专利名称：敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温窑炉设备中的敞开式阳极焙烧炉，尤其是一种敞开式阳极焙烧炉 的火道墙结构。
背景技术：
敞开式阳极焙烧炉是目前国内外用于焙烧碳素阳极制品的一种高温窑炉，这种碳 素阳极制品使用在电解铝行业的铝电解槽中，作为金属铝电解槽的阳极使用。火道墙是敞 开式阳极焙烧炉的关键炉体，其主要组成结构包括设置在两侧的两列火道墙及设置在这两 列火道墙之间的料箱，每一列火道墙包括多条依次排列的火道墙，每一条火道墙由耐火材 料制成，其包括相互平行的外墙体、内墙体和设置在外墙体、内墙体之上的火口体，以及连 接在外墙体与内墙体之间的火焰分区结构和火焰导向体，火口体上设置有至少两个火口， 各个火口与由火焰分区结构分隔成的各火焰分区相对应，各火焰分区是相互连通的。火焰 导向体为连接在外墙体与内墙体之间的柱状结构，一般而言火焰导向体是垂直于墙体的， 从火口进入的一条火焰经过该结构时可以被分散为若干条火焰，其功能是将从火口进入的 火焰导向上下左右不同的方向，以利于火道墙内热能的均衡分布。火道墙性能的优劣直接 影响焙烧炉的使用寿命。由于焙烧炉在工作过程中需反复装、出碳素阳极制品，炉内温度变化大，容易造成 炉体开裂，炉体容易凹凸变形。椐资料显示和实践证明，目前我国电解铝行业敞开式阳极焙 烧炉普遍存在以下问题1、炉子的料箱沿高度和长度方向温差大。2、炉子料箱结构的整体性较差；特别是炉子运行一年左右后容易出现角部开裂、 料箱和火道贯通的问题，其结果是增加了填充料的烧损，同时导致阳极产品的氧化，严重时 可降低产品的合格率甚至产品报废。3、火道、料箱严重变形。炉子火道变形，将直接影响料箱尺寸的稳定性。变形严重 的火道和尺寸变化过大的料箱，不仅增加填充料的烧损，促使产品的氧化，而且对产品的装 出炉操作非常有害，特别是对高度机械化操作的炉子，过大的变形将意味着炉子寿命的终结。4、炉子运行一段时间后出现不同程度的炉体开裂、漏气。5、炉子火道顶部温度过高。6、炉子的散热和蓄热损失大。以上问题中，料箱结构的整体性差、火道、料箱变形、炉子运行一段时间后出现不 同程度的炉体开裂、漏气等对阳极焙烧炉的使用寿命、阳极焙烧的品质影响较大。产生上述问题的重要原因在于阳极焙烧炉关键部位如焙烧炉火道墙体等的耐火 材料整体结构设计和耐火材料质量未能达到现场使用条件的要求，从而导致关键部位的耐 火材料变形超过了允许的限度。目前，国内的碳素阳极焙烧炉火道墙大多采用普通高铝砖块砌筑。采用这种方式砌筑的火道墙问题很多，突出的问题有(1)因小砖块之间砖缝很多，整体性差，高温下其 整体结构强度不高，火道墙使用中容易开裂和变形，使用寿命较低；(2)以一座36室的敞 开式阳极焙烧炉为例，其有三百多条火道墙，若用小砖块砌筑，需用的砖块数量巨大，施工 劳动强度大，效率低，施工周期长，每一条火道墙的大修施工时间一般需耗时72小时左右； (3)炉子的热能分布不均衡，热能利用率低，综合成本高。已经公开的敞开式阳极焙烧炉相关专利技术文献中，对其火道墙主要是在材质选 择及局部结构改造方面，作了较多有益的探索，一定程度上能解决火道墙某一部位或某一 方面的问题，如解决火道墙的局部稳定性、透气性、墙体材质的强度热震性，但对解决料箱 结构的整体性差、火道变形、料箱变形、炉子运行一段时间后出现不同程度的炉体开裂、漏 气等长期困扰焙烧炉用户的常见问题效果有限。
发明内容
为了克服现有敞开式阳极焙烧炉火道墙整体性差、施工不便的不足，本发明所要 解决的技术问题是提供一种更便于施工且整体性更好的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙， 火道墙由耐火材料制成，其包括外墙体、内墙体和连接在外墙体、内墙体之上的火口体，以 及连接在外墙体与内墙体之间的火焰导向体，火口体上设置有至少两个火口，各个火口与 由火焰分区结构分隔成的各火焰分区相对应，各火焰分区是相互连通的，所述火道墙由模 块组装形成，火口体由至少一块预成形的火口模块组成，火口模块上的设置有与火口模块 一体成形的火口 ；所述外墙体、内墙体和连接在外墙体、内墙体之间的火焰导向体由至少一 块预成形的导焰模块组成，单个导焰模块由外侧板、内侧板和连接在外侧板与内侧板之间 的至少一个火焰导向体组成，火焰导向体与所述导焰模块一体成形，各导焰模块的外侧板 组合后构成外墙体，各导焰模块的内侧板组合后构成内墙体。所述导焰模块上还设置有火焰分区结构段，火焰分区结构段为连接在所述外侧板 与内侧板之间的挡板，各火焰分区结构段组合后构成火焰分区结构，火焰分区结构段与所 述导焰模块一体成形。所述火口模块同与其相邻的至少一块所述导焰模块一体成形。在所述导焰模块的外侧板与内侧板上对应设置有平行间隔布置的模块贯通竖缝。所述模块贯通竖缝的宽度为2 4mm，高度为90 100mm。所述导焰模块分层布置，上、下相邻的导焰模块上设置有相互配合并与该模块一 体成形的定位结构。所述相邻的模块之间相对的接触面上设置有相适配的凹凸配合结构。所述相邻的模块之间以耐火胶泥粘接。所述模块均用耐火材料一体浇筑后经高温烧制而成。所述火道墙由2-60块模块组成。本发明的有益效果是火道墙整体性强，稳定性良好，使用过程中出现火道墙、料 箱移位、下沉、开裂、变形的机率较小；抗腐蚀、寿命长；拆装方便快捷，整条火道墙的拆除 和安装可在12 13小时完成；能耗低、节能效果较为突出，有较好的综合经济效益。
图1是本发明的主视图；图2是图1中模块一的俯视3是图2的A-A剖面图；图4是图1中模块二的俯视图；图5是图4的主视图；图6是图4中K部即模块贯通竖缝的局部放大示意图；图7是图1中模块三的俯视图；图8是图7的主视图；图9是图1中模块四的俯视图；图10是图9的主视图；图11是图1中模块五的俯视图；图12是图11的主视图；图13是图1中模块六的俯视图；图14是图13的主视图；图15是图1中模块七的俯视图；图16是图15的主视图；图17是上下相邻两块模块的配合剖视图；图18是本发明中同一模块中两宽面与火焰导向体连接部位示意图；图19是左右相邻两个模块的配合剖视图。图20是火道墙结构示意图。图21是图20的B-B剖视图。图中标记为，1-模块一，2-模块二，3-模块三，4-模块四，5-模块五，6_模块六， 7-模块七，8-火焰导向区线，9-模块贯通竖缝，10-火焰分区结构，11-火焰导向体，12-火 焰分区结构段，13-耐火胶泥，14-耐火材料，15-定位结构，16-火口，17-火焰分区，18-外 侧板，19-内侧板，20-挡板，21-外墙体，22-内墙体，23-火口体。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1 图21所示，本发明的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙由耐火材料制成， 其包括外墙体21、内墙体22和连接在外墙体21、内墙体22之上的火口体23，以及连接在外 墙体21与内墙体22之间的火焰导向体11，火口体23上设置有至少两个火口 16，各个火口 16与由火焰分区结构10分隔成的各火焰分区17相对应，各火焰分区17是相互连通的，所 述火道墙由模块组装形成，火口体23由至少一块预成形的火口模块组成，火口模块上的火 口 16与火口模块一体成形；所述外墙体21、内墙体22和连接在外墙体21、内墙体22之间 的火焰导向体11由至少一块预成形的导焰模块组成，单个导焰模块由外侧板18、内侧板19 和连接在外侧板18与内侧板19之间的至少一个火焰导向体11组成，火焰导向体11与所 述导焰模块一体成形，火焰导向体11连接在外侧板18、内侧板19之间，相当于设置在二者 之间的若干拉杆，客观上还能起到增强模块整体强度、防止模块变形、开裂的作用。根据对不同部位火焰导向要求的不同，所述火焰导向体11可采用不同截面形状的柱状结构，其截 面形状可以是矩形、跑道形等。各导焰模块的外侧板18组合后构成外墙体21，各模块的内 侧板19组合后构成内墙体22。由于火口模块、导焰模块都是预成形的，强度较高，墙体的整 体性得到改善，火焰导向体11与导焰模块是一体成形的，克服了现有墙体在砌筑火焰导向 体时施工不便的不足，既提高了施工效率，又提高了火道墙使用寿命，也有利于改善敞开式 阳极焙烧炉的产品质量。此外，如果使用过程中有某一块模块损坏不能继续使用，可较方便 省事的将损坏的模块进行更换，对焙烧炉运行的影响较小。如图1、图4 图21所示，为进一步方便施工，所述导焰模块上还设置有火焰分区 结构段12，火焰分区结构段12为连接在所述外侧板18与内侧板19之间的挡板20，各火焰 分区结构段12组合后构成火焰分区结构10，火焰分区结构段12与所述导焰模块一体成形。 当各模块组装连接完成后，火焰分区结构10也随之形成，方便施工，火焰分区结构段12与 所述导焰模块一体成形，火焰分区结构10的强度墙强，相当于又在外墙体21与内墙体22 之间设置了若干拉固结构，能起到增强火道墙整体强度、防止其变形、开裂的作用，改善了 火道墙的整体性，使火道墙整体强度提高，更不易变形、开裂，有利于改善敞开式阳极焙烧 炉的产品质量。如果模块内部没有设置火焰导向结构，那么模块即成为空心腔体。对比而言，本发 明在模块内部设置了火焰导向体11、火焰分区结构段12等导向结构，则模块腔体外围的墙 体之间互有支撑，整个模块的整体强度比没有火焰导向结构的空心腔体型模块更高，具有 更好的整体性，同时又使进入火道墙内的火焰能到达火道墙内部的每个部位，料箱内各部 位温度均衡，热能利用充分，节能高效，还进一步方便了整个火道墙的施工作业。为进一步提高火道墙的整体性，所述火口模块还可同与其相邻的至少一块所述导 焰模块一体成形。如图1、图4和图6所示，在所述导焰模块的外侧板18与内侧板19上对应设置有 平行间隔布置的模块贯通竖缝9，所述模块贯通竖缝9也是在制作导焰模块时就一体预成 形的，是对应开设在外侧板18与内侧板19上的多个条形通孔结构，这种结构是均勻布置 的，并且竖向设置，亦即在组装好后系平行于火焰进入方向设置，可以进一步保证火道墙内 热量分布的均勻性，保证产品质量的稳定，此外，通孔结构可使阳极碳块在焙烧过程中排除 的杂质、废气在火道负压条件下顺利进入火道，一方面促进火道内的燃烧，另一方面促进了 阳极碳块的排杂净化，有利于提高炭素产品的品质。为达到较稳定的上述效果，所述模块贯通竖缝9的宽度为2 4mm，高度为90 100mm,即将模块贯通竖缝9设计为窄条形状，既可以避免火焰通过模块贯通竖缝9而直接 接触到焙烧炉内的产品，导致产品质量缺陷，同时又尽力避免了料箱内的填料将所述模块 贯通竖缝9堵塞而妨碍上述效果的情况。单个导焰模块的模块贯通竖缝9的数量，亦即模块贯通竖缝9排布的疏密，可根据 制作的模块尺寸和各阳极焙烧炉工艺条件，如设计的火道墙的竖缝分布状况、能耗状况等 来确定。通常条件下，所述每一导焰模块上的模块贯通竖缝9的条数为30 590条。由于火道墙外墙体21、内墙体22的长度、高度尺寸一般在5m 6m，宽度约在 550mm左右，为方便单个模块的制作、运输、安装和拆卸，并保证浇筑质量，一般将火道墙划 分为上下排列的各个层来制作，所述导焰模块分层布置，根据需要，每一层又可根据需要再分别由两块以上的模块来组成，为方便安装定位，分属上、下两层的相邻的导焰模块上设置 有相互配合并与该模块一体成形的定位结构15。如图1所示，所述定位结构可采用简单的 凸台、凹槽结构。这样，在底层的模块安装完成后，很方便根据定位结构15就位其上层的其 它模块，如此逐层砌筑，施工方便快捷。—般地，综合考虑焙烧炉用户的需要和焙烧炉的整体使用性能，所述墙体可以由 2 60块模块组成，单个模块的模具设计不会太复杂，同时，模块的数量也不太多，便于施 工，可以在12 13小时之内就完成一条火道墙的安装工作。如图17、图19所示，为提高火道墙的稳固性，并防止火焰从模块接触配合处漏出， 所述左右或上下相邻的导焰模块之间、火口模块之间或火口模块与导焰模块之间相对的接 触面上均设置有相适配的凹凸配合结构。除了上述的在上、下或左、右相邻模块的接触部位设计凹凸结构外，如图1所示， 为提高火道墙的整体性，更好的手段是，所述相邻的导焰模块之间、火口模块之间或火口模 块与导焰模块之间以耐火胶泥13粘接。为提高模块的整体性及提高施工效率，所述火口模块、导焰模块等两种模块均用 耐火材料一体浇筑后经高温烧制而成。实施例如图1 图13所示，以一面火道墙由12块模块组成为例进一步说明本发明的内容。图1所示火道墙的墙体由12块模块组成，从上到下分了五层，第一层是由两块模 块一 1组成的火口体23，模块一 1上设置有火口 16，为火口模块；第二层 第五层是由十块 导焰模块砌筑成的外墙体21、内墙体22及二者间的火焰导向体11及火焰分区结构10，第 二层由两块模块二 2及两者间的模块三3组成，第三层由两块模块四4组成，第四层由两块 模块五5及两者间的模块六6组成，第五层由两块模块七7组成。也可将图1所示火道墙的墙体简单分割成两个部分来一体成形，例如由上述的上 三层模块一体成形构成上模块，上述的下两层模块一体成形构成下模块。即火口模块可以 和至少一块导焰模块一体成形，上面所说的上模块就是这样。火口模块和导焰模块统称模 块。如图17、图19所示，各模块上设置有与相邻模块相适配的凹凸配合结构。图1所示火道墙具有四个火口 16，相应设置有大致均等的四个火焰分区17，各导 焰模块上设置了火焰导向体11、火焰分区结构段12及多条平行间隔设置的模块贯通竖缝 9，各模块之间用耐火胶泥13粘接后，四个火焰分区17的火焰分区结构10随之形成，每一 火焰分区17又被基本沿火焰导向区线8间隔分布的两列火焰导向体11大致分为三个小的 火焰导向区，共有12个火焰导向区，各火焰分区17相互连通，各火焰导向区亦相互连通，保 证火焰能够达到火道墙的各个位置，由此，火道墙内部被划分为12个小的热能传递区域， 增强了火道墙内热能的均衡分布，有利于火道墙向料箱的均衡传热。各模块最好是采用具有良好的抗热震稳定性、荷重软化温度高、抗硫化物及氟化 物的侵蚀、高温强度高、导热性能好的氮化硅复合高性能浇注料预制而成，预制时，属于模 块组成部分的火焰导向体11及火焰分区结构段12也一并成形。这种火道墙的优点在于模块化设计，施工快捷方便，局部火道墙修复不需要停炉，模块的整体性及火道墙的整体性都较好，不容易发生变形、开裂，使用寿命较长，一般在 5年以上；整条火道墙有较好的整体性、稳固性、安全性；内部结构具有满足焙烧碳素阳极 产品热能分布、透气性等多方面技术条件的功能分区，火道墙能均勻传热，碳素制品各部位 受热均衡，一般不会出现欠烧和过烧现象，也有利于提高焙烧炉的产品质量。
权利要求
敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，火道墙由耐火材料制成，其包括外墙体(21)、内墙体(22)和连接在外墙体(21)、内墙体(22)之上的火口体(23)，以及连接在外墙体(21)与内墙体(22)之间的火焰导向体(11)，火口体(23)上设置有至少两个火口(16)，各个火口(16)与由火焰分区结构(10)分隔成的各火焰分区(17)相对应，各火焰分区(17)是相互连通的，其特征是所述火道墙由模块组装形成，火口体(23)由至少一块预成形的火口模块组成，火口模块上设置有与火口模块一体成形的火口(16)，所述外墙体(21)、内墙体(22)和连接在外墙体(21)、内墙体(22)之间的火焰导向体(11)由至少一块预成形的导焰模块组成，单个导焰模块由外侧板(18)、内侧板(19)和连接在外侧板(18)与内侧板(19)之间的至少一个火焰导向体(11)组成，火焰导向体(11)与所述导焰模块一体成形，各导焰模块的外侧板(18)组合后构成外墙体(21)，各导焰模块的内侧板(19)组合后构成内墙体(22)。
2.如权利要求1所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述导焰模块上 还设置有火焰分区结构段(12)，火焰分区结构段(12)为连接在所述外侧板(18)与内侧板 (19)之间的挡板(20)，各火焰分区结构段(12)组合后构成火焰分区结构(10)，火焰分区结 构段(12)与所述导焰模块一体成形。
3.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述火口模 块同与其相邻的至少一块所述导焰模块一体成形。
4.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是在所述导焰 模块的外侧板(18)与内侧板(19)上对应设置有平行间隔布置的模块贯通竖缝(9)。
5.如权利要求4所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述模块贯通竖 缝(9)的宽度为2 4mm，高度为90 100mm。
6.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述导焰 模块分层布置，上、下相邻的导焰模块上设置有相互配合并与该模块一体成形的定位结构 (15)。
7.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述相邻的 模块之间相对的接触面上设置有相适配的凹凸配合结构。
8.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述相邻的 模块之间以耐火胶泥(13)粘接。
9.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述模块均 用耐火材料一体浇筑后经高温烧制而成。
10.如权利要求1或2所述的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其特征是所述火道墙 由2-60块模块组成。
全文摘要
本发明公开了一种更便于施工且整体性更好的敞开式阳极焙烧炉模块式火道墙，其由2-60个不等的耐火预制模块组装而成，设置有火口的模块为火口模块，设置有火焰导向体的模块为导焰模块，每一导焰模块上另设置有火焰分区结构段，各火焰分区结构段组合形成的火焰分区结构将整个火道墙分别与各个火口相对应的火焰分区，上下层模块之间设置有定位结构，模块之间相对的接触面上设置有相适配的凹凸配合结构，火焰导向体等与模块一体成形。导焰模块上设计有模块贯通竖缝，其数量根据模块尺寸和阳极焙烧炉焙烧工艺确定。本发明的火道墙施工方便、快捷高效、整体性强、稳定性好、使用寿命较长、能耗低、有很好的综合经济效益。
文档编号F27D1/04GK101936659SQ201010507210
公开日2011年1月5日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者岳卫东, 曾学清, 李勇, 李贵华, 杨求思, 熊飞, 王有来, 石明均, 车金平, 邓文 申请人:四川省眉山市金石耐火材料有限公司;四川启明星铝业有限责任公司;洛阳理工学院