粉末冶金电炉炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间,是对金属工件进行加热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬,炉衬是加热炉的一个关键技术结构。在加热炉的运行过程中,不仅要求炉衬能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性,而且能够耐炉气冲刷和炉渣侵蚀,同时还要有足够的绝热保温和气密性能。为此,炉衬通常由耐火砖、保温砖、防护层和钢结构几部分组成。其中,耐火砖直接承受炉膛内的高温气流冲刷和炉渣侵蚀,通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成;保温层通常采用各种多孔的保温材料,经砌筑、敷设、充填或粘贴形成,其功能在于最大限度地减少炉衬的散热损失,改善现场操作条件;防护层通常采用建筑砖或钢板,其功能在于保持炉衬的气密性,保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏。钢结构是位于炉衬最外层的由各种钢材拼焊、装配成的承载框架,其功能在于承受炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷,提供有关设施的安装框架。
1、炉墙
炉墙分为侧墙和端墙,沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙,炉子两端的炉墙称为端墙。炉墙通常用标准直型耐火砖平砌而成,炉门的拱顶和炉顶拱脚处用异型耐火砖砌筑。侧墙的厚度通常为1.5~2倍耐火砖长。端墙的厚度根据烧嘴、孔道的尺寸而定,一般为2~3倍耐火砖长。整体捣打、浇注的炉墙尺寸则可以根据需要自行确定。大多数加热炉的炉墙由耐火砖内衬和绝热耐火砖层组成。为了使炉子具有一定的强度和良好的气密性,炉墙外面还包有4~10mm厚的钢板外壳或者砌有建筑砖层作防护层。
炉墙上设有炉门、窥视孔、烧嘴孔、测温孔等孔洞。为了防止砌筑耐火砖受损,炉墙应尽可能避免直接承受附加载荷。所以,炉门、冷却水管等构件通常都直接安装在钢结构上。承受高温的炉墙当高度或长度较大时,要保证有足够的稳定性。增加稳定性的办法是增加炉墙的厚度或用金属锚固件固定。炉墙不太高时,一般用232~454mm厚的粘土砖加115~232厚的绝热耐火砖的双层结构。炉墙较高时,炉底水管以下增加厚度116mm左右。
2、炉顶
加热炉的炉顶按其结构分为两种:拱顶和吊顶。
拱顶用楔形耐火砖砌成,结构简单,砌筑方便,不需要复杂的金属结构。如果采用预制块来砌筑拱顶,更换时就更方便。拱顶的缺点是由于拱顶本身的质量产生侧压力,当加热膨胀后侧压力就更大。因此,当炉子的跨度和拱顶质量太大时,容易造成炉子变形,甚至会使拱顶坍塌。所以,拱顶一般用于跨度小于3.5~4m的中小型炉子上。炉子的拱顶中心角一般为60°。
当炉子跨度大于4m时,由于拱顶所承受的侧压力很大,一般耐火材料的高温结构强度已很难满足,因而大多采用吊顶结构。吊顶是由一些专门设计的异型砖和吊挂金属构件组成的。按吊挂形式,可以是单独或成组地吊在金属吊挂梁上。吊顶砖的材料可用粘土砖、高铝砖(高铝砖密度为二级高铝砖标准)和镁铝砖,吊顶外面再砌硅藻土耐火砖或其他绝热材料,但砌筑时切勿埋住吊杆,以免其被烧坏而失去机械强度,导致吊架被砖的重量拉长。
吊顶结构复杂、造价高,但它不受炉子跨度的影响且便于局部修理及更换。
3、炉底
炉底是炉膛底部的砌砖部分,炉底要求承受被加热物料的重量,高温区炉底还要承受炉渣、氧化铁皮的化学侵蚀。此外,炉底还会经常与物料发生碰撞和摩擦。
炉底有两种形式:一种是固定炉底,另一种是活动炉底。固定炉底的炉子坯料在炉底的滑轨上移动,除加热原坯料的斜底炉外,其他加热炉的固定炉底一般都是水平的。活动炉底的坯料是靠炉底的机械运动而移动的。
炉底的厚度取决于炉子的尺寸和温度,在200~700mm之间变动。炉底的下部用绝热材料隔热。由于镁砖具有良好的抗渣性,因此在轧钢加热炉的炉底上用镁砖砌筑。并且为了便于氧化铁皮的清除,在镁砖上还要铺上一层40~50mm厚的镁砂或焦屑。在1000℃左右的热处理炉或无氧化加热炉上,因为氧化铁皮的侵蚀问题较小,炉底也可以采用粘土砖砌筑。
固定炉底一般并非直接砌筑在炉子的基础上,而是架空通风的,即在支承炉底的钢板下面用槽钢或工字钢架空,避免因炉底温度过高,使混凝土基受损,这是因为普通混凝土温度超过300℃时,其机械强度显著下降而遭到破坏。
4、炉子基础
炉子基础是炉子的支座,它将炉膛、钢结构和被加热金属的重量所构成的全部载荷传到地面上。
炉子基础的大小不仅与炉子有关,还与不同土壤的承重能力有关。炉子基础的计算和一般建筑物的基础设计一样,但如果炉底不是架空通风的,则要考虑受热影响的问题。
炉子基础的材料可以选择混凝土、钢筋混凝土、红砖、毛石。大中型炉子都是混凝土基础,只有小型加热炉才用砖砌基础。
钢结构为使整个炉子成为一个牢固的整体,在长期高温的工作条件下不致严重变形,炉子必须设置由竖钢架、水平拉杆(或连接架)组成的钢结构。钢结构要能承受炉子拱顶的水平分力或吊顶的全部重量,并把作用力传给炉子基础。炉子的钢结构还起安装框架的作用,炉门、炉门提升机构、燃烧装置、冷却水管和其他一些零件都固定在钢结构上。
钢结构的形式与炉型和砌砖结构有关,其主体是竖钢架,材料可以用槽钢、工字钢等,下端用地脚螺丝固定在混凝土基础上,上端用连接梁连接起来。也可以采用活动连接的方式,即竖钢架的上下端用可调整的拉杆连接起来,开炉时可以根据炉子的膨胀情况,调整螺丝放松拉杆,生产以后就很少再去调整拉杆的松紧。在一些小炉子上,也采用由钢板焊成一个外壳,然后在里面砌砖。
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