工業(yè)窯爐的耐火爐襯結(jié)構(gòu)

?

工業(yè)爐爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計是完成筑爐材料到爐襯結(jié)構(gòu)的依據(jù)，是實現(xiàn)設(shè)備工藝目的的關(guān)鍵程序。這里主要介紹以耐火材料為主要材料的爐襯砌體結(jié)構(gòu)。

1.2.1爐襯的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計

工業(yè)爐的爐襯砌體結(jié)構(gòu)是由耐火材料構(gòu)筑而成的。在爐襯的設(shè)計過程中，通常需要注意以下幾方面：

(1)合理的爐型尺寸。這是工業(yè)爐所服務(wù)的生產(chǎn)工藝所確定的，爐型尺寸服從于工藝要求和設(shè)備整體設(shè)計。爐型尺寸是工業(yè)爐生產(chǎn)工序的基本條件，爐襯尺寸的合理與否，直接影響到整個工序的生產(chǎn)。

(2)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式。由于工業(yè)爐的特味用途，爐襯一般是單面受熱的。當爐襯長期處于這種極端溫差環(huán)境下，或是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破損，或是應(yīng)力變形，或是在熱面形成熔融層爐襯結(jié)構(gòu)將受到極大的考驗。因此，爐襯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是爐襯設(shè)計的關(guān)鍵指標。

(3)經(jīng)濟、有效的材料配置。

1.2.2爐襯的主要結(jié)構(gòu)形式

一般來講，工業(yè)爐的爐襯襯體結(jié)構(gòu)主要有4種形式：

(1)耐火磚砌體；

(2)不定形耐火材料襯體；

(3)耐火陶瓷纖維襯體；

(4)混合襯體。

1.2.2.1 耐火磚砌體

耐火磚砌體是由耐火磚和耐火泥漿構(gòu)成。

是工業(yè)爐爐體結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)、使用廣泛的一種砌體結(jié)構(gòu)形式。在用耐火磚構(gòu)筑或修建工業(yè)爐爐體結(jié)構(gòu)時，首先應(yīng)該根據(jù)設(shè)計或原結(jié)構(gòu)要求，選擇耐火磚和耐火泥。然后才有按照設(shè)計圖完成砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑

一般由耐火磚構(gòu)筑的砌體，在工業(yè)爐爐體結(jié)構(gòu)中主要用于墻體、爐頂、爐底和管道。

1.2.2.2不定形耐火材料補體

所謂不定形耐火材料襯體，是指構(gòu)成爐襯襯體的主要材料是不定形耐火材料。這些不形耐火材料主要包括：耐火澆注料、耐火可塑料、耐火噴涂料等。

耐火澆注料。耐火澆注料，在作為爐體結(jié)構(gòu)主要材料時，用于爐體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻爐頂、管道內(nèi)襯和外包扎等工作層，也有用于工作層與爐子鋼結(jié)構(gòu)（如：爐殼）之間作為保溫層。

(2)耐火可塑料。從理論上講，耐火可塑料可以在各種工業(yè)爐的主體結(jié)構(gòu)上替代耐火磚的功能。但實際應(yīng)用時，還是需要研究完以下問題后再作決定。

1)爐子的種類和形式：是熔煉爐、反應(yīng)護還是加熱爐；

2)爐子結(jié)構(gòu)：爐頂、側(cè)墻還是爐底；施工厚度；有無隔熱材料；爐墻的高度和荷載情況等；

3)爐子的操作情況：爐溫及其變化、操作方式是連續(xù)還是間歌、被加熱物料的狀態(tài)是周態(tài)還是液態(tài)或氣態(tài)、爐內(nèi)的沖擊荷載等；4)經(jīng)濟性和施工條件等。在實際工業(yè)爐爐體結(jié)構(gòu)中，耐火可塑料應(yīng)用多的是在爐體的爐頂和爐墻部分。

(3)耐火噴涂料。由于噴涂施工具有可以在任何角度、任何位置，并形成任何幾何形狀等優(yōu)點，因此在工業(yè)爐的爐襯設(shè)計中，常常采用由噴涂料通過噴涂施工形成的襯體。

由于噴涂料的特性與澆注料基本相同，因此在結(jié)構(gòu)形式上也類同于澆注料襯體，在工業(yè)爐爐體應(yīng)用的部位包括爐墻、爐頂、管道內(nèi)襯壁以及保溫層等。

為穩(wěn)定噴涂料襯體的結(jié)構(gòu)，通常在襯體內(nèi)也根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)要求，配設(shè)不同形式的金屬錯固件或鋪固磚等。

1.2.2.3 耐火陶瓷纖維村體

耐火陶瓷纖維作為一種半成品原料，呈松散狀，可加工成纖維毯、纖維繩、纖維紙、纖維板、纖維扎塊（折疊式模塊或?qū)盈B式模塊）等成品，添加結(jié)合劑后可以成為纖維噴涂料或纖維澆注料。陶瓷纖維可以以松散狀直接使用，但在作為一種村體存在時，往往把陶瓷纖維加工成糖、板或扎塊等產(chǎn)品使用。

1.2.3爐村砌體的腳脹結(jié)構(gòu)

構(gòu)成工業(yè)護護村的耐火材料材體，在高溫條件作用下，一般都會不同程度地產(chǎn)生影脹。同時，村體內(nèi)部由于溫度變化和溫度棒度的存在而產(chǎn)生熱應(yīng)力，導致村體發(fā)生危裝和剝落等現(xiàn)象。為了減少和消除這種影脹和溫度應(yīng)力通常在襯體內(nèi)設(shè)置一定的膨脹余量構(gòu)成膨脹結(jié)構(gòu)，即習慣所稱的膨脹縫及其周圍結(jié)構(gòu)，來釋放襯體在熱膨脹時產(chǎn)生的應(yīng)力。

(1)膨脹縫的留設(shè)思想：膨脹縫的留設(shè)方法有多種，但基本的思想是：根據(jù)實際襯體用耐火材料的熱膨脹性能，同時充分考慮到膨脹縫的留設(shè)不會導致襯體結(jié)構(gòu)強度的降低。在通常情況下，膨脹縫的留設(shè)尺寸是以襯體主要高溫側(cè)材料的實際熱膨脹率和工業(yè)爐的設(shè)計溫度為基礎(chǔ)進行計算得出的。但即使是實測的耐火材料熱膨脹率，由于實驗條件和實際應(yīng)用環(huán)境存在著有無荷載等方面的差異，以及磚縫耐火泥漿的作用，因此，實際膨脹縫留設(shè)的尺寸通常是按襯體材料膨脹量的60%左右取值的。

(2)膨脹縫的主要形式：在一般工業(yè)爐襯體結(jié)構(gòu)中，設(shè)計的膨脹縫有直線形、折線形、交錯形和斜切形等。但無論何種形式，膨脹縫留設(shè)的基礎(chǔ)應(yīng)按照1.2.3.1要求。另外，在具體設(shè)計時，應(yīng)防止由于膨脹縫的存在，導致爐內(nèi)高溫氣體直沖爐體鋼結(jié)構(gòu)或保溫材料。下面介紹幾種代表性耐火材料膨脹縫的留設(shè)方式。

1)耐火磚砌體：在耐火磚砌體結(jié)構(gòu)中，膨脹縫的留設(shè)主要有直線形、折線形和端部集中留設(shè)等形式。一般來講，對于相對移動量小、爐膛溫度和爐壓不高的耐火磚墻體，多采用直線形膨脹縫。否則，宜用折線形膨脹縫。對于一些結(jié)構(gòu)尺寸和爐膛跨度較小，總計算膨脹量不大的耐火磚墻體，也可采用端部集中留設(shè)膨脹縫的結(jié)構(gòu)

2)澆注料襯體：在澆注料襯體內(nèi)留設(shè)膨脹縫，必須充分考慮到澆注料在烘烤和使用整個過程中襯體體積的變化。對于施工體積小、膨脹總量小的襯體可不設(shè)膨脹縫。

在澆注料襯體中留設(shè)的膨脹縫主要有直線形或波浪形和折線形兩種。

在直線形膨脹縫結(jié)構(gòu)中，為了防止爐內(nèi)高溫氣體直接沖擊工作爐襯背部的保溫材料或鋼結(jié)構(gòu)，一般在膨脹縫長度的低溫端加一塊耐火磚，俗稱'蓋磚'。

澆注料襯體膨脹縫的留設(shè)一般采用兩種方法：一種是直接留設(shè)，即在澆注料施工前，把具有一定強度的膨脹縫材料留設(shè)在澆注模板內(nèi)的固定部位。如折線形（或波浪形）;另一種方法是在澆注料砌體施工完成后，根據(jù)設(shè)計尺寸，在襯體上機械切割成縫，然后填入膨脹充填材料，這種方法多用于直線形膨脹縫。

3)可塑（搗打）料襯體：可塑（搗打）料襯體的膨脹縫結(jié)構(gòu)和留設(shè)方法同澆注料襯體結(jié)構(gòu)。有時，也有在可塑料襯體施工完成后，用扁鑿進行人工鑿縫形成結(jié)構(gòu)縫。

(3)膨脹縫留設(shè)的基本尺寸：膨脹縫基本尺寸的確定是非常困難的，但同時它又是工業(yè)爐襯體中非常關(guān)鍵的尺寸。如前所述，不同的材料、不同的環(huán)境溫度要求設(shè)計不同的膨脹余量。膨脹余量設(shè)計不當，還會造成結(jié)構(gòu)破損、氣體或物料外漏、環(huán)境劣化，甚至導致事故的發(fā)生。因此，膨脹縫尺寸的確定必須經(jīng)過嚴格的計算，包括做必要的材料高溫膨脹性能試驗檢測。

這里介紹幾種代表性耐火材料的膨脹縫和不同溫度條件下每米耐火磚砌體膨脹縫尺寸經(jīng)驗值，見表1-2、表1-3。1.2.4爐襯配置水平的評價

一座工業(yè)爐爐襯的配置水平可以從以下四方面的內(nèi)容進行評價：

(1)有利于整個工業(yè)爐的長期經(jīng)濟運行；

(2)能大限度地使所有筑爐材料包含在

行業(yè)的標準范圍內(nèi)，包括基本尺寸和基本特性等；

(3)能與材料工業(yè)技術(shù)水平的進步和發(fā)

展相適應(yīng)；

(4)能夠充分體現(xiàn)工程投資的經(jīng)濟性。

1.3筑爐主要材料和輔助材料

在筑爐材料中，一般主要包括3種材料：

耐火材料、保溫性材料和錨固性材料。

??