加热炉用可塑料0膨胀设计及拱顶的预防

发布时间：2020/8/31 14:38:56

加热炉用可塑料的“0”膨胀设计

可塑料采用“0”膨胀设计原则，使得材料在高温状态下相互“拉”或是“压”的内应力都很小，炉衬体处于稳定状态，炉衬的整体性好。

而浇注料施工时须埋设PVC胀缝板，炉衬或者炉底整体性不好。1500mm长度上的“膨胀缝宽度_温度”会出现变化曲线。

浇注料在800℃的吋候膨胀缝宽度为0，温度超过800℃后，浇注料耐材内部将产生挤压的应力，不利于耐材整体稳定性。

而可塑料在1300℃时膨胀缝宽度力0,1300℃甚本接近冶金加热炉的正常使用炉温。故采用可塑料可以保证在加热炉正常使用时，耐材整体内应力小。

加热炉用耐火可塑料

加热炉是一个复杂的热工设备，它的生产过程是连续进行的，具有较长的炉膛，由预热、加热和均热段组成，其中均热、加热段炉顶都有一个平直段及倾斜段，而且两端末尾炉顶均下压，由于加热和均热段所需温度很高，需经压下烧嘴加热，从而造成下压炉顶的倾斜部分由于高温气体冲刷而过早烧损，平顶烧嘴加热，火焰经钢料反射到炉顶，加快了炉顶的破损，炉顶烧嘴与炉墙烧嘴周围由于火焰温度变化和气流的冲击也造成破损。炉内气体也会对炉衬进行腐蚀，加快炉墙和炉顶的破损。

目前加热炉普遍采用浇注料做炉墙、炉顶。而浇注料用水泥做结合剂，干燥后浇注料骨料与水泥结合物之间结合比较紧密，因此浇注料空隙较可塑料要少，由于加热炉工作时炉内温度较高，大约在℃之间，在高温作用及火焰冲击下，骨料突然膨胀，从而导致水泥周围组织结构的瓦解，造成浇注料炉衬的剥落。浇注料因用水泥做结合剂，耐酸性气体的腐蚀能力较差，造成炉衬的损坏。

根据使用浇注料的经验，在加热炉的改建中对加热炉高温段﹙加热段、均热段﹚采用了耐火可塑料，以求提高加热炉的使用寿命。为此将炉墙、炉顶各段的选料、施工、烘炉作为加热炉改建的重要环节。

1、选料

加热炉用可塑料用耐火黏土或者骨料细粉作为结合组分，在干燥和脱水后产生收缩，从而在骨料周围形成细小的间隙，在高温作用下，可塑料相对松散，具有连续吸收骨料突然膨胀的功能，使其有较宽的温度剧变区域。因此可塑料能应用在直接受火焰冲击或热辐射的炉墙、炉顶、炉膛温度剧烈变化、温度波动较大的高温炉墙。可塑料用耐火黏土做结合剂，通常既可防酸又可以防碱。所以，可塑料在加热炉上的应用弥补了浇注料的不足，显示其在热震稳定性及防腐性上的优势，提高了炉顶、炉墙的使用寿命。

（1）可塑料的工作性

可塑料具有较高的可塑性，而经长时间存储后，仍具有一定的可塑性。可塑性除与黏土特性和黏土用量有关以外，主要取决于水分的数量，它随着水量的增多而提高，但水量过高会带来不利的影响，一般5%~10%为宜。

为了尽量控制可塑料中的黏土用量和减少用水量，可外加增塑剂起增塑作用，可使黏土颗粒的吸湿性提高，使黏土微粒分散；使黏土中腐殖质分散并使黏土颗粒溶胶化；使黏土-水系统中的黏土微粒间的静电斥力增加，稳定溶胶；将阻碍溶胶化的离子作为不溶性的盐排除于系统之外，等等。可作为增塑剂的材料很多，如纸浆废液、环烷酸、木塑磺酸盐、木塑磷酸盐、木塑铬酸盐以及其他无机和有机的胶体保护剂，等等。

欲使可塑料的可塑性在其保存期内无显著降低，不能采用水硬性结合剂。

（2）可塑料的硬性和强度

为了改进以软质黏土作结合剂的可塑料在施工中硬化缓慢和常温强度很低等缺点，往往另外加入适量的气硬性和热硬性结合剂，如硅酸盐、磷酸和磷酸盐和氯化盐等无机盐及其聚合物。

可塑料中无化学黏合剂称普通可塑料，此种可塑料在未烧结前的强度很低，但随温度升高水分溢出而提高，经高温烧结后，冷态强度大，在高温下热态随温度上升而降低。

如有硅酸钠的可塑料在施工后的强度随温度升高而增长较快，在施工后可较快的拆模。但是，在干燥过程中这种结合剂可能向构筑物或制品表面迁移，阻止水分的顺利排除，引起表皮产生应力变形。

另外，施工后的可塑料碎屑也不宜再用，含有此种结合剂的可塑料宜用于建造工期较长的大型窑炉和用于炉顶等处。

硅酸铝是可塑料中使用广泛的一种热硬性结合剂，施工后经干燥和烘烤可获得很高的强度。

（3）可塑料在加热过程中的收缩

可塑料含有较多的黏土和水分，在干燥和1000℃以上加热过程中，往往产生很大的干缩和烧缩。如不加助胀剂的可塑料干缩4%左右；在1100~1350℃温度范围内出现的总收缩可达到7%左右，为防止收缩，减少其危害，还需另加助胀剂，即在黏土和配料的其他细粉中加入在热处理或使用过程中可能发生膨胀的物质，以抵消黏土产生的收缩，通常多在配料的细粉中加入适量（5%~15%）的蓝晶石细粉。蓝晶石在1380℃左右分解形成莫来石和SiO2时，急剧产生15%~20%的体积膨胀，可抵消高温收缩。

可塑料中加入少量蓝晶石可抵消一部分在高温下的收缩，但干燥收缩仍存在。为了解决在热处理或者01次使用时未达烧结前的体积稳定，有时还可加入适量的小于1μm的超细粉，如刚玉英石和石英等超细粉，代替部分黏土，减少干燥时的收缩影响。

通常将体积稳定性视为可塑料的一项重要的技术指标，并作为质量分级的主要内容，如国家规定：高级黏土质可塑料加热到1100℃冷却后的收缩率应不大于4%；特级黏土质可塑料加热到1600℃冷却后的收缩应在2.5%以下。

（4）可塑料的耐热震性

与相同材质的烧结耐火砖和其他不定形耐火材料相比，可塑料的耐热震性较好，其主要原因有以下几方面：由硅酸铝质耐火原料作为颗粒状和粉状料的可塑料，在加热过程中和在高温下使用时，不会产生由于晶型转化而引起的严重变形；在加热面的附近和矿物组成为莫来石和方石英的细微结晶，玻璃体较少，加热面向低温侧过渡。可塑料的结构和物相是递变而非激变，可塑料具有均匀的多孔结构，膨胀系数和弹性变量一般都较低。

2、耐火可塑料施工

（1）施工前的检查准备

①按耐火可塑料施工工艺流程要求制定每一个环节的施工质量控制措施和方法；②对来料进行各项理化指标的抽检，特别是吊挂砖的耐火度和抗拉强度检测，并保留料样备份；③对吊挂砖认真检查外观质量，表面无裂纹和缺损，尺寸需符合公差要求；④施工机具需清理干净，确保施工机械正常运转。

（2）可塑料施工方法

①支模时确保底模板与锚固砖之间有5~10mm的间距；②捣打锤移动方向垂直于模板，不得平行于模板，至少往返一遍。每层捣打完以后，表面需刮毛，然后再铺下一层；③先用模砖打出清晰的痕迹，然后换上锚固砖，使其与可塑料之间紧密结合；④施工间歇期间，需把捣打面刮毛，与模板成直角，覆上塑料膜盖实，倒打面位置宜留在两排锚固砖之间；⑤脱模后4h之内，需做好表面刮毛、切膨胀缝、扎气孔等项工作。

3、烘炉

炉衬现场捣打质量的好坏固然很重要,但炉衬烘烤的好坏却直接关系到耐火可塑料应用的成败。

耐火可塑料中含有大量的游离水和结晶水，这些水分要通过烘炉充分地排除，它是炉衬长寿极为重要的环节。由于水分变为水蒸气时，体积和压力均急剧增大，如果烘烤升温速度过快，就会引起炉衬裂纹、剥落或爆裂。由于可塑料含有较多的黏土和水分，水分排除不易畅通，特别是在100~300℃范围内的大量游离水排除阶段，易造成蒸汽压力过高而导致炉衬剥落或爆裂事故，应给予充分排除的时间。达到500℃时耐火可塑料含水率仅占总水量的10％左右，因此耐火可塑料在600℃之前升温应缓慢，并有足够的保温时间。1000℃以后使耐火可塑料致密化，结合力增大，强度也不断增加。

在总结烘炉经验的基础上，为保证整个炉墙、炉顶烘炉的均匀，特在均热段、加热段中部设置了一排煤气纵向烘烤烧嘴，取得了较好的效果。

加热炉用耐火可塑料拱顶现象的预防措施

某企业耐火可塑料在加热炉应用的过程中，经过烘炉后，部分用于加热炉炉顶斜坡部位的耐火可塑料发生拱顶现象。通过对耐火可塑料受热后所产生的热膨胀等问题的分析，现提出以下4点预防措施。

1、适当调整膨胀缝

根据施工时的实际情况,如施工时温度、湿度、施工进度、炉顶独立区域长度等适当调整膨胀缝的留设。其中,横向膨胀缝的间距建议为900～1200mm,宽度为5～10mm,深度为90～110mm。纵向膨胀缝的间距建议为1500mm,宽度为10mm左右,深度为90～110mm。

2、小斜坡部位增加炉顶构造缝

在有斜坡结构的炉体中,小斜坡部位增加炉顶构造缝。

3、大斜坡部位两端平顶增加构造缝

在有斜坡结构的炉体中,大斜坡部位两端平顶增加构造缝。

4、炉顶横向胀缝采用预埋的形式

炉顶横向胀缝采用预先埋入木板的形式,深180mm,宽10mm。

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