热风炉耐火材料砌筑

热风炉耐火材料砌体长期在高温下工作，加上温度周期性波动，耐火砖砌体产生不均匀膨胀，内部出现热应力。如果热应力过大，则可能破坏耐火砖砌体。随着高风温热风炉技术的发展，热风炉耐火材料的砌筑技术受到重视，在提高筑炉质量方面，主要有如下一些改进：

1）对工作条件不同的砌体采用独立结构，以便在膨胀时不互相影响；

2）砌体几何形状不同的区域采用独立的结构，独立的支承。如拱顶，蓄热室上部圆锥体的荷重直接由炉壳承受，以免炉墙不均匀膨胀而使拱顶或圆锥部分变形；

3）缩小高温区砌体的尺寸，例如，马琴式或新日铁式热风炉缩小拱顶半径，以增大耐火砖厚与拱顶半径之比，提高了拱顶的稳定性；

4）条件恶劣的部位采用带锁键的砖砌筑，管道出口处采用带锁口曲线的异型耐火砖砌筑，以提高砌体的稳定性和整体性；

5）正确处理砌体的膨胀缝，减少砌体的内应力；

6）增加高温区隔热层厚度，以减少热损失；

7）炉壳内喷涂不定形耐火材料，防止炉壳过热。

在进行砌筑设时，要充分考虑砌体受外力作用产生的应力，以及受温度作用产生的热应力。为此对受力复杂的砌体应采用异型耐火砖砌筑，在适当的部位应预留膨胀缝。

1．砌体强度计算热风炉耐火砌体有三种结构，即砌体本身不用任何支承物的独立结构，管道和开孔部位的拱形结构，以及拱顶的穹体结构。整个砌体属于离散型的砖石结构。因此，砌体稳定的必要条件为：

1）不沿砌体的接触面滑动。作用于独立砌体的力可以分解水平方向及垂直方向上的分力。当水平分力小于垂直分力乘摩擦系数时，砌体就不能沿接触面滑动。但是，应当指出，泥浆未烧结前，摩擦力是不大的。

2）砌体受侧向推力时不致发生倾倒。

3）最大压缩应力不超过耐火砖的许用应力。一般在耐火砖砌体的强度计算中，期待耐火材料抗拉是有困难的，只能考虑用压缩强度来克服外力。故必须应用材料力学的方法找出计算断面上的中性线，用受压部分面积的断面矩求出各点的应力。

拱形结构的稳定性取决于拱的形状，砌筑材料的重量、强度和高温下的性能，以及拱的支承结构和强度。由于下述原因，精确计算拱所产生的应力是困难的:

1）在常温下难以求出推力线的正确位置；

2）在高温下推力线随温度变化而改变；

3）由于砌筑技术不同，拱的压力中心发生位移；

4）支承拱形的结构会产生位移。

在常温状态如果假定构成拱的耐火砖的接触面是完全贴紧的，拱的耐火砖厚度的中心连线与推力线相一致，则可以应用一般桥涵或壳体的强度计算方法来进行拱的强度计算。

在受热状态下，拱存在着内外温差作用，一般外侧的热膨胀比内侧小，拱外侧的耐火砖受拉力，会相互分离，从而使荷重集中到内侧。因此，可以想象到在受热状态下的应力会比常温状态的计算值明显增加。拱本身也发生变形，如拱顶下沉，跨度中部的砖缝在外侧开裂，拱内的推力线移向耐火砖的下端。对这种情况要进行完全的补偿是困难的。砖承受应力的面积极小，所以局部受到极大的压力。但是，实际上耐火砖具有弹性和可塑性，砖缝的灰浆起缓冲作用，压力有所缓和。在热状态下，拱内的应力还与耐火砖接触面的平滑程度、热态塑性、膨胀特性等因素有关。为了简化计算又确保最大应力不超过耐火砖的许用应力，实际求解时作了一些必要的假定。对拱内部的温度分布及应力分布采用有限单元法进行计算，计算只考虑拱在受热或冷却时，砌体中的非稳定态热传导产生的温度梯度和温度分布，以及耐火砖的热膨胀和应力的分布。对温度周期性变化的热风炉拱顶，连络管及热风出口等重要部位也采用相似的方法进行砌体的设计计算。

2。耐火砖的形状和尺寸

耐火砖的形状和尺寸直接影响其制造成本和砌体施工费用，对热风炉的寿命也有较大的影响。正确地设计砖型及其尺寸是十分重要的，必须引起足够的重视。在没有特殊要求的部位，应尽量选用标准砖或标准异型耐火砖，以降低工程的造价。但在必要时，应采用异型耐火砖。设计异型耐火砖时应考虑以下几点：

1）尽量满足工艺要求砌体的外形尺寸，及其特殊性能；

2）提高砌体的整体性，充分发挥耐火材料的特性；

3）提高砌体的气密性；

4）采用合理结构，减少或消除砌体内部的应力和热应力；

5）在异形组合砖与标准耐火砖过渡的地方不允许出现超过规定的砖缝厚度，更不允许出现三角缝；

6）尽量避免耐火砖厚度的急剧变化和出现锐角，以减少在运输和施工时砖的损坏，减少高温下砖的内应力；

7）异型耐火砖的形状不宜太复杂，其主要尺寸应为标准砖的整数倍；

8）应考虑耐火砖的制造工艺。

砌体外形相同时，改进耐火砖形或砌筑方法能够提高砌体的强度及其稳定性。过去仅着重研究单块砖的材质，近年来，深感应从筑炉构造体的角度研究砌筑材料的必要性，以提高砌体的整体强度

3．砌体膨胀缝的处理

众所周知，砌体内温度的波动及温度梯度是砌体内产生热应力的原因。在热应力的作用下砖发生龟裂和剥落。耐火砖砌体的热膨胀受到限制时，应力与自由膨胀量和弹性模量的乘积成正比。

膨胀缝可每隔3—5m设置一个，个别情况下，可设置得更密些。膨胀缝的设置方法根据砌体构造的不同而异，但必须防止由于膨胀缝泄漏高温气体而烧坏炉壳。炉墙和拱顶的膨胀缝可沿半径方向设在耐火砖与隔热砖之间。管道沿长度方向设膨胀缝，可采用通缝或错缝的砌筑方法。管道内衬较薄，在膨胀缝处的隔热耐火砖可用耐火砖代替。

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