熱風(fēng)爐耐火材料砌體長(zhǎng)期在高溫下工作，加上溫度周期性波動(dòng)，耐火磚砌體產(chǎn)生不均勻膨脹，內(nèi)部出現(xiàn)熱應(yīng)力。如果熱應(yīng)力過大，則可能破壞耐火磚砌體。隨著高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐技術(shù)的發(fā)展，熱風(fēng)爐耐火材料的砌筑技術(shù)受到重視，在提高筑爐質(zhì)量方面，主要有如下一些改進(jìn)：

1）對(duì)工作條件不同的砌體采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)，以便在膨脹時(shí)不互相影響；

2）砌體幾何形狀不同的區(qū)域采用獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的支承。如拱頂，蓄熱室上部圓錐體的荷重直接由爐殼承受，以免爐墻不均勻膨脹而使拱頂或圓錐部分變形；

3）縮小高溫區(qū)砌體的尺寸，例如，馬琴式或新日鐵式熱風(fēng)爐縮小拱頂半徑，以增大耐火磚厚與拱頂半徑之比，提高了拱頂?shù)姆€(wěn)定性；

4）條件惡劣的部位采用帶鎖鍵的磚砌筑，管道出口處采用帶鎖口曲線的異型耐火磚砌筑，以提高砌體的穩(wěn)定性和整體性；

5）正確處理砌體的膨脹縫，減少砌體的內(nèi)應(yīng)力；

6）增加高溫區(qū)隔熱層厚度，以減少熱損失；

7）爐殼內(nèi)噴涂不定形耐火材料，防止?fàn)t殼過熱。

在進(jìn)行砌筑設(shè)時(shí)，要充分考慮砌體受外力作用產(chǎn)生的應(yīng)力，以及受溫度作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力。為此對(duì)受力復(fù)雜的砌體應(yīng)采用異型耐火磚砌筑，在適當(dāng)?shù)牟课粦?yīng)預(yù)留膨脹縫。

1．砌體強(qiáng)度計(jì)算熱風(fēng)爐耐火砌體有三種結(jié)構(gòu)，即砌體本身不用任何支承物的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，管道和開孔部位的拱形結(jié)構(gòu)，以及拱頂?shù)鸟敷w結(jié)構(gòu)。整個(gè)砌體屬于離散型的磚石結(jié)構(gòu)。因此，砌體穩(wěn)定的必要條件為：

1）不沿砌體的接觸面滑動(dòng)。作用于獨(dú)立砌體的力可以分解水平方向及垂直方向上的分力。當(dāng)水平分力小于垂直分力乘摩擦系數(shù)時(shí)，砌體就不能沿接觸面滑動(dòng)。但是，應(yīng)當(dāng)指出，泥漿未燒結(jié)前，摩擦力是不大的。

2）砌體受側(cè)向推力時(shí)不致發(fā)生傾倒。

3）最大壓縮應(yīng)力不超過耐火磚的許用應(yīng)力。一般在耐火磚砌體的強(qiáng)度計(jì)算中，期待耐火材料抗拉是有困難的，只能考慮用壓縮強(qiáng)度來克服外力。故必須應(yīng)用材料力學(xué)的方法找出計(jì)算斷面上的中性線，用受壓部分面積的斷面矩求出各點(diǎn)的應(yīng)力。

拱形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于拱的形狀，砌筑材料的重量、強(qiáng)度和高溫下的性能，以及拱的支承結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。由于下述原因，精確計(jì)算拱所產(chǎn)生的應(yīng)力是困難的:

1）在常溫下難以求出推力線的正確位置；

2）在高溫下推力線隨溫度變化而改變；

3）由于砌筑技術(shù)不同，拱的壓力中心發(fā)生位移；

4）支承拱形的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生位移。

在常溫狀態(tài)如果假定構(gòu)成拱的耐火磚的接觸面是完全貼緊的，拱的耐火磚厚度的中心連線與推力線相一致，則可以應(yīng)用一般橋涵或殼體的強(qiáng)度計(jì)算方法來進(jìn)行拱的強(qiáng)度計(jì)算。

在受熱狀態(tài)下，拱存在著內(nèi)外溫差作用，一般外側(cè)的熱膨脹比內(nèi)側(cè)小，拱外側(cè)的耐火磚受拉力，會(huì)相互分離，從而使荷重集中到內(nèi)側(cè)。因此，可以想象到在受熱狀態(tài)下的應(yīng)力會(huì)比常溫狀態(tài)的計(jì)算值明顯增加。拱本身也發(fā)生變形，如拱頂下沉，跨度中部的磚縫在外側(cè)開裂，拱內(nèi)的推力線移向耐火磚的下端。對(duì)這種情況要進(jìn)行完全的補(bǔ)償是困難的。磚承受應(yīng)力的面積極小，所以局部受到極大的壓力。但是，實(shí)際上耐火磚具有彈性和可塑性，磚縫的灰漿起緩沖作用，壓力有所緩和。在熱狀態(tài)下，拱內(nèi)的應(yīng)力還與耐火磚接觸面的平滑程度、熱態(tài)塑性、膨脹特性等因素有關(guān)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算又確保最大應(yīng)力不超過耐火磚的許用應(yīng)力，實(shí)際求解時(shí)作了一些必要的假定。對(duì)拱內(nèi)部的溫度分布及應(yīng)力分布采用有限單元法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算只考慮拱在受熱或冷卻時(shí)，砌體中的非穩(wěn)定態(tài)熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的溫度梯度和溫度分布，以及耐火磚的熱膨脹和應(yīng)力的分布。對(duì)溫度周期性變化的熱風(fēng)爐拱頂，連絡(luò)管及熱風(fēng)出口等重要部位也采用相似的方法進(jìn)行砌體的設(shè)計(jì)計(jì)算。

2。耐火磚的形狀和尺寸

耐火磚的形狀和尺寸直接影響其制造成本和砌體施工費(fèi)用，對(duì)熱風(fēng)爐的壽命也有較大的影響。正確地設(shè)計(jì)磚型及其尺寸是十分重要的，必須引起足夠的重視。在沒有特殊要求的部位，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)磚或標(biāo)準(zhǔn)異型耐火磚，以降低工程的造價(jià)。但在必要時(shí)，應(yīng)采用異型耐火磚。設(shè)計(jì)異型耐火磚時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）盡量滿足工藝要求砌體的外形尺寸，及其特殊性能；

2）提高砌體的整體性，充分發(fā)揮耐火材料的特性；

3）提高砌體的氣密性；

4）采用合理結(jié)構(gòu)，減少或消除砌體內(nèi)部的應(yīng)力和熱應(yīng)力；

5）在異形組合磚與標(biāo)準(zhǔn)耐火磚過渡的地方不允許出現(xiàn)超過規(guī)定的磚縫厚度，更不允許出現(xiàn)三角縫；

6）盡量避免耐火磚厚度的急劇變化和出現(xiàn)銳角，以減少在運(yùn)輸和施工時(shí)磚的損壞，減少高溫下磚的內(nèi)應(yīng)力；

7）異型耐火磚的形狀不宜太復(fù)雜，其主要尺寸應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)磚的整數(shù)倍；

8）應(yīng)考慮耐火磚的制造工藝。

砌體外形相同時(shí)，改進(jìn)耐火磚形或砌筑方法能夠提高砌體的強(qiáng)度及其穩(wěn)定性。過去僅著重研究單塊磚的材質(zhì)，近年來，深感應(yīng)從筑爐構(gòu)造體的角度研究砌筑材料的必要性，以提高砌體的整體強(qiáng)度

3．砌體膨脹縫的處理

眾所周知，砌體內(nèi)溫度的波動(dòng)及溫度梯度是砌體內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力的原因。在熱應(yīng)力的作用下磚發(fā)生龜裂和剝落。耐火磚砌體的熱膨脹受到限制時(shí)，應(yīng)力與自由膨脹量和彈性模量的乘積成正比。

膨脹縫可每隔3—5m設(shè)置一個(gè)，個(gè)別情況下，可設(shè)置得更密些。膨脹縫的設(shè)置方法根據(jù)砌體構(gòu)造的不同而異，但必須防止由于膨脹縫泄漏高溫氣體而燒壞爐殼。爐墻和拱頂?shù)呐蛎浛p可沿半徑方向設(shè)在耐火磚與隔熱磚之間。管道沿長(zhǎng)度方向設(shè)膨脹縫，可采用通縫或錯(cuò)縫的砌筑方法。管道內(nèi)襯較薄，在膨脹縫處的隔熱耐火磚可用耐火磚代替。

河南耐火材料廠 http://www.zzhoudd.com