加熱爐錨固磚使用中斷裂的原因分析

　　高溫加熱爐的爐頂目前大部分是吊掛平頂或拱頂，為了降低爐頂散熱、大部分都采用輕重組合的耐火材料結(jié)構(gòu)。即下部接觸火焰的工作襯用重質(zhì)低水泥耐火澆注料上面再覆蓋一層輕質(zhì)保溫磚或纖維棉結(jié)構(gòu)。

　　一、加熱爐結(jié)構(gòu)分析

　　平頂輕重組合結(jié)構(gòu)中存在著錨固磚從界面處斷裂從而造成重質(zhì)料整體塌落的事故隱患。主要是因?yàn)椋?/P>

　　1.1 吊掛爐頂中錨固磚受拉應(yīng)力引起

　　一般復(fù)合吊掛爐頂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為下層250~300mm的重質(zhì)低水泥澆注料、容重2.5g/cm³左右，上部覆蓋100~150mm的輕質(zhì)澆注料(保溫磚和纖維)，容重1.0~1.5g/cm³以下，錨固磚截面積一般為115mmX115mm，分布密度一般為中心距300~350mm。

　　錨固磚端面上所受的拉應(yīng)力是從下往上分段遞增的。而且在重質(zhì)層內(nèi)的一段錨固磚所受的拉應(yīng)力增長(zhǎng)最快，并在界面處達(dá)到最大(0.05MPa左右)，而后在輕質(zhì)料層內(nèi)的增加較少。重質(zhì)層約占爐頂重量的77%。

　　1.2 吊掛爐頂中界面處錨固磚受剪應(yīng)力引起

　　除重力造成的拉應(yīng)力之外，界面處的錨固磚還承受著較大的剪應(yīng)力。由于上層輕質(zhì)保溫澆注料與下層重質(zhì)料材質(zhì)有較大的差異，受熱后的物理膨脹量也有較大差異，使用中層間會(huì)發(fā)生滑移，從而剪切錨固磚。剪切力的大小與保溫料的強(qiáng)度及重質(zhì)料的膨脹系數(shù)有關(guān)。顯然，保溫料強(qiáng)度越高，錨固磚隨重質(zhì)料的滑移越受到限制，產(chǎn)生的剪切應(yīng)力就越大。同樣，重質(zhì)料膨脹系數(shù)越大，層間滑移量就越大。產(chǎn)生的剪力就越大。而用這種剪切應(yīng)力是循環(huán)的，因?yàn)橥t檢修及溫度波動(dòng)在生產(chǎn)中客觀存在的。

　　1.3吊掛爐頂?shù)臏囟确植继匦砸?/P>

　　以爐頂上表面溫度為150℃計(jì)算，界面處溫度大約1100℃左右，即溫度在重質(zhì)料層內(nèi)降低約30%。亦即爐頂主要靠上層輕質(zhì)料保溫，而在兩層之間界面處溫度然很高。

　　1.4 錨固磚材質(zhì)及其在不同溫度下的強(qiáng)度特性引起

　　燒結(jié)耐火制品的強(qiáng)度主要來(lái)自耐火材料內(nèi)粒子之間的陶瓷結(jié)合。這種陶瓷結(jié)合程度越高，則其強(qiáng)度也就越高。高鋁耐火制品的陶瓷結(jié)合主要是液相燒結(jié)的結(jié)果，即高溫下耐火材料中形成液相，促進(jìn)顆粒間的黏結(jié)及物質(zhì)遷移。形成的液相量越多，則燒結(jié)強(qiáng)度會(huì)越好，冷態(tài)時(shí)表現(xiàn)出的強(qiáng)度也就越高。

　　但冷態(tài)強(qiáng)度與熱態(tài)強(qiáng)度往往是矛盾的。高溫液相量多雖然促進(jìn)燒結(jié)，低溫強(qiáng)度高，但高溫使用時(shí)，這大量液相又會(huì)重新出現(xiàn)，高溫強(qiáng)度就會(huì)下降。高溫液相量越多，則高溫強(qiáng)度越低。

　　錨固磚生產(chǎn)主要從兩方面考慮：一是耐火度，二是抗拉強(qiáng)度。耐火度一般不會(huì)成問(wèn)題，最重要的是抗拉強(qiáng)度。我們目前最注意的是磚的冷態(tài)抗拉強(qiáng)度，因?yàn)檎麄€(gè)爐頂重量都懸掛在錨固磚上部的絞結(jié)處，此處溫度不高，因此只要磚的常溫抗拉強(qiáng)度足夠，此處就不會(huì)發(fā)生斷裂。而如果常溫抗拉強(qiáng)度不足，則會(huì)發(fā)生所謂的掉落問(wèn)題。事實(shí)上坍塌事故時(shí)有發(fā)生，因此無(wú)論是爐窯設(shè)計(jì)還是錨固磚制造，人們更注重于錨固磚的冷態(tài)抗拉強(qiáng)度，生產(chǎn)上也往往采用易于燒結(jié)的原材料制磚。

　　吊平頂溫度分布特性分析表明，界面處溫度可達(dá)1100℃此處溫度下的錨固磚中很可能會(huì)產(chǎn)生較多的高溫液相，導(dǎo)致磚的抗拉強(qiáng)度下降。但界面處錨固磚卻承受著大部分爐頂?shù)闹亓浚瓚?yīng)力與抗折強(qiáng)度之間的矛盾在此處達(dá)到最大。同時(shí)，界面處錨固磚還承受這巨大的循環(huán)剪切應(yīng)力，更增加了錨固磚界面斷裂的可能性。而處于界面以上的錨固磚，由于所處溫度較低，磚內(nèi)基本不產(chǎn)生液相，陶瓷結(jié)合穩(wěn)定。只要磚的常溫強(qiáng)度足夠，就不會(huì)造成斷裂。也正因?yàn)槿绱藸t頂錨固磚要么從頂部斷裂，要么從復(fù)合界面處斷裂。

　　拱頂結(jié)構(gòu)，用拱頂形式砌體，需要較重的鋼架來(lái)支撐其重量和拱頂?shù)乃酵屏Γ瑥亩绊敱旧聿灰酌撀鋼p壞，壽命比平頂長(zhǎng)。

　　二、結(jié)論

　　加熱爐錨固磚的選擇應(yīng)按照YB/T 4439-2014指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試，但是要是按照標(biāo)準(zhǔn)去購(gòu)買(mǎi)錨固磚其價(jià)格會(huì)比非標(biāo)價(jià)格高出很多，現(xiàn)在大多數(shù)的加熱爐廠家使用錨固磚材質(zhì)均屬于LZ-55材質(zhì)或其他材質(zhì)。

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