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1 前言
某廠步進(jìn)式加熱爐采用的都是輕重復(fù)合絕熱耐火材料結(jié)構(gòu)，在各使用期存在著不同程度的損壞現(xiàn)象，尤其以爐頂和爐墻低水泥澆注料損壞對生產(chǎn)影響最大。因?yàn)檫@兩處出現(xiàn)大的損壞將造成停爐檢修，一般的停爐檢修最少需要三天時(shí)間。一般低水泥澆注料加熱爐的正常壽命為6?8年?？梢娭挥袦p少爐頂和爐墻低水泥澆注料損壞，提高加熱爐使用壽命，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)，雖然國內(nèi)關(guān)于低水泥澆注料損壞機(jī)理方面的資料較多，由于不同加熱爐澆注料損壞有不同的作用機(jī)理，情況比較復(fù)雜，因此情況差異，必須從設(shè)計(jì)、施工、烘爐、生產(chǎn)維護(hù)等方面采取相成技術(shù)措施，注意各個(gè)環(huán)節(jié)的工作。我們通過多年的現(xiàn)場工作實(shí)踐，對幾座棒線材步進(jìn)式加熱爐的設(shè)計(jì)、施工、供爐、生產(chǎn)維護(hù)等方面進(jìn)行總結(jié)。
2 耐火材料損壞原因分析
對常規(guī)大型平吊頂加熱爐爐頂及爐墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
2.1
爐頂損壞原因分析
由于絕熱的輕重材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，界面溫度高，爐溫的升降波動(dòng)產(chǎn)生熱應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力破壞錨固磚，導(dǎo)致不同程度的損壞。錨固磚受拉應(yīng)力、剪應(yīng)力的影響，如圖1所示。
拉應(yīng)力：錨固磚所受的拉應(yīng)力是從下往上分段遞增的，而且在重質(zhì)層(高鋁層)的一段錨固磚所受的拉應(yīng)力增長最快，然而輕質(zhì)層內(nèi)增加較少，生產(chǎn)操作中升降溫，錨固磚界面因承受不了瞬間產(chǎn)生膨脹拉力，導(dǎo)致錨固磚斷裂。
剪切力：由于保溫層與工作層的線膨脹系數(shù)有較大的差異，在兩層間會(huì)發(fā)生剪切力，從而剪切錨固磚，剪切力的大小與兩種材質(zhì)的膨脹系數(shù)有關(guān)。
錨固磚材質(zhì)：當(dāng)界面處于1100℃時(shí),界面錨固磚將承受在部分的爐頂重量，拉應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度之間的矛盾達(dá)到最大。同時(shí)，界面處錨固磚還承受著巨大的循環(huán)剪切應(yīng)力，錨固磚很有可能從界面處斷裂。
2.2
爐墻主要損壞原因分析
由于澆注料和錨固磚組成的是復(fù)合結(jié)構(gòu)，爐溫的升降波動(dòng)，加之爐墻錨固磚和輕質(zhì)磚之間無間隙，在兩種材質(zhì)之產(chǎn)生剪應(yīng)力，同時(shí)錨固磚斷面小(最小80mmX80mm)，鋪固磚易斷而導(dǎo)致爐墻向內(nèi)傾斜，另外澆注料)厚度薄(最小僅230mm，國內(nèi)大多在260?400mm)，也導(dǎo)致了爐墻整體穩(wěn)定性差。如圖2所示。
3、設(shè)計(jì)及施工采取技術(shù)措施
嚴(yán)格按照《工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊》進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工及檢査中嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)GB211-87《工業(yè)爐砌筑施工及驗(yàn)收規(guī)范》，國家標(biāo)準(zhǔn)GB50309-92《工業(yè)爐砌筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》要求，在具體施工中還要采取一些技術(shù)措施。
3.1
針對爐頂采取的技術(shù)措施
(1)澆注料面錨固磚的凸起部位在施工之前應(yīng)用δ=1mm左右馬糞紙包扎4個(gè)面，并用透明膠帶粘牢，防止下料時(shí)馬糞紙損壞。
(2)爐頂澆注料面鋪一層δ=20mm厚的高鋁纖維毯作隔離層，緩沖工作層與保溫層因村料膨脹系數(shù)不同而對錨固磚產(chǎn)生的剪應(yīng)力。
(3)爐頂保溫層施工：施工完畢，合格后烘爐，升至850℃，開始鋪高鋁毯，毯與錨固磚之間留2mm的縫隙，爐子第一個(gè)生產(chǎn)周期完，檢查爐頂完好后，再鋪80mm厚的密度小于0.5t/m3的輕質(zhì)澆注料，不振動(dòng)、不加壓、不抹光。
(4)縮小爐頂平焰燒嘴附近的錨固磚懸壁尺寸，不大于120?150mm，增加爐頂錨固磚。
(5)膨脹縫設(shè)計(jì):爐體施工完畢，剛開始烘爐升溫時(shí)，由于爐頂下部溫度高，澆注料快速脫水，下部收縮，爐頂向上凸起，爐頂出現(xiàn)大的熱應(yīng)力，膨脹縫間距越大應(yīng)力越大。正常生產(chǎn)時(shí)在穩(wěn)定溫度情況下，爐頂向下凹，結(jié)果使膨脹縫中間的錨固磚拉力增加數(shù)倍。所以膨脹縫的設(shè)計(jì)必須合理。通常爐頂每隔1.5?2m，留5~8mm膨脹縫。
3.2
針對爐墻采取的技術(shù)措施
(1)錨固磚斷面:加大錨固磚斷面，采用錨固磚斷面不小于120mm*120mm。同時(shí)設(shè)計(jì)增加耐熱合金托墻板，減較錨固磚承受的熱應(yīng)力。
(2)澆注料厚度:為了爐墻整體穩(wěn)定性，爐墻澆注料厚度不小于260mm。
⑶爐墻錨固磚四周采用與爐頂錨固磚一樣的包扎方式。
(4)爐墻錨固磚與輕質(zhì)磚四周填充δ=20mm厚的耐火纖維毯，緩沖剪應(yīng)力。
4、烘爐及生產(chǎn)維護(hù)中采取技術(shù)管理措施
4.1
烘爐期技術(shù)管理措施
烘爐其實(shí)是加熱爐投入運(yùn)行的第一個(gè)關(guān)鍵期。剛開始烘爐升溫時(shí)，由于澆注料表面溫度高,澆注料快速脫水，外表收縮，澆注料內(nèi)部出現(xiàn)大的熱應(yīng)力;另外澆注料施工時(shí)一般要加入6%?10%的水,這部分結(jié)合水必須在澆注料溫度升高至110°C以上才能排出，而結(jié)晶水必須在澆注料溫度升高至250°C以上才能排出。當(dāng)水變成水蒸汽體積急劇膨脹。這兩個(gè)原因都會(huì)造成澆注料損壞。所以必須對澆注料升溫速度加以控制。目前加熱爐中低溫烘爐采用易控制的大氣燒嘴烘爐(低溫段0℃~600℃),烘爐升溫速度≤5℃/h;高溫段烘爐時(shí)開部分燒嘴，升溫速度≤10℃/h。雖然不同澆注料供貨廠家對烘爐的要求不同，但都要求溫度達(dá)到110°C和250℃時(shí)有足夠長的保溫時(shí)間，只外由于澆注料內(nèi)部存在溫度梯度，所以總烘爐時(shí)間不少于20天。
4.2
生產(chǎn)維護(hù)期技術(shù)管理措施
在施工烘爐完畢后，加熱爐耐火澆注料爐襯需要經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間(一般2?3年)才能完成表面材質(zhì)的轉(zhuǎn)換，即燒結(jié)過程。在這個(gè)過程中，要適當(dāng)控制各部位的爐溫及其變化，尤其注意不宜在開爐、停爐時(shí)急劇升溫和降溫，在燒結(jié)過程完成U的升降溫可適當(dāng)提高。
(1)在燒結(jié)過程中各段爐溫控制。
均熱段≤1250℃;加熱段≤1300℃由于沒有燒嘴，通常溫度≤1000℃，很難完成燒結(jié)過程，預(yù)熱段澆注料強(qiáng)度始終不如均熱段和加熱段，所以預(yù)熱段壓下部分的澆注料更容易損壞，更要保持爐溫穩(wěn)定減少波動(dòng)。
(2) 在燒結(jié)過程中高溫段的升降溫度。見表1。
(3)在燒結(jié)過程完成后升降溫操作。
在燒結(jié)過程完成后的升降溫速度不能超過燒結(jié)過程升降溫的一倍。所以在生產(chǎn)組織的初期就要制定嚴(yán)格的崗位作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，而且所有操作人員必須要有上崗證(經(jīng)嚴(yán)格考試)。烘爐及生產(chǎn)的升降溫均按操作規(guī)程和作業(yè)指導(dǎo)書的要求進(jìn)行。生產(chǎn)中減少升降溫次數(shù)。
5 結(jié)語
要提高爐體耐火材料壽命必須在技術(shù)和管理上同時(shí)努力，雖然短期利益驅(qū)使下進(jìn)行的違章操作并不能立即看到其造成的后果，但量變必然會(huì)造成質(zhì)變。只有在設(shè)計(jì)、施工、烘爐、生產(chǎn)維護(hù)等環(huán)節(jié)采取正確的技術(shù)管理措施，才能保證爐體耐火材料的使用壽命。
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