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电解铝厂铸造混合炉的使用、维护与检修

文档作者：刘民章1 张能发2 张娟娟1 贾娟娟1 张海庆1 文档来源： 1．青海国鑫铝业股份有限公司 2．青海桥头铝电股份有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月06日
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·28· 有色冶金节能口设备节能
电解铝厂铸造混合炉的使用＼维护与检修
刘民章1 张能发2 张娟娟1 贾娟娟1 张海庆1
(1．青海国鑫铝业股份有限公司，西宁810007；2．青海桥头铝电股份有限公司，西宁810100)
[摘要] 介绍了混合炉的主要构成及其作用，从混合炉的加料、搅拌扒渣以及出铝三方面提出了混合炉的使用
要求，简述了混合炉常见故障、发生原理以及处理方法。
[关键词] 混合炉；主要构成；使用；常见故障；维护与检修
[中图分类号]TG292 【文献标志码】B 【文章编号]1008—5122(2017)06—0028—04
The Use，Maintenance and Overhaul of Casting Holding
Furnace in Electrolysis Aluminum Plant
LIU Min-zhang，ZHANG Neng-fa，ZHANG Juan-juan，JIA Juan-juan，ZHANG Hai-qing
Abstract：In this paper，the main constitution and function of the casting holding furnace are introduced，
the operation requirements of casting holding furnace are put forward from three aspects of feeding，stir—
ring and slag skimming，and aluminum discharging．And the common faults of the furnace，the principle
of occurrence and the treatment method are described in brief．
Key words：casting holding furnace；main constitution；operation；common fault；maintenance and
overhaLll
在电解铝厂的铸造车间，混合炉是最为关键的
设备。混合炉运行状况的好坏直接关系到铸造车间
生产任务的顺利完成与否。因为所有原铝液均须由
真空抬包转入混合炉中，并在其中进行成分调配、降
温、搅拌、静置、除渣脱气后，才能进行浇铸成为产
品。因此，合理安排混合炉的运行方式，做好混合炉
的维护检修以及管理工作，对于保持混合炉的运行
工况，安全高效地完成生产任务十分重要。
1混合炉的基本构造
混合炉主要由炉体钢结构、炉衬、炉顶(炉盖)、
[收稿日期]2017—07一12
[作者简介]刘民章(1961一)，男，陕西大荔人，大学本
科，高级工程师，青海国鑫铝业股份有限公司技术中心项目
工程师，主要从事铝加工项目申报、验收资料撰写等工作。
炉盖的运行轨道以及控制箱组成。
1．1炉体钢结构
炉体钢结构主要由10～16 mm的Q235钢板以
及16’～20’槽钢通过焊接或用螺栓紧固而成。钢结
构下部用10。～124工字钢作为支撑并与混凝土基础
相接，还可起到保持炉底通风降温的作用。炉体钢
结构的主要作用是承载炉衬耐火材料及铝液重量。
以40 t开放式混合炉为例，炉体钢结构与炉衬浇注
料的总重可达115 t，承载铝液达40 t。
1．2炉衬
炉衬的主要作用是承载铝液，并对进入混合炉
内的原铝液实施保温，防止高温铝液直接与钢结构
底板接触导致底部钢板浸蚀、变形或熔穿。根据结
构形式的不同，炉衬或以耐火材料浇注而成，或以成
形的耐火砖砌筑而成。混合炉用耐火材料、耐火砖
应选用弱碱性，以防高温铝液与炉衬发生化学反应，
万方数据
2017年12月第6期电解铝厂铸造混合炉的使用、维护与检修——刘民章张能发张娟娟贾娟娟张海庆·29·
对炉衬造成浸蚀，影响炉衬的使用寿命，同时也可防
止因化学反应对铝液造成污染。
1．3 炉顶
炉顶是混合炉的顶部结构，即炉盖。其作用是
对混合炉上口进行覆盖，对熔池内高温铝液进行保
温或调温，隔绝高温铝液与空气的接触，防止铝液的
高温氧化，减少铝液的烧损。炉顶主要由钢结构框
架、耐火浇注料、硅酸铝纤维、加热装置(硅碳棒)、
测温装置、空冷装置以及行走装置(主要包括电动
机和减速机)组成。
1．4炉盖运行轨道
多用于敞开式混合炉。由于炉盖要不定期打开
或闭合，运行时必须沿着一定的轨道行走，才能完成
操作。运行轨道是由一定规格的轨道钢制作而成，
并以预埋地脚螺栓紧固于混合炉前后的混凝土基
础上。
1．5控制箱
主要作用是为混合炉提供动力电源，并对熔池
内铝液实施温度调控。
2混合炉的使用
铸造混合炉的使用主要体现在以下三个方面：
2．1 加料
铝液由电解槽吸出后均需通过真空抬包转运到
铸造车间注入到混合炉内。在倒料过程中，要掌握
好抬包包嘴与入料口的距离，把握好入料速度，谨防
倒料过程中铝液飞溅，造成硅碳棒或电阻丝之间短
路，引发设备事故或对操作人员造成意外伤害。炉
内加入冷材(回炉料)的目的，一方面是为了降低混
合炉内铝液的温度，尽快达到浇铸温度，并减少铝液
的烧损。另一方面，通过加入回炉料可以对原铝液
的化学成分进行调整。对于回炉料等冷材的加入，
应事先用钢丝绳捆绑好，在天车的配合下，垂直而缓
慢地加入到铝液之中，禁止快速将大块铝材抛入铝
液之中。如此既可以防止铝液飞溅造成设备事故或
人员伤害，又可以防止大块铝锭对熔池内衬的强烈
碰撞或冲击损伤熔池内衬，影响混合炉的使用寿命。
2．2铝液的搅拌与机械扒渣
铝液注入混合炉内后，需经过化学成分调整、加
入除渣剂进行造渣脱气、搅拌、静置、扒渣等一系列
工序后，才能进行浇铸。应该注意的是，目前对于大
中型的混合炉(15 t一40 t)，已不再采用人工铲、耙
进行搅拌的方法，而是普遍改为采用扒渣车进行搅
拌与扒渣。更为先进的搅拌方式是电磁搅拌。在采
用机械搅拌时，操作人员应严格按照操作工艺规程
进行机械操作，要掌握好扒渣头的移动方向与速
度，防止其与炉底、炉墙发生碰撞，避免对熔池内衬
产生机械损伤，影响混合炉的使用寿命。
2．3出铝(浇铸)
铝液在混合炉内经过一系列的处理后，成分与
温度均达到了工艺要求，进入了铸锭工序。从减少
铝液氧化烧损的角度出发，浇铸开始后，应在最短的
时间内将炉内的铝液浇铸成锭，可采用“一炉两机”
的铸造方式，将炉内铝液排空；但是，出于对混合炉
底部炉衬工作层保护的角度，浇铸完成后炉底残留
1．5 t左右铝液，对于防止炉底降温速度过快，减少
热震对炉衬的影响，延长炉衬的使用寿命有很大益
处。结合调研与设备管理工作的实践积累，笔者倾
向于后者。
3混合炉的维护与检修
混合炉维护检修、管理的目的是保持和改善设
备的使用性能，使设备出力最大化，以实现生产效率
的最高化。检验维护检修效果的有效途径是生产过
程中设备使用效果的优劣。
3．1硅碳棒的更换
(1)存在问题。硅碳棒是开放式混合炉使用较
为普遍的热源形式。硅碳棒在使用过程中经常出现
的故障有两种，一是由于接线端白钢卡子与硅碳棒
的紧固松动，造成接线部位接触不良、打火，使硅碳
棒端部灼伤，毁断；二是由于硅碳棒安装跨距较长，
且在其中部没有支撑点，硅碳棒长期在高温条件下
运行，在本身自重的作用下，其中部受热发生塑性变
形而下垂。这两种情况的最终结果都是必须更换硅
碳棒。
(2)处理方法。一是在炉盖制作时，在硅碳棒
安装部位的中部，安装与硅碳棒相同材料制成、并具
有绝缘层的卡子(要求绝缘并且在1200℃左右不变
形)，减少和防止因硅碳棒在高温下受热下垂而发
生塑性变形；二是在硅碳棒安装和更换时，要做到操
作精细，避免白钢卡子的虚接、虚连引起接线部位打
火而造成的硅碳棒损伤；三是炉台操作工人在倒料
操作时要掌握好角度、力度、速度，避免操作过程中
铝液的飞溅而引起的硅碳棒接线部位的短路打火；
四是根据硅碳棒的安装使用要求，加强对硅碳棒安
装、连接部位的点检，发现接线松动等现象要及时处
万方数据
·30· 有色冶金节能口设备节能
理，避免小故障发展为大故障，最后导致停炉，影响
正常的生产秩序。
3．2炉衬裂纹的处理
(1)存在问题。新砌筑的混合炉炉衬(多以整
体浇注形式)在使用初期的一段时间，可能会出现
炉衬裂纹的问题。其主要原因是在施工过程中使用
的浇注料水泥含量高、收缩率超标以及在烘炉过程
中自由水与结晶水的排出引发的重质浇注料体积收
缩而造成。
(2)处理方法。裂纹处理的指导思想是在维持
高温的状态下实施对裂纹的修复，以免引起缺陷的
恶化；在较短的时间内处理后尽快恢复炉温，然后逐
步向熔池内注人铝液，对炉衬加载。
裂纹的处理方法为使用棕刚玉细粉(颗粒)和
玻璃粉末按2：1混合，以硅酸铝纤维毯衬托在裂纹
的下边沿，将填充粉料缓慢注入裂缝之中。在操作
中如果遇到充满不再下落时，可使用钢丝环拨压，并
以纤维毯跨裂缝揉合，填充深度应大于20 mm。对
于宽度约为1 mm的细小裂纹，填充效率不明显，可
直接以纤维毯揉合封闭裂缝。
棕刚玉原料的AI：0，含量大于90％，粒度为60
目至1 mm，玻璃粉以60目箩筛取。
选择棕刚玉(比重2．8 g／cm3)是遵照填充材料
主要成份与开裂砌体相同的原则，力求性能相近。
由于缝隙较小，取细粉以便实现填充。玻璃(比重
2．4～2．6 g／cm3)是非晶体材料，没有固定的熔点，
但在约700℃时软化(1 000℃时可流动)。根据这
一特性，混入玻璃粉末作为粘合剂，可使其填充占据
缝隙而不流失，适合在不降温的情况下修复处置；另
外，玻璃的主要成份是SiO：，与金属铝在1 200℃以
上的高温下发生微弱的反应。而混合炉正常的工作
温度仅为750～850 oC，在此温度下，无反应，从而不
会对铝液造成污染。经此方法处理的混合炉熔池内
衬使用寿命一般能达到3年。
3．3炉墙上涨的处理
混合炉炉墙上涨是因为炉底或炉墙某个部位渗
铝而导致的。混合炉的使用寿命一般为36～60个
月，平均水平为42个月。运行时间达到30个月的
混合炉或轻或重都会出现炉墙上涨的现象，以砖砌
炉衬表现得较为突出。
采用耐火砖或不定型浇注料砌筑的混合炉，在
炉墙上涨现象出现后，炉口上沿的2—3层砖缝基本
开裂，变得酥松，只需将原有的部分去除并清理干
净，用新的耐火砖及耐火泥重新砌筑即可投入使用。
但是，如果能够确定是因为炉底耐火材料内衬渗铝
而出现的炉墙上涨，那么，除了采用上述方法处理炉
墙外，还应采用压缩空气对炉底渗铝部位进行强制
降温，以免高温铝液沿着渗漏通道将炉底钢板腐蚀
贯穿，导致严重漏铝而造成人身伤害和设备事故。
对于这种情况，还应随时监控炉底温度的变化(正
常情况下不应超过80℃)，如若炉底温升过高(高
于100～120 oC)，则说明该混合炉已经发生了严重
漏铝，必须立即停炉进行炉衬大修或更换。
3．4钢结构框架的维护与检修
(1)存在问题。混合炉在使用过程中由于炉衬
材料的的膨胀，会导致钢结构框架变形，严重时会导
致钢结构的紧固螺栓断裂或焊缝开裂，如果不及时
处理将会影响炉盖的开合，导致炉衬材料继续膨胀，
使炉衬材料变得酥松而失去功效，严重影响混合炉
的使用寿命，还有可能引发安全事故。
(2)处理方法。一是在混合炉使用过程中，应
强化以点检为主的设备巡检制度，及时发现和处理
设备缺陷；二是在发现钢结构焊缝开裂及紧固螺栓
断裂后，检修部门应及时与生产车间联系沟通，及时
停炉，缓慢降温(可切断热源，但切记不可打开炉
盖，以防止由于降温过快造成混合炉熔池内衬开裂
而影响混合炉使用寿命)。在炉壳外表温度接近室
温时，可用J506结构钢焊条对开裂的焊缝进行重新
焊接。焊缝形式应为断续焊接。因为J506焊条为
碱性药皮，芯子与16bin钢材同强度等级，可用交流
焊机施焊。碱性焊条要求短弧长、薄焊肉、多焊层操
作，这是工艺特性使然。这个工艺参数恰好改善了
接头金相组织，加上药皮的冶金特性，焊缝的韧性指
标较好，抗裂性能较高，常用作压力容器的主体焊
材。混合炉钢结构的焊口开裂后，即使打磨干净，原
焊接位置的热影响区还是不能消除。焊缝金属接近
铸造组织，一般情况下，接头的力学性能无论静载还
是冲击韧性均不如母材，国标规定了相同部位不允
许补焊三次，因为焊口开裂的部位母体组织已经疏
松了。因此在进行焊补时，不仅要采用J506焊条，
必要时还应增设加强筋板，把焊缝方向调转90。。
补焊选用碱性焊条、强度等级略高的焊芯，只是
补强工艺的一部分，其原因是要避开原来的焊接区。
这也是补焊时采用断续焊接的原因。
3．5 出铝口的维护与清理
(1)存在问题。传统的混合炉出铝口是以高铝
万方数据
2017年12月第6期电解铝厂铸造混合炉的使用、维护与检修——刘民章张能发张娟娟贾娟娟张海庆·31·
土为原料烧制的。虽然高铝土流口砖对温度变化不
是很敏感，但其抗冲刷性能较差。经过长时间的使
用，流口极易挂渣，尺寸被涮大，引起流口变形，造成
封堵困难，对炉眼的维护、处理较为频繁。流口在挂
渣、变形后，需用直流焊机及炭棒进行清理或用氧焊
进行清理，在清理过程中易造成炉眼的损伤。
(2)处理方法。近年来，在混合炉设计、制造、
安装时，出现了以氮化硅结合碳化硅为材质制作混
合炉的的流口砖。氮化硅结合碳化硅具有较高的硬
度、强度和抗蚀、抗冲涮性能，而且不易挂渣，容易清
理，但其对温度的变化很敏感。在正常的生产过程
中，很容易由于温度的变化形成“热震”、产生裂纹
进而造成流口渗铝。因此，在流口砌筑完成后应采
用低水泥浇注料制作流口衬套安装固定于流口之
内，提前对炉眼采取保护措施，以达到安全使用的目
的。在之后的正常生产中，只要流口衬套出现较大
的损伤，可随时用事先预制并烘干的流口衬套予以
更换，即可恢复混合炉使用。
3．6熔池的维护与清理
(1)存在问题。炉衬耐火材料以A1：O，为主，在
混合炉的运行过程中，熔体内的夹渣不断积累沉积
于炉底(重渣)，在温度和静压作用下，对炉底材料
的渗透程度明显高于炉墙，具体表现为大修拆除的
废旧炉衬从初时的黄色转变为黑色，说明炉底耐火
材料已经发生严重变质(受到严重侵蚀)。
(2)处理方法。炉衬耐火材料失效的判断包括
两方面的指标：一是受介质冲刷侵蚀导致自身结构
性能缺失；二是受介质渗透导致化学成分改变成为
不适应工作环境的其他材料。
熔池表面的工作温度约为700～850 oC。熔体
的主要成份是Al和Si、Fe等微量元素。从其共熔
状态分析，呈中性偏酸。炉衬砌体和熔体之间存在
下列化学反应：
2A1+Fe203--2Fe+A1203(高温) (1)
4A1+3Si02--2A120，(微弱)+3Si (2)
3SiO：+4Fe--2Fe：O，+3Si(微弱) (3)
SiO，+CaO zCaSiO，(微弱) (4)
熔池耐火材料在液态金属和熔渣的作用下不断
地被侵蚀、消耗的同时，其中的杂质成份(如FeO)
也不断地向耐火材料中渗透，最终导致耐火材料变
质而失效。
铝液的特点是在较低的温度下具有良好的流动
性。铝液沿缝隙侵入炉衬砌体，增大了内衬溶蚀及
结构剥裂的面积和速度。金属凝结收缩(在750℃
时铝的比重为2．38 g／cm3，凝结后为2．62 g／cm3)导
致了炉衬在运行过程中反复浸铝。严重时导致炉衬
砌体上涨。因渗出的金属铝使混合炉的热工性能下
降，进而丧失应有的功用。因此，及时对炉底沉积物
及炉墙附着的熔渣进行清理就显得十分重要。
对炉底沉积物及炉墙附着的熔渣进行清理时，
以人工采用铲类工具较为妥当。因为人工清理可以
掌握清理的力度与方向，可避免或减轻对炉衬的机
械损伤。但是采用人工清理时操作工人的劳动强度
较大，工作环境比较恶劣。虽然如此，应绝对禁止采
用扒渣车等机械设备进行清理作业。
但是应该注意的是，并非对熔池炉衬的清理越
频繁、清理得越干净越好。炉衬清理的太频繁，对炉
衬所造成的机械损伤就越大。炉衬表面保留适当厚
度的渣层，有防止铝液中有害杂质对炉衬砌体进一
步浸蚀的作用，可以提高炉衬砌体耐浸蚀和冲刷的
能力。因此，建议电解铝厂铸造车间加强对混合炉
运行状况的监控，根据实际情况总结出一套既能保
持熔池清洁并保持熔池有效容积、又能更好提高混
合炉使用寿命的清炉制度，制定出合理的清炉周期。
清炉周期不能太短也不能太长。考察某公司铸造车
间两台混合炉，其清炉周期为10天至15天，混合炉
保持了较为稳定的运行状况。
4 结语
铝用铸造混合炉的运行状况对于电解铝厂铸造
生产的重要性是不言而喻的。因此，只有掌握了混
合炉各组成部分的性能及主要作用，以正确的方法
使用混合炉，并加强对混合炉日常点检、维护及检
修，及时而准确地处理运行过程中出现的各种故障，
才能使混合炉保持良好的运行工况，安全、高效地完
成生产任务。

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