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在電解鋁用陽極組裝生產流程中,中頻爐被稱為系統的“心臟”,負責鐵水輸出、一個流程完畢磷鐵回收再熔化輸出。因此,中頻爐工作性能的好壞,直接影響陽極組裝工序生產效率、能耗以及澆鑄質量。中頻爐工作性能主要分熔化效率和爐齡,其中熔化效率由自身電氣系統所決定,受先天性不可控因素較多;而爐齡長短則與后天人為管理有密切關系,如使用的爐襯材料、筑爐方法、烘爐工藝、日常維護以及被熔化的爐料成分等。較長周期的爐齡,不但可以保證生產鐵水的連續供應,有利于生產效率的提升,而且還可以通過計劃性安排停爐確保中頻爐的安全運行。
1、爐襯結構
1臺按規范燒結好的中頻爐爐襯具有典型的三層結構:燒結層、半燒結層和疏松層。各層初始厚度約各占爐襯厚度的三分之一,界線清晰,如圖1、圖2所示。
1)燒結層。表面光滑呈釉面狀,截面內無明顯粗大裂紋,是爐壁料在高溫鐵水作用下,使石英砂從β-石英、α-石英、α-鱗石英,隨著溫度的逐級提升晶型轉變為α-方石英燒結而成的工作面坩堝,形成均勻完整燒結網絡,具有抗沖擊、耐高溫、耐侵蝕、熱態穩定的特性。
2)半燒結層。是燒結層和松散層之間的過渡帶,其作用是緩解燒結層的應力,阻止燒結層內產生的裂紋向外延伸。
3)松散層。是幾乎沒有燒結的砂料,其作用是緩沖因體積膨脹和收縮造成的危害。燒結層產生裂紋造成鉆鐵后松散層起阻擋作用,防止漏爐故障的發生,同時還有隔熱作用。
2、爐襯壽命
某公司陽極組裝工序曾因中頻爐爐襯壽命短,鐵水供應緊張使生產和安全一度陷入被動局面,且異常短的爐齡使作業人員稍有不慎就會造成漏爐事故,存在極大安全風險。某公司2014年7月爐齡統計情況見表1,正常使用爐齡平均在50爐次,約13天左右,最長不超過60爐次,最短僅用30爐次,約7天,遠遠低于同行業正常爐齡。
3、爐襯壽命對陽極組裝生產的影響
3.1對烘爐時間的影響
由于爐齡短,新老更替需要頻繁刨爐筑爐、啟爐烘爐,尤其烘爐占用時段較長(30h以上),導致鐵水供應不足直接影響陽極澆鑄線產量。澆鑄產量低,只有通過額外增加班次才能完成生產任務,給正常烘爐工藝帶來壓力。正常情況烘爐過程安排在澆鑄線計劃檢修停產日,這樣烘爐過程時間比較充足,爐襯燒結質量過關。
3.2對筑爐質量的影響
由于頻繁筑爐,基本達到平均每天筑1臺爐的頻率,最多時抽調5人分兩組作業,含當天刨舊爐襯、筑新爐襯,筑爐人員勞動強度非常大,疲勞作業致使筑爐質量變差,尤其是打結時間和打結密度很難保證。
3.3對鐵水質量的影響
雖然工藝要求鐵水出爐溫度控制在1400±50℃,澆鑄溫度控制在1350±50℃。但按此標準執行的鐵水由于黏度大、流動性差,澆包內后半包鐵水隨澆鑄作業過程溫度降低幾乎無法澆鑄,無法及時回爐就被就近倒掉做成了啟熔塊,間接助長了澆鑄線鐵水缺口。
為了滿足澆鑄生產需要,在實際操作中只有通過提高鐵水出爐溫度,來增強鐵水流動性。據現場實測,能夠滿足澆鑄流動性需要的鐵水,出爐溫度至少在1520℃以上,澆鑄溫度在1450℃以上,出爐時鐵水呈發亮發白狀。
3.4對澆鑄質量的影響
碳碗內澆鑄的磷鐵不滿不實不平整,由于鐵水流動性差、固化快,設計的磷鐵環注入空間還未填滿,鐵水即被凝固,導致磷鐵澆鑄內部、外觀都存在缺陷,從而影響澆鑄整體質量。
總之,爐齡短、鐵水供應不足、產量壓力大、鐵水流動性差、出爐溫度高等因素相互制約,形成了惡性循環,導致生產陷入被動局面。因此要提高中頻爐爐襯的使用壽命,降低其對陽極組裝生產的影響。