大型罐式煅燒爐筑爐施工技術(shù)研究

任 杰

（八冶建設(shè)集團(tuán)有限公司筑爐防腐公司，甘肅 金昌 737100）

0 前言

罐式煅燒爐是炭素材料在隔絕空氣的情況下進(jìn)行間接熱處理的熱工設(shè)備。其燃料是利用煤氣和炭素材料在煅燒過(guò)程中逸出的揮發(fā)物對(duì)炭素材料間接加熱。煅燒時(shí)火道溫度和燃燒的溫度可高達(dá)1 300 ℃～1 500 ℃。在高溫作用下，砌體要經(jīng)受炭素材料對(duì)罐壁的摩擦和撞擊以及燃燒時(shí)煙氣的沖刷滲透還有低熔點(diǎn)鹽類熔渣的侵蝕作用。因此，選擇熱傳導(dǎo)性好，荷重軟化點(diǎn)高，高強(qiáng)度耐火材料和確定先進(jìn)的筑爐施工工藝是保證罐式煅燒爐筑爐施工質(zhì)量、安全，延長(zhǎng)爐體壽命，提高工作效率，降低工程成本及生產(chǎn)期維修成本的關(guān)鍵。隨著有色工業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)能、高效、環(huán)保型大型罐式煅燒爐的設(shè)計(jì)將會(huì)層出不窮。為此，探索研發(fā)煅燒爐爐體砌筑技術(shù)對(duì)提高工程施工質(zhì)量、降低工程施工成本等方面具有實(shí)際意義。

1 施工特點(diǎn)

1.1 罐壁垂吊法施工技術(shù)

為了確保大型罐式煅燒爐關(guān)鍵部位的罐壁砌筑質(zhì)量，滿足罐壁幾何尺寸、垂直度及避免逆向錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)，選擇恰當(dāng)有效的技術(shù)控制措施尤為重要。工序辦理交驗(yàn)完畢，筑爐施工開(kāi)始之前，用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀測(cè)量定位煅燒爐罐壁縱橫中心基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)點(diǎn)，利用爐體鋼結(jié)構(gòu)骨架設(shè)置筑爐施工用標(biāo)準(zhǔn)永久控制線，沿罐壁縱橫、上下掛設(shè)鐵線垂吊技術(shù)施工，有效地控制了罐壁砌筑的各項(xiàng)參數(shù)，集中了筑爐施工難點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化“卡尺”定位模片放線技術(shù)

由于煅燒爐孔洞多、分道多的特點(diǎn)，施工放線劃線工作量非常大。制作標(biāo)準(zhǔn)化的鋁合金模片放線標(biāo)尺，具有高效快捷準(zhǔn)確等特點(diǎn)，提高了罐式煅燒爐定位砌筑的工作效率，縮短了施工間歇時(shí)間，加快了施工工期，降低工程施工成本。

1.3 施工平臺(tái)加寬保障措施

鑒于煅燒爐爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筑爐工作面狹小，嚴(yán)重制約工程進(jìn)度，利用原有鋼平臺(tái)輔助臨時(shí)加寬平臺(tái)，擴(kuò)大平臺(tái)給筑爐材料上料提供空間，是加快施工進(jìn)度、縮短工期和保證施工安全的重要工序。

1.4 爐體集合煙道拱胎循環(huán)推進(jìn)技術(shù)

罐式煅燒爐集合煙道拱胎循環(huán)推進(jìn)利用，“低碳、高效、節(jié)能”，拱胎板材均可回收重復(fù)組裝各種規(guī)格的拱胎使用[1]。

2 工藝原理

2.1 充分利用大型罐式煅燒爐筑爐特點(diǎn)科學(xué)施工

罐式煅燒爐與其他工業(yè)爐窯具有顯著的孔洞多、工序多、作業(yè)面狹小、耐材水平垂直運(yùn)輸困難等特點(diǎn)，唯有爐體施工在時(shí)間和空間上合理穿插，工序穿插來(lái)提高水平、空間利用率，從而達(dá)到降低成本、縮短工期、保證質(zhì)量的目的。

2.2 罐式煅燒爐核心部位罐壁施工的關(guān)鍵控制技術(shù)應(yīng)用

罐壁縱橫鐵線垂吊法施工技術(shù)充分應(yīng)用，各罐口砌筑互不影響，操作方便，克服爐體整體每層放線的繁雜工序，各罐壁磚砌筑能準(zhǔn)確就位，簡(jiǎn)單快捷，控制效果明顯。

2.3 爐體砌筑定位模片放線技術(shù)應(yīng)用

利用各罐壁線尺寸相同的規(guī)律性，采用“卡尺”定位模片放線技術(shù)，放線準(zhǔn)確，避免重線、錯(cuò)線的出現(xiàn)，極大減少工程技術(shù)人員放線工作量，減少工序間歇時(shí)間。

3 砌筑操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

隨著罐式煅燒爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、自控操作、現(xiàn)代維護(hù)等方面的改進(jìn)提高，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了如120 罐、132 罐的大型煅燒爐，罐數(shù)及罐尺寸不斷增加，各類工藝要求更為嚴(yán)格。采用科學(xué)合理的筑爐施工工藝流程是保證煅燒爐壽命的決定因素之一。煅燒爐砌筑按設(shè)計(jì)圖紙、批準(zhǔn)的施工方案、施工操作工藝流程等嚴(yán)格施工，重要部位及組合磚可采用BIM 技術(shù)、智能模擬、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)排等技術(shù)進(jìn)行預(yù)砌筑，并確定磚的加工方法，復(fù)核圖紙及方案的正確性，煅燒爐砌筑施工工藝流程如圖1 所示。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 測(cè)量、標(biāo)記和放線

圖1 煅燒爐砌筑施工工藝流程

砌磚前，依據(jù)標(biāo)記的基準(zhǔn)線，用經(jīng)緯儀分別測(cè)設(shè)爐體縱橫中心通線，再依據(jù)圖紙?jiān)跔t底板上彈出每個(gè)煅燒罐及內(nèi)煙道的砌磚控制線；用水準(zhǔn)儀精確測(cè)放磚層標(biāo)高工作線，并標(biāo)識(shí)在爐體結(jié)構(gòu)圍板上。除利用構(gòu)架四周的立、橫柱外，還要根據(jù)實(shí)際需要在爐子周圍適當(dāng)增設(shè)線桿，以便控制爐體砌體的平整和標(biāo)高。準(zhǔn)確測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)、線是保證砌筑質(zhì)量的首要條件。也為罐體縱橫掛線提供依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，避免不同材質(zhì)類別的墻體出現(xiàn)“張”和“背”的質(zhì)量通病。

3.2.2 上料平臺(tái)及上料提升裝置施工

罐式煅燒爐因其爐體結(jié)構(gòu)的特殊性，施工上料操作場(chǎng)地作業(yè)面狹小，機(jī)械利用率低，僅靠車間內(nèi)單梁葫蘆垂直運(yùn)輸耐火材料，嚴(yán)重制約砌筑施工進(jìn)度，勞動(dòng)力投入增加，費(fèi)用成本增大。為解決能滿足砌筑所求，采取措施沿爐體2 個(gè)長(zhǎng)向側(cè)和一個(gè)短向方向端面搭設(shè)上料平臺(tái)，并短向設(shè)立提升裝置，充分利用空間和時(shí)間平行作業(yè)，解決了爐體上料對(duì)施工帶來(lái)的制約。

3.2.3 罐壁縱橫鐵線垂吊法施工

3.2.3.1 縱橫永久點(diǎn)標(biāo)記

爐體骨架經(jīng)工序交驗(yàn)或自檢合格后，依爐底板罐口為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量放線出縱、橫中心線，復(fù)核無(wú)誤后將底板測(cè)放的縱橫線投放在鋼骨架上，投放高程間距宜四層罐壁磚厚度為一單元[2]，每一單元根據(jù)煅燒爐設(shè)計(jì)火道層數(shù)確定。所投放的縱橫線用紅色油漆標(biāo)記醒目。

3.2.3.2 縱橫標(biāo)記點(diǎn)復(fù)核

爐體骨架上投放的縱橫中心線是整個(gè)爐體砌筑的靈魂，投點(diǎn)用紅油漆標(biāo)記完畢后，用鉛垂從最上標(biāo)記點(diǎn)吊垂線，所有標(biāo)記點(diǎn)與垂線完全重合，確保無(wú)誤。

3.2.3.3 掛置縱橫鐵線

用34#鋼線在油漆標(biāo)記好的鋼骨架上掛置罐口中線，沿縱橫中心鐵線掛置線墜，每砌筑一層火道上移一次，以此類推進(jìn)行作業(yè)。砌筑作業(yè)過(guò)程或每層火道砌筑時(shí)，所掛設(shè)的縱橫鐵線僅垂直方向單元移動(dòng)，水平方向不可調(diào)整，每次移動(dòng)之前要注意復(fù)核所掛置的縱橫鐵線是否在原標(biāo)記點(diǎn)。

3.2.3.4 垂線掛置

每罐口縱橫鐵線上面所對(duì)應(yīng)的豎罐用細(xì)尼龍線吊掛2 kg 線墜，線墜懸掛線可沿骨架上的縱橫鐵線左右方向自由移動(dòng)，有效控制罐口幾何尺寸，也能控制罐壁垂直度。每層火道砌筑完成后，在進(jìn)行下道工序時(shí)，所掛設(shè)的鉛垂線作為自檢、互檢、專檢驗(yàn)收的控制線。罐口砌筑完成后，砌筑罐頭、火道、周墻時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際收起線下吊墜，減少耐火材料水平運(yùn)輸?shù)挠绊懀聦庸蘅谄鲋r(shí)方可再次恢復(fù)重復(fù)使用，垂線掛置示意圖如圖2 所示。

3.2.3.5 “卡尺”定位模片放線技術(shù)

大型罐式煅燒爐與其他工業(yè)爐窯相比孔洞多、分道多、變化多、控制線多等筑爐施工特點(diǎn)。每一層每一道筑爐施工必須滿足控制測(cè)線先行，放線劃線（彈線）的工作量就非常大，而且稍不留心就容易錯(cuò)線、漏線?？沙浞掷霉蘅诨蛎拷M幾何尺寸相同原理，用鋁合金定型壓制成模的模片，在模片上標(biāo)注幾何放樣數(shù)字，不同部位用不同顏色清楚標(biāo)注，不同的起止點(diǎn)采用“卡具”定位放線，在避免重線、錯(cuò)線的出現(xiàn)，減少放線配合人員，高效控制，準(zhǔn)確快捷。

3.2.3.6 集合煙道拱胎循環(huán)推進(jìn)施工技術(shù)

3.2.3.6.1 拱胎制作方案

拱胎是由骨架、板條、支撐及附件組成的，其中大型煅燒爐集合煙道跨度較大，拱胎要有足夠的動(dòng)靜荷載強(qiáng)度來(lái)承受施工作業(yè)人員、砌筑材料和砌體的重量，受力時(shí)間與空間上不完全均衡，甚至有時(shí)施工過(guò)程中是偏心的。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)識(shí)的集合煙道內(nèi)徑、動(dòng)靜荷載、支設(shè)受力及各種影響因素，冗余考慮施工安全確定拱架片厚度、拱架片間距、板條尺寸和弧度。大型罐式煅燒爐集合煙道的拱胎應(yīng)選用材質(zhì)較好的白松或紅松木材制作。

固定酶解溫度、酶添加量、酶解時(shí)間和料液比均為上述試驗(yàn)的最佳條件下，試驗(yàn)考察了辣椒粒度對(duì)辣椒堿、辣椒二氫堿及辣椒紅色素含量的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3中B。

圖2 垂線掛置示意

3.2.3.6.2 拱架片放樣

罐式煅燒爐集合煙道拱胎制作根據(jù)整體拱胎尺寸，在硬化水泥場(chǎng)地上進(jìn)行拱胎制作放樣，按既定的方案1 ∶1放大樣，確定拱架片、板條、支撐位置及加工尺寸，復(fù)核制作方案正確無(wú)誤后，開(kāi)始按放樣尺寸下料制作。

3.2.3.6.3 拱胎制作

拱胎由弧形的拱架片作為支點(diǎn)，一個(gè)拱架片需要幾塊木板拼接，單個(gè)拱架片由木板的寬度和拱的半徑及跨度決定。拱的半徑大，木板寬，拼接的塊數(shù)就少。拼接時(shí)以對(duì)接方式兩側(cè)用夾板加固，鐵釘連接。鐵釘以梅花形打入3 只～5 只，兩面加釘，長(zhǎng)短要穿透主板為宜。表面排上35 mm～40 mm 寬的木板條，根據(jù)弧面修定出板條弧度。參照集合煙道總長(zhǎng)度的1/3 數(shù)量制作，每節(jié)制作長(zhǎng)度1.5 m。為確保拱架片的穩(wěn)定性和受力的強(qiáng)度，架片上端卡在中心支柱上固定，下端與拱腳面吻合，用木方支撐固定。拱架片間距500 mm～600 mm，架片用選定好的板條縱向鐵釘穿透連接。

3.2.3.6.4 拱胎安裝

罐式煅燒爐集合煙道拱胎制作完成后應(yīng)進(jìn)行預(yù)組裝，以拱腳為定位基準(zhǔn)，拱胎片組裝就位后，用標(biāo)準(zhǔn)弧度板檢查拱架片弧面接茬錯(cuò)臺(tái)情況，對(duì)超過(guò)誤差的部位進(jìn)行修理和調(diào)整。正式安裝用木支柱支撐，靠集合煙道兩側(cè)墻面沿拱頂縱向各安裝一根60mm×90mm 木方，在上面放置拱胎。木方下安裝支柱，間距1.0 m～1.5 m。煅燒爐集合煙道跨度較大，支設(shè)時(shí)拱胎突起提高約為跨度的0.5%，拱胎與兩邊側(cè)墻之間各留出5 mm 縫隙，便于拱胎循環(huán)推進(jìn)重復(fù)使用時(shí)的移動(dòng)。拱胎定位準(zhǔn)確無(wú)誤后，在支柱下邊墊互為反向木楔，反向木楔用鐵釘半穿透式固定，便于調(diào)整支柱高度并方便拆除。

3.2.3.6.5 拱胎拆除觀測(cè)

3.2.3.7 爐體紅磚墻砌筑技術(shù)措施

罐式煅燒爐紅磚墻除保證整體穩(wěn)定、受力均勻作用外，還有保溫作用。工作面的磚縫位置應(yīng)做到“頂對(duì)頂”，“條對(duì)條”[1]，磚縫大小均勻、一致，給人一種美的感覺(jué)。根據(jù)爐體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同，高質(zhì)量的爐體紅磚墻砌筑，烘爐后可不再用高溫涂抹料對(duì)墻體的保溫。

3.2.3.8 膨脹縫施工技術(shù)措施

大型罐式煅燒爐膨脹的正確處理對(duì)爐體均勻熱膨脹至關(guān)重要，直接決定爐體的正常運(yùn)行和使用壽命。周墻膨脹縫按照設(shè)計(jì)圖紙要求用硅酸鋁纖維氈（板）填塞，火道蓋板處膨脹縫用高發(fā)泡、抗收縮、綠色環(huán)保聚氨酯泡沫填充劑，取得良好的效果[3]。

4 效益成果

大型罐式煅燒爐施工所采用的罐壁縱橫鐵線垂吊法施工技術(shù)、“卡尺”定位模片放線技術(shù)、筑爐材料上料平臺(tái)加寬施工技術(shù)、集合煙道拱胎循環(huán)推進(jìn)施工技術(shù)，提高了筑爐施工精度，縮短了施工工期，降低了項(xiàng)目成本，保證了工程安全等綜合成效。通過(guò)多項(xiàng)工程的實(shí)踐應(yīng)用，該施工技術(shù)均取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，具有先進(jìn)性、科學(xué)性、實(shí)用性和可推廣性。

大型煅燒爐筑爐關(guān)鍵施工技術(shù)的成功應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)大型罐式煅燒爐施工技術(shù)發(fā)展、提高工程質(zhì)量、降低工程成本等方面起到非常重要指導(dǎo)作用，同時(shí)為將來(lái)設(shè)計(jì)更大產(chǎn)量的罐式煅燒爐提供決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步完善、推廣大型煅燒爐的筑爐施工新技術(shù)對(duì)工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。