浅谈熔盐氯化炉内衬安装技术

浅谈熔盐氯化炉内衬安装技术

周兴平

中国十九冶集团有限公司四川攀枝花617000

摘要：针对海绵钛生产工艺中的熔盐氯化炉内衬施工参数、技术标准及砌筑质量要求，重点对该种炉型新材料、新工艺进行研究，制定出一套完整的安装技术和施工方法，并付诸实施后收到了好的成果。

关键词：熔盐氯化炉；内衬砌筑；安装技术

我国钛资源非常丰富，其中有98%的钛资源是钛铁矿，钛铁矿是钛渣和海绵钛的生产原料。海绵钛生产工艺一般为沸腾氯化和熔盐氯化，而熔盐氯化适合于含高钙镁杂质原料[1-3]。地处中国攀西裂谷的攀枝花市被国家授予“中国钒钛之都”的称号，钛储量8.4亿吨，占全国钛储量的93%，可连续开采100年，列世界第一位。攀枝花钒钛磁铁矿中得到的是酸溶性钛渣，钙镁含量高，最适合熔盐氯化法生产四氯化钛。本文以攀钢15Kt/a海绵钛生产为例，引进乌克兰技术，采用镁热还原工艺，用TiO2含量为78%的钛渣为基本原料，高钛渣配石油焦加入熔盐氯化炉并注入氯气进行氯化得到四氯化钛，经还原蒸馏成海绵钛的生产过程而提出熔盐氯化炉内衬安装技术[4-6]。

图1熔盐氯化炉实体图片

1熔盐氯化炉的一般技术参数

1.1熔盐氯化炉的作用、工作环境及主要工作参数

熔盐氯化炉工作环境为：有毒，工质中含CO2，NaCl，CaCl2，FeCl2等。其主要工作参数为：生产能力为100-130t/d，原料消耗3.9t/h，工作温度为400-500℃，熔体温度720-800℃，熔体密度1600-1800Kg/m3，氯气压力0.12Mpa，启动时的最大功耗为：550Kw。

1.2内衬砌筑耐材的要求及施工质量要求

炉内衬分为三层，最外一层为20mm厚铸石板层，中间为40mm厚蒽油-石墨密封剂层，工作层为耐火砖层。上下段炉体除工作层厚度变化外（下部工作层厚810mm，上部工作层厚346mm）其余层的厚度均一致。其各洞口的材料除测量孔为石墨浸渍砖，炉顶孔洞用浇注料浇注外其余均为氟金云母制成的异型砖砌筑[7]。

熔盐氯化炉内衬材料主要有：耐火砖，硅藻土砖，铸石板，蒽油-石墨密封剂，浇注料，氟金云母砖，浸渍石墨砖等。由于其工作为有毒环境故对砌筑质量要求较高具体要求如下[8-9]：

（1）砌筑质量要求

砌砖前必须进行选砖，将厚度不同的砖分别堆放。炉底、炉墙、铸石板砌筑的最大砖缝为2mm。炉顶保温砖干砌，缝隙采用碎硅藻土砖填密实。水平不平整度不得大于3mm，否则必须将其表面磨平。垂直度误差用铅锤检查，整个墙体高度垂直度误差不超过5mm。砌筑下部炉体斜段部分每砌三层须用角度仪检查锥形砌体的角度。半径误差小于5mm。泥浆饱满度不得小于95%。密封剂厚度误差5mm。

（2）耐火砖缝厚度的检查

每5m2内衬表面检查点不小于10个，炉底和墙体上超过设计厚度的砖缝不得超过5个，而且不得有超过设计厚度50%的砖缝。不允许有通缝出现，砖缝的最小厚度则没有限制。检查时用15mm宽的塞尺检查，其插入砖缝深度少于20mm的则灰缝可认定为合格。

（3）水平度的检查

每砌4-5层砖后必须检查砌体的水平误差，用1m长的铝合金靠尺放于砌体上，再用水平仪测量。

（4）垂直度的检查

垂直度每砌5层检查一次，和水平度的检查同时进行。采用铅锤仪进行检查。

1.3外形尺寸参数

熔盐氯化炉炉体分三段，第一段为平底的倒锥体形高3591mm，第二段为直径5040mm高2326mm的圆柱体，第三段为直径4110mm高5216mm的圆柱体。炉体内衬由保温层和工作层组成，顶部内衬为60度的球形顶。炉体上开口较多，有加料口2个，排放口1个，送气口4个，测量孔1个，溢流口2个（见图2）。

图2熔盐氯化炉炉体示意图

2熔盐氯化炉施工准备

熔盐氯化炉的设计对施工质量要求较高，特别是对泥浆的饱满度和其内空尺寸的控制。该两点决定了炉子的使用寿命和产量，为此施工中的主要工作如下：

（1）施工前对砌筑工人进行针对性的培训，使砌筑人员领悟到砌筑该炉的要点。并用同材质的砖和泥浆进行实地演练，确保工人的砌筑水平达到施工要求。

（2）砌筑前联合耐材供应商对泥浆进行试配，找到泥浆的最佳水、灰比。

（3）施工前对炉壳各尺寸进行详细的检查，确保其尺寸能满足砌筑要求。

（4）因有很多设备须在内衬施工时安装，施工前必须与机电专业协调好施工时间和工序。

（5）施工前必须对施工人员进行详细的技术交底，防止施工时出现错误。

（6）施工前必须将底部块预砌筑并烘烤完毕。

（7）施工前将施工用材料和机具运输至施工现场合适的位置安装并调试好。

（8）将施工用材料按施工进度分批运输至施工点堆放使用。

（9）做好图纸的自审工作，对有疑问的地方在施工前会同设计单位解决。

3熔盐氯化炉施工方法

3.1底部块的砌筑和烘烤

底部块的砌筑：底部块砌筑前用轻质砖砌筑一个2500mm×2500mm的砌筑平台，砌筑前必须将砌筑底面找平，相邻吊杆的夹角为120度。砌筑平台砌筑完毕检查符合砌筑要求后即可进行底部块的砌筑。

底部块共8层砖，其砌筑质量很大程度上决定炉子的使用寿命，故必须严格控制其施工质量。在砌筑平台表面铺设一层纸将底部块和平台隔离开，然后在平台上按1：1的实际尺寸砌筑、按底部块的实际安装尺寸画出底部块（共4块）的砌筑控制线，底部块间的填料层在底部块的砌筑过程中用20mm厚的铝合金尺隔开（见图3）。安设好吊杆检查合格后进行底部块砖的砌筑。底部块砖按“人”字形砌筑，砖缝厚度1-2mm，在吊杆的位置用切砖机将砖按实际情况切出宽度为14mm（吊杆直径为12mm）的方孔进行砌筑。每砌筑完一层砖必须用2米的靠尺配合水平仪检查其平整度，厚度用线锤、水平尺配合卷尺检查。

图3底部块砌筑示意图

底部块的烘烤：底部块砖体砌筑完毕后自然干燥1-3天然后再进行加热烘烤，一般烘烤温度为：常温-110℃为30小时（升温速度为25℃/3h，每升25℃保温4h），110℃保温48小时，升温至160℃（升温速度为25℃/3h，每升25℃保温2h），160℃保温24小时（保温时温度应控制在±20℃的范围内，以防止砌体开裂），然后用24小时匀速降温至室温。

3.2底部的耐材砌筑施工方法（含熔体紧急排出口砖的安装）

砌筑前先在炉底平贴一层20mm厚铸石板，铸石板用1-1N泥浆粘贴，砌筑时用2m靠尺配合水平仪检查其平整度，塞尺检查其灰缝，灰缝小于2mm。铸石板铺贴完毕后在其表面铺一层密封剂，密封剂必须一次性铺完。其厚度用探针（一根有针尖并标有刻度的铁丝见图4）垂直插入填料层检查。

图4探针

密封剂检查合格后做好相应的资料后开始进行炉底砖的铺设。该炉底部共有耐火砖11层砖（其中2-9层为底部块），砌筑时应逐层砌筑。炉底砖砌筑共设三根标高控制线，分别是第1层、2-9层（底部块）和9-11层，将各标高控制线画在炉壳上，然后在密封剂表面画出第一层砖的纵、横中心线后开始第一层砖的砌筑。第1层砖仅砌纵、横345mm宽的“十”字形砌体，砌体间填保温砖碎粒（见图5）。

砌筑时先砌纵、横方向宽345mm的N15砖，砌筑时边砌边用靠尺配合水平仪检查其平整度，砌筑完整层后用角尺检查其标高。检查合格后再纵、横砌体格内填保温砖碎粒，边填并用捣打锤捣打密实。施工完毕后检查其平整度和标高。

图5炉底第一层砖砌筑示意图

第1层砌体检查合格后即可开始底部块的安装。

底部块安装：底部块安装前先在炉外检查砌筑烘干后的底部块是否完好，外观尺寸是否符合设计要求。检查无误后利用厂房内的行车将其吊入炉内安装。第一块安装到位后再按该程序安装第二块、第三块、第四块底部块，底部块必须对称安装，安装完毕检查合格后将底部块中间的间隙（20mm）和与侧壁铸石板间的空隙用密封剂填密实，切除吊装用吊耳，吊孔用Tz-3砖砌筑，然后砌筑底部块盖缝砖。

底部块安装完毕后，用2m靠尺配合水平仪检查其表面平整度，不平的位置用砂轮打磨平整，合格后将底部块和炉壁间的蒽油密封剂填塞密实检查合格后即可进行第10层砖的砌筑，第10层砖应与底部块表层的砖错缝砌筑，砌筑时边砌边用铝合金靠尺检查其平整度，用塞尺检查灰缝并随即检查灰浆饱满度。

第11层砖的砌筑：在砌筑第11层砖分为两部分，第一部分为以炉底中心为圆心直径为1500mm以外的部分，第二部分为炉底中心为圆心直径为1500mm范围内。第一部分先砌筑，第二部分必须在先砌筑完炉体第一层砖和安装好熔体紧急排出口砖后砌筑。将控制线画在第10层砖表面，砌筑第一部分，从内圆开始向炉壁和两侧砌筑，对与控制线不吻合的砖进行切割、打磨，使其符合设计要求。砌筑完第一部分检查合格后，开始安装熔体紧急排出口砖。

熔体紧急排出口砖的安装：紧急排出口砖体积较小，安装前用行车将其吊进炉内，先进行预砌，确认满足设计要求后开始正式安装。安装时用人工翻转排出口砖安装到设计的位置即可（具体操作方法参考氯气送气枪处砖的方法）。安装好等泥浆硬化后安装熔体紧急排出口（见图6），紧急排出口与该处的氟金云母砖砖间填满8-3N耐火泥。

图6熔体紧急排出口砌筑示意图

待砌筑完炉体第7层砖后浇注该砖与炉墙和炉壳间的浇注料。

安装完排出口砖后进行第一层炉身砖的砌筑，砌筑位置从排出口砖两侧开始向两侧砌筑，在其对面合门。

砌筑完炉身第一层砖检查合格后即可进行炉底最后一层第二部分砖即炉底中心为圆心直径为1500mm范围内砖的砌筑，该部分砖为侧砌，砌体高度为115mm，砌筑方式如下（见图7）。

图8第二层砖砌筑示意图

3.3氯化炉炉体的砌筑方法

底部耐材施工完毕后在炉底工作面范围内铺设一层50mm厚木板，用来堆放施工材料，耐火砖堆放不宜超过1m的高度。炉体下段炉墙共分六环，四环耐火砖、一环密封剂、一环铸石板。厚度分别为232mm、232mm、232mm、114mm、40mm、20mm。上段炉墙只有四环，二环耐火砖、一环密封剂、一环铸石板。厚度分别为232mm、114mm、39mm、10mm。砌筑时先贴铸石板，砌内环耐火砖，然后第二环、第三环、第四环，每砌筑完四层砖填塞一次密封剂，如此反复逐环、逐层砌筑。

炉墙砖每砌4层须检查平整度、标高、直径和垂直度。各项指标检查合格后在耐火砖和铸石板间的空隙内填密封剂。

墙体砖与铸石板层间填料层的保护措施：为了防止在施工中泥浆、砖碎粒等掉入填料层内污染填料，须制作保护板（见图9）对填料进行保护。施工时将保护板盖住填料层，然后进行下一层砖的砌筑。每砌筑完4层须填料时将保护板取出，用压缩空气将原密封集表面吹干净然后进行密封剂的填塞，密封剂必须用木槌将其锤紧。然后如此反复直至施工完毕。

图9保护板

炉底最后一层砖砌筑完后开始砌筑炉墙的第2层砖，砌筑顺序为铸石板-耐火砖-填密封剂。耐火砖砌筑前先紧贴炉壳铺设1m高的铸石板。将第1层砖最里一环砖的控制线画在炉底上，从控制线处向炉壁和两侧砌筑。砌体砌筑至一定宽度后，用靠尺检查其平整度，角尺检查其标高，对不合适的砖及时进行调整。砌筑完一层砖后用轮杆检查其半径，2m靠尺检查平整度，角尺检查标高，斜段部分还须用角度仪检查坡度。

本体砌体高度超过1.2米后，需在炉内搭设满堂脚手架，脚手架的搭设（见图10）。

图10炉内施工脚手架搭设

3.4氯气送气枪处的氟金云母砖施工方法

砌筑完第一层炉墙砖后，必须进行氯气送气枪处的氟金云母砖的砌筑。在第1层砖的表面画出送气口处氟金云母砖的定位轴线。根据定位轴线将在送气口砖下方的炉壁砖砌筑至设计尺寸（见图11），检查无误后将送气口砖先预砌，如安装的位置有误差则根据实际情况调整砖或调整设备，使其符合设计要求。然后开始氟金云母砖的砌筑。

该炉送气口氟金云母砖共四块，砌筑前利用厂房内的行车将砖吊入炉内。用人工翻转氟金云母砖（见图11），为保证灰浆饱满，必须将砖前后、左右挤揉，然后将砖安设到准确的位置。

图11送气口氟金云母砖安装示意图

第2层砖从氯气枪砖处向两侧砌筑，砌筑顺序和方法与第1层一致。

砌筑完炉体第4层砖应安装氯气送气枪，氯气送气枪与氟金云母砖间填8-3N耐火泥，砌筑完炉体第13层砖应浇注氯气送气枪与炉墙和炉壁的浇注浇注料。

3.5电极的安装

熔盐氯化炉中部设有三处电极，电极均匀分布在同一平面上。安装前电极应烘烤，电极的烘烤有严格的温度和时间要求，烘烤时必须在专用的烘烤炉内烘烤，严格按烘烤曲线升温。烘烤过的电极检测合格后运输至现场。

电极安装前应预装，预装合格后由耐材施工单位配合设备安装单位安装。

3.6浸渍石墨测量孔砖和溢流口砖的安装

因溢流口砖和测量孔砖的安装方式一致，但测量孔砖重量和体积均比溢流口砖大，故仅对测量孔砖的安装进行详细叙述。

炉体下部直段砌筑至第7层时开始安装测温孔砖，测温孔砖的材质为浸渍石墨。其体型很大，单块重量达620Kg，石墨材质较软安装时必须小心，以免损坏。

测量孔砖的安装就位：将施工平台移至比砖安装平面稍高的平面，检查该层砖的标高和表面平整度，合格无误后将测量孔砖吊入炉内放在施工平台上。在上段炉壁上焊一挂点（挂点应与安装中心线在同一垂直面上），分别在炉外和挂点上各挂一2t手拉葫芦，用2t吊带捆住石墨浸渍砖的前部和中部（见图12），拉动手拉葫芦将砖吊装到设计的位置。

图12石墨浸渍测量孔砖安装吊装示意图

测量孔砖的临时固定：将测量砖调整至正确的位置后用一根吊带穿过砖中间的孔洞，在底部横一根穿过吊带100×50的木方，吊带用挂在炉外的手拉葫芦固定（如图13）。即可开始该处炉体砖的砌筑，砖从测量孔处开始向两侧砌筑。为保证砌筑过程中砖不发生移动，须等炉体砖砌筑高度超过测量孔砖高度的2/3以上时方可拆除固定手拉葫芦。

图13石墨浸渍测量孔砖临时固定示意图

溢流口氟金云母砖（F11）的砌筑安装放法与测量孔砖一致，单块重量450Kg。该砖共2块成扇形分布，安装时应注意2块砖内外的间距，并保证F11砖与炉墙砖垂直。

3.7排液仓处耐材的施工方法

炉体砖砌筑至排液仓底部时，就必须开始排液仓处氟金云母砖的安装。

溜管氟金云母砖（F12）的安装：用吊带穿过砖孔，在砖的底部横一根100×50的木方（长度应比该砖直径稍短）用手拉葫芦或行车将其吊起放入炉体预留孔洞即可（见图14）。正式砌筑前应进行预装。

图14溜管氟金云母砖（F12）的安装

预装合格后将砖从炉体孔洞中吊出，在外侧抹上专用泥浆，将其装入预留孔即可。安装时注意砖与预留孔间的泥浆必须饱满。

安装完溜料口砖后在溢流槽底铺设好20mm厚蒽油-石墨密封剂，量的控制方法与底部一致。待底部密封剂达到一定的强度后开始溢流槽底耐火砖的砌筑。

溢流槽底耐火砖的砌筑要注意两个方面：一是须和炉体砖咬缝砌筑，二是坡度尺寸的控制。坡度尺寸的控制：炉底耐火砖的坡度尺寸靠炉体侧以溢流口砖外侧的砖顶标高，靠溜料孔侧以溜管砖靠墙侧顶面标高为控制尺寸（见图15）。砌筑斜坡砖时边砌边用靠尺检查坡度，必须保证整个斜坡表面平整。侧墙的砖应与斜坡砖同时砌筑，但砌筑高度不能高于斜坡砖。砌筑完溢流槽斜坡砖检查合格后，开始安装F1、F2氟金云母砖。将砖用行车或手拉葫芦将砖吊至溢流槽内靠外侧竖放（见图16），在砖的地面和斜坡砖表面均抹上泥浆。

图16F1、F2氟金云母砖安装示意图

溢流槽侧面及中部氟金云母砖的安装：侧墙和中部的砖没有特殊的要求，用手拉葫芦配合人工进行砌筑，侧面砖与底面的砖应结合紧密，灰缝应控制在2mm，灰浆应饱满。

砌筑完溢流槽侧及中部的砖检查合格后，开始砌筑溢流槽壁和槽侧氟金云母砖之间的耐火砖。耐火砖和溢流槽壁间有10mm的间隙，用蒽油密封剂填密实即可。溢流槽耐火砖应与炉体耐火砖同时砌筑。

砌筑完溢流槽耐火砖后，在溢流槽内侧支设木模，浇注内侧的浇注料。塞块砖F8最后安装。溢流槽盖在炉外预制，待溢流槽砖检验合格后安装。

3.8进料口氟金云母砖的安装

进料口的氟金云母砖较小，砌筑时将砖和进料口管道间的缝隙用泥浆填密实即可。

3.9炉顶耐材的施工方法

炉顶砌筑：因炉顶砌筑完毕后与炉顶盖板的距离很小，故炉顶砌筑完毕前炉顶盖板暂时不安装，等耐材砌筑完毕后进行安装。炉顶耐材分为两部分，一部分为工作层砖，由球顶砖、8层耐火砖、浇注料和蒽油密封剂层组成。另一部分为保温层，由5层保温砖和100mm厚浇注料组成。

工作层砖的砌筑：炉顶为球形，砌筑前应先在厂房内对全部炉顶进行预砌筑，对不合适的砖进行加工，使其符合砌筑要求。预砌筑完毕后检查合格后对砌筑的砖进行编号后逐层拆除并按编号堆放备用。

炉墙砌筑完毕检验合格后进行炉顶的砌筑。先砌筑拱脚砖，拱脚砖按设计尺寸砌筑，检查合格后在拱脚砖和炉壳间的间隙内砌筑N-1重质粘土砖，粘土砖直接贴紧炉壳。拱脚砖砌筑完毕检验合格后在炉内支设炉顶的模板。将炉顶砖按预砌筑的编号逐块逐层砌筑，直至砌筑完毕。砌筑时应按图纸设计要求留设孔洞（见图17）。

图17炉顶砌筑孔洞留设示意图

待球顶1-1粘土砖砌筑完毕后，安装减压阀，然后浇注预留孔处的浇注料（见图18）。

图18预留孔处浇注料浇筑示意图

工作层浇注料后安装好该平面的各种工艺管道后开始密封剂层的施工，为保证其密封性，该层应一次性铺设完毕。养护至设计要求后进行第二部分保温层的砌筑，保温层砖共5层，施工时应逐层砌筑。砌筑完保温层后进行压顶浇注料的浇注，浇注料为100mm厚，施工时用震动棒振捣密实即可。

4收尘冷凝器的内衬砌筑

每台熔盐氯化炉配两台收尘冷凝器，分布在熔盐氯化炉外侧，成90°形状排列。其外形上部为筒体结构，下部为锥体结构。其使用温度较低，内衬的主要功能是为了防腐，故内衬采用单层碳砖砌筑。砌筑时应注意灰缝、泥浆饱满度和内衬表面平整度的控制。

5烘炉

熔盐氯化炉用专用的烘炉器烘炉，烘炉器为带型（见图19）。烘炉前通过减压阀口安装烘炉器，烘炉器的功率为1440KA，烘炉器最初烘炉时间为96h，烘炉器烘炉最高温度为300℃。烘炉温度和时间满足要求后，将烘炉器拆除，往炉内加入原料开始生产。

图19烘炉示意图

6结语

攀钢海绵钛熔盐氯化炉是中国引进国外乌克兰第一座大型熔盐氯化炉技术，该炉施工质量要求高，各种工艺精细、复杂。砌体尺寸控制要求严格，砌筑施工难度很大，该施工技术的好坏直接影响四氯化钛的安全炼制以及海绵钛产品的最终质量保证。通过上述施工技术成功的实践，提高了我国对大型氯化炉砌筑的技术进步和施工水平。

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