筑炉质量。

　　⑺改进炉门拱的砌筑工艺

　　两环拱由环砌法改为错砌法,使两环拱砖缝互相错开、互相咬合。错砌的拱顶比较坚固牢靠、整体性好、耐压强度高,不致使掉一块砖就使全环拱塌陷,因其中每一块交错砌筑的砖都被相邻层的两块砖挤住。

　　4　结语

　　⑴炉门拱塌陷的主要原因是加料操作不当碰掉拱砖从而使整环拱塌陷。

　　⑵通过改进设计、改进砌筑工艺、选用优异粘土耐火砖、严格烘炉制度、加强施工质量监督检查、严把材料采购质量及保管质量等措施可预防炉子早期破损。