隨著現(xiàn)代窯爐技術(shù)的發(fā)展,高溫窯爐設(shè)備的大型化、高效化等技術(shù)革新,對爐內(nèi)耐火材料的性能和壽命提出了更高的要求。特別是對窯爐爐頂耐火材料的要求越來越高,當下窯爐頂部結(jié)構(gòu),多采用兩種砌筑方式,一種使用楔形耐火磚對拱砌筑,一種采用耐火澆注料整體預(yù)制澆注,整體澆注料的爐頂,因澆注料性質(zhì)的限制,內(nèi)襯材料很容易剝落甚至大塊坍塌,影響耐材整體壽命。同時澆注的內(nèi)襯材料施工條件要求高,需要烘烤才能脫模,相對施工用時長,也會影響整體的砌筑施工進度。采用耐火磚的結(jié)構(gòu),往往容易出現(xiàn)砌筑結(jié)構(gòu)不合理,整體拱頂受力不均勻,出現(xiàn)局部掉磚或坍塌的情況,其中比如常見的梭式窯拱形頂存在的一些問題。
一:梭式窯拱形頂耐火磚承受的應(yīng)力變化
梭式窯作為一種間歇式窯爐,具有生產(chǎn)靈活、操作方便等特點,得到廣泛應(yīng)用;梭式窯一般最高使用溫度可達1650℃-1750℃之間,升溫時拱頂磚受熱向窯體側(cè)墻兩端膨脹,拱頂中心磚會承受來自左右兩邊拱頂磚的擠壓,形成擠壓應(yīng)力,把中心磚頂起進入上部保溫層;停窯降溫時,拱頂磚向窯體兩端收縮,拱頂中心磚受重力下落,同時還會受到左右兩邊拱頂磚的牽拉作用,形成拉應(yīng)力;梭式窯間歇操作較為頻繁,拱頂中心磚長期處在熱脹冷縮狀態(tài)下,壓應(yīng)力和拉應(yīng)力反復(fù)作用,中心磚反復(fù)被頂起、下落,應(yīng)力累積到一定程度,出現(xiàn)裂縫直至斷裂,造成拱頂磚脫落,所以拱頂中心磚要具有更高抗壓和抗拉的性能。
二:梭式窯平面結(jié)構(gòu)拱頂磚存在的缺陷
目前梭式窯一般采用氧化鋁空心球磚砌筑拱頂,具有輕質(zhì)高強的作用,但是現(xiàn)行的拱頂結(jié)構(gòu)由拱腳磚和拱頂磚兩部分組成,拱腳磚具有傾斜支撐面為整體結(jié)構(gòu)磚,其直接砌筑于窯體及兩側(cè)墻體上作為對拱頂磚的支撐,拱頂磚由多塊楔形平面磚砌筑成橋拱狀,其拱形的兩端分別支撐于拱腳磚傾斜支撐面上。這種具有拱形頂面的砌筑方式,存在很大程度上拱頂下滑風險,因為拱腳磚為整體結(jié)構(gòu)磚,其直接砌筑在墻體磚面上,在水平方向上沒有外力對其進行防滑限定,其在拱形頂水平分力作用下有被向外推移的趨勢,加之拱頂磚在高溫條件下會因熱而產(chǎn)生膨脹,這就加劇了拱頂磚對拱腳磚的擠壓,使拱腳磚所受的水平推力大為增加,當該水平推力大于拱腳磚所固有的靜摩擦阻力時,拱腳磚就會發(fā)生沿墻體磚面的側(cè)滑而導(dǎo)致拱頂下沉開裂,這樣不但窯爐內(nèi)的熱量會大量散失,致使熱損耗變大熱效率變低,而且在拱腳磚側(cè)滑移量過大時,還會產(chǎn)生拱頂磚掉落,嚴重時還會發(fā)生拱頂塌陷,嚴重影響窯爐的使用壽命和生產(chǎn)的正常進行。因此這種拱頂磚的平面結(jié)構(gòu)顯然存在缺陷,不具有抵抗水平推力阻止其產(chǎn)生側(cè)滑的能力。
三:解決拱形頂耐火磚側(cè)滑、塌陷的辦法。
①解決高溫應(yīng)力造成的破壞問題。將拱頂中心磚采用重質(zhì)磚替代氧化鋁空心球磚,體密提高到2 .9kg/cm3以上,常溫耐壓強度從10MPa提高到100MPa以上,高溫性能得到較大改善,大大提高拱頂中心磚抗壓和抗拉能力,降低拱頂中心磚因應(yīng)力作用產(chǎn)生斷裂。重質(zhì)磚同樣為楔形磚上端較大、下端較小,大端與小端的厚度差不小于10mm,砌筑時重質(zhì)磚與其相鄰的一側(cè)拱頂磚之間干砌筑;鎖住兩塊磚的大頭,保證不因重力影響而掉落;兩磚下部之間留出縫隙,縫隙寬度為1~2mm,拱頂中心形成一條縱向貫穿的干縫帶。
②解決拱頂磚側(cè)滑的辦法,將拱頂楔形磚的平面結(jié)構(gòu),改為用榫卯的連接方式,襯磚均通過半圓凸起和半圓凹槽咬合在一起,它能保證對拱頂維持良好的連接與密封,而且能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壽命長。