劉孟蕓，毛維龍，姜 凱，劉鑫鑫

(1.兗礦東華重工有限公司；2.兗煤藍(lán)天清潔能源有限公司，山東 鄒城 273500)

在我國(guó)1.6億戶農(nóng)村居民家庭中，約9 300萬(wàn)戶采取分散采暖，其中燃煤采暖約6 600萬(wàn)戶，每年散煤使用量約2億t。2015年我國(guó)注冊(cè)爐具生產(chǎn)企業(yè)約8 000家，年產(chǎn)各類采暖爐具約1 300萬(wàn)臺(tái)[1-4]。其中80%以上企業(yè)主要生產(chǎn)燃煤爐具，集中分布在河北、山東、山西、遼寧、吉林等省。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前爐具企業(yè)規(guī)模普遍偏小，耐火材料的澆筑都是采用手工完成，這種作業(yè)模式一方面工作量大，也難以形成規(guī)模化量產(chǎn)。

在國(guó)家大力加強(qiáng)散煤治理，提高煙煤清潔利用的號(hào)召下，兗煤藍(lán)天清潔能源公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的民用取暖爐具，以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，反燒的技術(shù)，達(dá)到了燃煤排放指標(biāo)滿足國(guó)家排放指標(biāo)的要求[5]。該爐型配合生產(chǎn)的型煤投入市場(chǎng)后，深受市民青睞，公司制定了量產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效取暖爐具的目標(biāo)。其中耐火材料澆筑工藝的成功應(yīng)用，為流水線生產(chǎn)新型爐具提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1 工藝流程

1.1 爐具耐火材料澆筑背景

型煤在爐體腔膛燃燒時(shí)，溫度可以達(dá)到1 200 ℃左右，在這樣的高溫下，燃燒的煤炭和爐體之間若不設(shè)置耐火材料，鋼板極易發(fā)生變形[6]。為了避免高溫造成爐具損壞，爐具的燃燒室和熱解室中通常設(shè)置有耐火襯里，而多腔室的爐具結(jié)構(gòu)無(wú)法直接將預(yù)制的耐火襯里套裝在爐體內(nèi)。民用取暖爐具的耐火材料澆筑成型如圖1所示。由于手工涂抹耐火材料效率低，不利于實(shí)現(xiàn)爐具的批量化生產(chǎn)，因此，設(shè)計(jì)一套爐具耐火材料澆筑的流水化工藝流程是提高爐具生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

圖1 耐火材料澆筑成型

1.2 耐火材料準(zhǔn)備工藝流程

爐具耐火材料的準(zhǔn)備由PLC控制系統(tǒng)統(tǒng)籌，階段性聯(lián)鎖控制。首先通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定需要的耐火料量，按照設(shè)定的水灰比鎖定加水的量，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的取用耐火料量，打開(kāi)緩存?zhèn)}氣動(dòng)閥由電子秤計(jì)量滿足需求的量后由膠帶輸送機(jī)送到星型攪拌機(jī)，控制系統(tǒng)根據(jù)鎖定的加水量，一邊控制加水，一邊攪拌均勻耐火材料，達(dá)到自動(dòng)澆筑的濕度要求，耐火材料準(zhǔn)備工藝流程如圖2所示。

圖2 耐火材料準(zhǔn)備工藝流程

1.3 爐具耐火材料澆筑工藝流程

根據(jù)爐體的結(jié)構(gòu)，為了方便爐具澆筑，把整臺(tái)爐具進(jìn)行了工藝分割，爐體和底座先分開(kāi)澆筑，再合焊到一起。圖3為焊接完成的爐體和底座，經(jīng)過(guò)耐火材料澆筑單元，完成澆筑后再把爐體和底座合焊到一起，最終完成整臺(tái)爐具的澆筑工作。

圖3 耐火材料澆筑工藝流程

(1)爐體耐火材料澆筑作業(yè)流程。焊接完成的爐體經(jīng)由AGV小車輸運(yùn)到托輥輸送線，人工封堵?tīng)t體上的添煤門、觀察門和二次配風(fēng)門等，然后把模具放置在爐體內(nèi)，模具與爐體之間有40 mm的間隙，這個(gè)間隙就是填耐火材料的填充空間[7]，把螺旋輸送機(jī)的出料軟管入口對(duì)準(zhǔn)這個(gè)間隙，直到耐火料把這個(gè)空間填充充實(shí)，靜止5 min后即可完成對(duì)1臺(tái)爐體的澆筑工作。

(2)底座耐火材料澆筑作業(yè)流程。焊接完成的底座經(jīng)由AGV小車輸運(yùn)到托輥輸送線，人工放置模具，用模具鎖定模具與底座之間40 mm的間隙，這個(gè)間隙就是填耐火材料的填充空間，把螺旋輸送機(jī)的出料軟管入口對(duì)準(zhǔn)這個(gè)間隙，直到耐火料把這個(gè)空間填充充實(shí)，靜止5 min后即完成了對(duì)1臺(tái)底座的澆筑工作。

1.4 整臺(tái)爐具的澆筑工藝

澆筑完成的爐體和底座，都要經(jīng)過(guò)靜止，待耐火料具備一定的強(qiáng)度后，再由搬運(yùn)機(jī)器人把兩部分組合到一起進(jìn)行焊接。這樣1臺(tái)焊接完整的爐具就完成了耐火材料的澆筑工作。

2 澆筑工藝過(guò)程的注意事項(xiàng)

耐火材料澆筑是由耐火物質(zhì)制成的粒狀和粉狀材料，并加入一定量結(jié)合劑和水分共同完成。它具有較高的流動(dòng)性，一般在使用現(xiàn)場(chǎng)以澆筑、震動(dòng)或搗固的方法澆筑成型，也可以制成預(yù)制件使用。但是，傳統(tǒng)的耐火材料澆筑工藝在澆筑過(guò)程中存在澆筑料易發(fā)生凝固現(xiàn)象，澆筑料不易脫落，造成粘連，影響耐火材料的成型質(zhì)量與精度，生產(chǎn)效率低。

(1)耐火材料的選用要進(jìn)行嚴(yán)格的凝固時(shí)間界定。耐火材料的凝固時(shí)間決定了爐具澆筑的效率。凝固時(shí)間過(guò)短，耐火材料攪拌和螺旋輸送過(guò)程中就可能產(chǎn)生硬度，進(jìn)而影響流動(dòng)性，造成無(wú)法填充40 mm的間隙，局部空間無(wú)法填實(shí)；凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，耐火料澆筑完成后不能及時(shí)摘取模具，造成生產(chǎn)節(jié)拍跟不上的積壓。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)測(cè)試，調(diào)配耐火材料配比，確定凝固時(shí)間界定在40 min能夠較好的匹配目前的設(shè)備和生產(chǎn)節(jié)拍。

(2)耐火材料澆筑過(guò)程適當(dāng)振搗。爐具的填充模具中設(shè)置了空氣流振動(dòng)器，在耐火材料填充40 mm間隙的過(guò)程中，要適時(shí)開(kāi)啟振搗。開(kāi)啟振搗能夠加速耐火料的流動(dòng)性和填充的密實(shí)度，提升澆筑質(zhì)量[8]。但是耐火材料振搗的過(guò)程也是析出水分的過(guò)程，這會(huì)加速耐火材料的凝固，如果開(kāi)啟振搗時(shí)間過(guò)早也會(huì)導(dǎo)致耐火料凝結(jié)過(guò)快，填充出現(xiàn)蜂窩麻面。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，每臺(tái)爐具需要耐火料約40 kg，單臺(tái)澆筑時(shí)間約4 min，當(dāng)填充約20 kg耐火料或者澆筑約2 min時(shí)開(kāi)啟振搗器會(huì)提升澆筑質(zhì)量。

(3)鎖定水分和耐火材料的配比。耐火材料的干濕度會(huì)嚴(yán)重影響爐具的澆筑質(zhì)量。要準(zhǔn)確把握水分和耐火材料的比重，這個(gè)比重會(huì)受到緩存庫(kù)耐火材料的水含量、氣候季節(jié)和星型攪拌站設(shè)備的干濕度等全方位的影響[9]。通過(guò)生產(chǎn)測(cè)試，選取的水和耐火材料配比為12%，每班生產(chǎn)前需要先用清水滋潤(rùn)設(shè)備，保持恒水的比重不受設(shè)備工況和環(huán)境的影響。

3 結(jié) 論

民用取暖爐具耐火材料澆筑工藝流程是結(jié)合產(chǎn)品的具體情況，設(shè)計(jì)出的簡(jiǎn)單實(shí)用澆筑生產(chǎn)流程。該方法有效解決了民用高效潔凈爐具的量產(chǎn)問(wèn)題，突破了手工澆筑爐具不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的瓶頸，提升了優(yōu)質(zhì)高效爐具的生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量，順利完成了民用取暖具的量產(chǎn)任務(wù)。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，爐具出廠涂泥合格率達(dá)到99%以上。這種工藝流程的設(shè)計(jì)應(yīng)用，也為同類產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了工藝思路。