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構。即下部接觸火焰的工作襯用重質低水泥耐火澆注料上面再覆蓋一層輕質保溫磚或纖維棉結構。

　　一、加熱爐結構分析

　　平頂輕重組合結構中存在著錨固磚從界面處斷裂從而造成重質料整體塌落的事故隱患。主要是因為：

　　1.1 吊掛爐頂中錨固磚受拉應力引起

　　一般復合吊掛爐頂設計結構為下層250~300mm的重質低水泥澆注料、容重2.5g/cm³左右，上部覆蓋100~150mm的輕質澆注料(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力是從下往上分段遞增的。而且在重質層內的一段錨固磚所受的拉應力增長最快，并在界面處達到最大(0.05MPa左右)，而后在輕質料層內的增加較少。重質層約占爐頂重量的77%。

　　1.2 吊掛爐頂中界面處錨固磚受剪應力引起

　　除重力造成的拉應力之外，界面處的錨固磚還承受著較大的剪應力。由于上層輕質保溫澆注料與下層重質料材質有較大的差異，受熱后的物理膨脹量也有較大差異，使用中層間會發生滑移，從而剪切錨固磚。剪切力的大小與保溫料的強度及重質料的膨脹系數有關。顯然，保溫料強度越高，錨固磚隨重質料的滑移越受到限制，產生的剪切應力就越大。同樣，重質料膨脹系數越大，層間滑移量就越大。產生的剪力就越大。而用這種剪切應力是循環的，因為停爐檢修及溫度波動在生產中客觀存在的。

　　1.3吊掛爐頂的溫度分布特性引起

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

　　1.4 錨固磚材質及其在不同溫度下的強度特性引起

　　燒結耐火制品的強度主要來自耐火材料內粒子之間的陶瓷結合。這種陶瓷結合程度越高，則其強度也就越高。高鋁耐火制品的陶瓷結合主要是液相燒結的結果，即高溫下耐火材料中形成液相，促進顆粒間的黏結及物質遷移。形成的液相量越多，則燒結強度會越好，冷態時表現出的強度也就越高。

　　但冷態強度與熱態強度往往是矛盾的。高溫液相量多雖然促進燒結，低溫強度高，但高溫使用時，這大量液相又會重新出現，高溫強度就會下降。高溫液相量越多，則高溫強度越低。

　　錨固磚生產主要從兩方面考慮：一是耐火度，二是抗拉強度。耐火度一般不會成問題，最重要的是抗拉強度。我們目前最注意的是磚的冷態抗拉強度，因為整個爐頂重量都懸掛在錨固磚上部的絞結處，此處溫度不高，因此只要磚的常溫抗拉強度足夠，此處就不會發生斷裂。而如果常溫抗拉強度不足，則會發生所謂的掉落問題。事實上坍塌事故時有發生，因此無論是爐窯設計還是錨固磚制造，人們更注重于錨固磚的冷態抗拉強度，生產上也往往采用易于燒結的原材料制磚。

　　吊平頂溫度分布特性分析表明，界面處溫度可達1100℃此處溫度下的錨固磚中很可能會產生較多的高溫液相，導致磚的抗拉強度下降。但界面處錨固磚卻承受著大部分爐頂的重量，拉應力與抗折強度之間的矛盾在此處達到最大。同時，界面處錨固磚還承受這巨大的循環剪切應力，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，磚內基本不產生液相，陶瓷結合穩定。只要磚的常溫強度足夠，就不會造成斷裂。也正因為如此爐頂錨固磚要么從頂部斷裂，要么從復合界面處斷裂。

　　拱頂結構，用拱頂形式砌體，需要較重的鋼架來支撐其重量和拱頂的水平推力，從而拱頂本身不易脫落損壞，壽命比平頂長。

　　二、結論

　　加熱爐錨固磚的選擇應按照YB/T 4439-2014指標進行驗收測試，但是要是按照標準去購買錨固磚其價格會比非標價格高出很多，現在大多數的加熱爐廠家使用錨固磚材質均屬于LZ-55材質或其他材質。

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