退火爐爐體通常長(zhǎng)36m，分為四個(gè)控制段：加熱段、保溫段、急冷段和緩冷段。加熱段爐膛高3m，其他三段爐膛高2.25m，每?jī)啥沃g有一個(gè)距爐底1.3m的高壓下梁將相鄰兩段隔離。退火時(shí)各段溫度分別控制為：1050～1100℃、960～1000℃、780～830℃、560～610℃。 整個(gè)爐體從進(jìn)料到出料上斜2%，鑄管在爐底軌道上由撥爪推動(dòng)前進(jìn)，爐兩側(cè)安裝有５對(duì)對(duì)中機(jī),對(duì)鑄管行進(jìn)中跑偏進(jìn)行校正。
爐底原由五層耐火磚砌成，最下面一層輕質(zhì)磚為立砌，厚122mm，中間三層為平砌，每層厚65mm，最上層粘土磚也為立砌，厚度為114mm。軌道采用耐熱鋼，材質(zhì)為3Cr24Ni18Si2，軌道的鋪設(shè)兩邊采用耐火磚固定。由于使用多年，爐底耐火磚變形較大，耐熱鋼軌道也嚴(yán)重變形，而且固定耐火磚已大部分損壞，因此退火過程中管子在爐內(nèi)運(yùn)行不平穩(wěn)，退火后管子的橢圓度增大，有的外表出現(xiàn)外凹導(dǎo)致報(bào)廢，更嚴(yán)重的是因軌道橫向位移，尤其是在對(duì)中機(jī)處造成軌道脫節(jié)，導(dǎo)致亂爐，出現(xiàn)大批廢品。停爐檢修時(shí)，對(duì)軌道進(jìn)行校直、更換和固定，固定采用焊接，將每根道軌首尾焊死，相互連接，由于焊接時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力較大，加上道軌受熱膨脹等原因，焊點(diǎn)很快斷開，每隔半個(gè)月左右就得停爐檢修一次，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。為此鑄管公司決定對(duì)爐底及軌道進(jìn)行改造。
2 改造方案的設(shè)計(jì)
鑒于耐火澆注料熱穩(wěn)定性好、線變化率低、形變小等特點(diǎn)，鑄管公司大膽提出以鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料制成的預(yù)制件代替易變形的耐熱鋼，將原來的 五組軌道全部去掉，同時(shí)將最上面一層立砌的粘土磚也全部去掉，采用低水泥澆注料打結(jié)爐底。
改造采用的鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料預(yù)制件形狀改造后爐底結(jié)構(gòu)爐底表面為厚120mm的55# 低水泥澆注料，澆注爐底表面時(shí)預(yù)留5條斷面為210×80mm的凹槽，軌道即設(shè)置在凹槽中。
3 新材料性能及試驗(yàn)研究
耐火澆注料熱穩(wěn)定性好，線膨脹系數(shù)比耐熱鋼小，但其耐磨性及其強(qiáng)度卻難以與耐熱鋼相比(耐火澆注料的理化指標(biāo)見表１)。以耐火澆注料代替耐熱鋼作退火爐軌道是否能滿足退火的需要呢？為此，做了如下試驗(yàn)。
3.1 耐磨性
為研究耐火料預(yù)制件的耐磨性，用預(yù)制件搭成斜度為2%的軌道(退火爐斜度為2%)，將軌道置于退火爐的加熱段內(nèi)，并將退火爐加熱段爐內(nèi)溫度升至退火溫度(1080～1100℃)，用減速機(jī)構(gòu)以0.85m/s的速度(退火時(shí)管子最大運(yùn)行速度為0.85m/min)勻速將一通徑為800mm、厚度為36mm、長(zhǎng)度為1500mm、表面粗糙度為100μm的圓鋼管上下拖動(dòng)10000次，軌道厚度平均下降0.22mm。以軌道表面磨損不大于10mm為安全運(yùn)行的極限，則退火時(shí)管子可滾動(dòng)軋過次數(shù)為45.5萬次，退火量可達(dá)63.4萬t(DN800mm管的標(biāo)準(zhǔn)重量為139kg)。由此可見，預(yù)制件的耐磨性足以滿足退火的需要。
3.2 抗壓強(qiáng)度
仍以DN800mm管為研究對(duì)象，管子在軌道上滾動(dòng)時(shí)，與軌道的接觸面寬度在2mm以上。以1.5 mm寬度計(jì)算，5條軌道與DN800mm管子的接觸面積為15cm2 ， 軌道所受壓強(qiáng)為9.3MＰa，則預(yù)制件的抗壓強(qiáng)度為所受壓強(qiáng)的8.6倍 。
3.3 抗折強(qiáng)度
由抗折強(qiáng)度計(jì)算承受DN800mm管所需的最小橫截面積為11.6 cm+2 ，而一條軌道的橫截面積為240cm2 。以上試驗(yàn)研究表明：預(yù)制件的耐磨性及強(qiáng)度足以滿足退火需要。
4 施工
4.1 爐底的打結(jié)
(1)設(shè)置預(yù)制件凹槽打結(jié)所需模具，模具的澆注面均涂油以利于脫模。
(2)攪拌：采用飲用水，按重量準(zhǔn)確稱量，加水量為5%～10%，用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間控制在5min左右。
(3)膨脹縫的預(yù)留：在爐體長(zhǎng)度與寬度方向上，每隔約2m留一條寬10mm的膨脹縫，縫內(nèi)填入硅酸鋁耐火纖維氈，各條膨脹縫應(yīng)錯(cuò)開。
(4)加水?dāng)嚢韬蟮臐沧⒘显?5min內(nèi)用完，澆注料硬化約24h后脫模，進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，總養(yǎng)護(hù)時(shí)間為50h。
4.2 鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料預(yù)制件的設(shè)置
預(yù)制件設(shè)置時(shí)兩側(cè)放置一塊厚為5mm的油氈紙，兩根預(yù)制件連接處留5mm寬的膨脹縫，縫內(nèi)填入硅酸鋁耐火纖維氈，五條軌道的膨脹縫相互錯(cuò)開。爐底平面寬度方向的平直度、五條軌道寬度方向的平直度及爐底平面、五條軌道長(zhǎng)度方向的2%斜度，采用激光器光束測(cè)量手段來保證。
5 改造效果與分析
改造后的爐底設(shè)置有預(yù)埋軌道的凹槽，整條軌道的下半部都埋在爐內(nèi)，固定條件非常好，杜絕了因軌道橫向位移導(dǎo)致亂爐而出現(xiàn)大批廢品的現(xiàn)象。
鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料是以高鋁礬土、熟料或剛玉等為骨料和粉料，加入結(jié)合劑和適量的耐熱不銹鋼纖維，并加入適量的外加劑配制而成的耐火澆注料，其熱穩(wěn)定性強(qiáng)，變形小，耐磨性好，強(qiáng)度高，具有較好的抗削落、抗沖擊性能。采用鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料預(yù)制件代替耐熱鋼軌道，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，工期短(比采用耐熱鋼短5d)，造價(jià)低(節(jié)約資金20余萬元)，而且其耐磨性及強(qiáng)度完全滿足退火要求。