低水泥澆注料在環(huán)形加熱爐復(fù)合爐襯中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

劉林峰

摘要：通過對環(huán)形加熱爐不同部位的耐火材料的選型，簡單介紹了低水泥澆注料在環(huán)形加熱爐復(fù)合爐襯中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：環(huán)形加熱爐 復(fù)合爐襯 澆注料

一、概述

低水泥澆注料是現(xiàn)代加熱爐爐襯中廣泛應(yīng)用的一種不定形耐火材料，由于其添加了超微粉和分散劑，水泥用量比一般澆注料少，具有中、高溫強(qiáng)度不下降的特點(diǎn)，有良好的耐磨性和抗氣流沖刷能力，高溫體積穩(wěn)定性好，體現(xiàn)了當(dāng)代不定形耐火材料的發(fā)展趨勢。澆注料牌號(hào)不同，代表著其化學(xué)成分的不同，具有不同的理化指標(biāo)，適用于不同工作環(huán)境和工作溫度。

環(huán)形加熱爐設(shè)于無縫連軋管車間，用于管坯穿孔前的加熱，爐膛溫度最高可達(dá)1350℃。環(huán)形加熱爐的爐頂、爐墻和爐底內(nèi)襯均采用性能良好的耐火澆注料整體澆注而成，不同部位因?yàn)椴煌墓ぷ鳝h(huán)境狀況和工作溫度、設(shè)備特點(diǎn)，因此需選用不同的低水泥澆注料。

二、環(huán)形加熱爐各部位澆注料選型

環(huán)形加熱爐的爐頂、爐墻和爐底內(nèi)襯均采用性能良好的耐火澆注料整體澆注而成，外層采用雙層輕質(zhì)隔熱材料進(jìn)行絕熱，從而組成復(fù)合砌體，以提高爐子的整體性、密封性和隔熱性，獲得最小的熱損失和最大的爐襯壽命。

（一）爐頂

爐頂內(nèi)襯組成由內(nèi)向外依次是：230mm厚低水泥澆注料，100mm厚輕質(zhì)澆注料，20mm厚陶瓷纖維毯，總厚度350mm。爐頂復(fù)合爐襯由三層不同耐火材料組成，吊掛結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯材料由緊固在爐頂金屬結(jié)構(gòu)上的金屬錨固件和高鋁質(zhì)錨固磚來固定。如圖1示：

爐頂?shù)退酀沧⒘蠟闋t頂爐襯工作層，受爐膛內(nèi)爐氣沖刷表面，工作環(huán)境溫度高，按爐膛溫度不同分兩種，高溫段選用ZJ-65牌號(hào)，低溫段選用zJ-60牌號(hào)。輕質(zhì)澆注料用于爐頂保溫，不直接與高溫爐氣接觸，無氣流沖刷，選用LW-0.5牌號(hào)。各澆注料技術(shù)技術(shù)性能見表1。

為給澆注料升溫烘爐后的膨脹留出空間，需根據(jù)澆注料的膨脹系數(shù)預(yù)設(shè)膨脹縫。沿爐頂環(huán)形中徑處周向留設(shè)膨脹縫一道，寬度5mm；中徑內(nèi)側(cè)每6°沿徑向留設(shè)膨脹縫一道，寬度5mm；中徑外側(cè)每6。沿徑向留設(shè)膨脹縫一道，寬度10mm.膨脹縫貫穿低水泥澆注料厚度，為波浪形。施工時(shí)可以膨脹縫內(nèi)填塞對應(yīng)寬度的pvc波紋板。

（二）爐墻

爐墻內(nèi)襯組成由內(nèi)向外依次是：260mm厚低水泥澆注料，114mm厚0.8輕質(zhì)耐火磚，150mm厚陶瓷纖維板，30mm厚陶瓷纖維毯，總厚度554mm。爐墻復(fù)合爐襯由四層不同耐火材料組成，錨固結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯材料由緊固在爐墻金屬結(jié)構(gòu)上的金屬錨固件和高鋁質(zhì)耐火錨固磚來固定。如圖2示：

對于環(huán)形爐的內(nèi)外環(huán)爐墻來說，受熱后都會(huì)產(chǎn)生膨脹，外環(huán)爐墻受熱向外膨脹并擠壓其外部的爐墻鋼板和鋼立柱，內(nèi)環(huán)墻受熱膨脹后則會(huì)向爐內(nèi)傾斜，為了減輕爐墻鋼板和鋼立柱的受力負(fù)荷，防止內(nèi)爐墻向內(nèi)傾倒，在選擇爐墻砌筑材料時(shí)，材料線膨脹系數(shù)非常重要。爐墻澆注料作為爐襯的工作層，受爐膛內(nèi)爐氣沖刷表面，工作環(huán)境溫度高，按爐膛溫度不同分兩種，高溫段選用ZJ-65牌號(hào)，低溫段選用ZJ-60牌號(hào)，與爐頂爐襯工作面澆注料選型一致。各澆注料技術(shù)技術(shù)性能見表1。

爐墻澆注料膨脹縫留設(shè)方法為每間隔2m左右沿豎直方向留設(shè)一道10mm寬波浪形膨脹縫。施工時(shí)可以在膨脹縫內(nèi)填塞對應(yīng)寬度的pvc波紋板。

（三）爐底

爐底內(nèi)襯組成由內(nèi)向外依次是：200mm厚低水泥澆注料，68mm厚粘土耐火磚，136mm厚0.8輕質(zhì)耐火磚，136mm厚0.6輕質(zhì)耐火磚，80mm厚陶瓷纖維板，總厚度620mm。爐底復(fù)合爐襯由五層不同耐火材料組成，整體砌筑。爐底內(nèi)外環(huán)邊緣用澆注料做成的預(yù)制塊砌筑，預(yù)制塊采用特殊結(jié)構(gòu)形式，以抵消爐底工作層澆注料高溫膨脹時(shí)對爐底預(yù)制塊的傾反力矩，保證內(nèi)外環(huán)縫寬度。如圖3示：

爐底耐材內(nèi)襯在保溫隔熱的同時(shí)還要承載鋼坯與爐渣的壓荷與侵蝕，而且在生產(chǎn)中的爐底轉(zhuǎn)動(dòng)過程中一直不斷高低溫冷熱交替。所以爐底工作面耐火材料需要采用抗渣澆注料，要具有耐高溫、耐急冷急熱、耐壓、耐磨和抗渣等綜合性能較好的材料。爐底工作面澆注料選用TLD-80牌號(hào)，其理化指標(biāo)見表1.

沿爐底環(huán)形中徑處周向留設(shè)膨脹縫一道，寬度10mm；每6°沿徑向留設(shè)膨脹縫一道，寬度10mm。施工時(shí)膨脹縫內(nèi)填塞對應(yīng)寬度的pvc波紋板。

三、烘爐

烘爐是決定加熱爐投產(chǎn)后耐火澆注料使用效果好快的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要作用是為了把爐體砌筑材料中的施工水和結(jié)晶水排除干凈，并逐漸升溫到加熱爐工作溫度，烘爐得當(dāng)，可以提高澆注料的使用壽命，否則水分排除不暢可使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生裂紋和剝落，甚至引起崩塌爆裂等嚴(yán)重事故。

烘爐分三個(gè)階段進(jìn)行，即：室溫～450℃、450℃～600℃、600℃以上。尤其需要注意在600℃以下低溫階段，必須要緩慢升溫，并有足夠的保溫時(shí)間。

烘爐時(shí)需提前制作烘爐曲線并嚴(yán)格按照烘爐曲線控制烘爐的升溫速度和保溫時(shí)間，如烘爐溫度遠(yuǎn)低于規(guī)定溫度，應(yīng)緩慢升溫，不允許大幅度加快升溫速度；如烘爐溫度已遠(yuǎn)高于規(guī)定溫度，必須立即保溫，不允許采取降溫措施。在烘爐過程中要按時(shí)記錄爐溫，密切注意澆注料因水分來不及逸出、受熱不均勻、體積膨脹過快等原因而產(chǎn)生的變形和損壞情況，及時(shí)查明原因，并采取適當(dāng)措施處理。

結(jié)合本方案的選型設(shè)計(jì)特點(diǎn)和耐材廠家給出的建議，烘爐曲線見圖4，總烘爐時(shí)間為15天。

四、結(jié)語

經(jīng)實(shí)地測量，按此方案投產(chǎn)后的環(huán)形加熱爐爐體外表溫度，側(cè)墻≤80℃；爐頂≤120℃；爐底<100℃，達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

本設(shè)計(jì)方案結(jié)合低水泥澆注料的成分特性，根據(jù)環(huán)形加熱爐各個(gè)部位的工作環(huán)境，合理選用不動(dòng)牌號(hào)的澆注料，優(yōu)化砌體結(jié)構(gòu)組成不同的復(fù)合爐襯。耐材工作面采用整體澆筑結(jié)構(gòu)，施工簡單可靠。爐墻、爐頂整體性好，耐高溫耐沖刷，使用壽命長，爐底抗壓耐磨且有足夠的抗熱震性和抗侵蝕性能，從而充分發(fā)揮各種材料的性能特點(diǎn)，減小爐壁散熱量，降低了耐材損耗，明顯提高了加熱爐爐齡，達(dá)到最佳的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。