鋼纖維澆注料在干燥窯拱頂上的應(yīng)用

馮申亮

（中色集團大冶有色金屬有限責任公司 冶煉廠，湖北 黃石435004）

大冶有色冶煉廠干燥窯主要用于干燥銅精礦中的水分，拱頂尺寸4 400 mm×2 200 mm、拱高600 mm、磚長230 mm，維修過程中采用高鋁磚發(fā)拱（見圖1）。干燥窯在運行過程中經(jīng)常開合，開合就意味著急冷急熱。高鋁磚的抗急冷急熱性相對較差，在反復(fù)開合的過程中，強度逐步喪失[1]，容易出現(xiàn)斷裂。開窯時溫度急劇升高，高鋁磚向水平和豎直外側(cè)膨脹，整體體積變大，磚縫相對較小，此時應(yīng)力增大，當應(yīng)力達到某一值時，出現(xiàn)典型的脆性斷裂[2]。合窯時溫度急劇下降，高鋁磚向水平和豎直內(nèi)側(cè)冷縮，整體體積變小，此時應(yīng)力變小，但磚縫增大，整體出現(xiàn)松弛。反復(fù)開合使得斷裂和松弛逐步加劇，一旦局部有磚掉落，就會產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，最后大面積垮塌，必須停窯維修。高鋁磚拱頂在使用過程中，4～5個月左右就出現(xiàn)垮塌，使用壽命低，維修比較頻繁、成本高，還存在安全隱患。

圖1 高鋁磚拱頂示意圖（單位：mm）

1 試驗?zāi)康?/h2>

通過本次試驗，收集鋼纖維澆注料拱在使用過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)和記錄，并與高鋁磚拱頂?shù)氖褂们闆r形成對比，為鋼纖維澆注料拱頂替代高鋁磚拱頂?shù)目尚行蕴峁嵺`支撐，以達到提高干燥窯拱頂使用壽命、消除高鋁磚拱頂安全隱患、降低企業(yè)運行成本的目的。

2 試驗過程

2.1 試驗理論依據(jù)

高鋁磚拱頂之所以壽命短、容易掉磚和垮塌，一方面是因為高鋁磚的抗急冷急熱性較差，經(jīng)受不住干燥窯反復(fù)開合、溫度反復(fù)變化的嚴苛考驗，另一方面是高鋁磚熱脹冷縮系數(shù)大，在干燥窯開合過程中磚縫增大比較多。而鋼纖維澆注料適用于構(gòu)筑只與高溫氣體、固體物料接觸的工業(yè)爐窯襯體。鋼纖維澆注料具有較高的熱導率，溫度急劇變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力小，能抵抗急冷急熱，不易產(chǎn)生裂紋，其斷裂過程為韌斷機制，氣孔率低，燒結(jié)效果良好，抗折強度、抗壓強度均比較高，抗熱震性也比較好[3]。實驗小組成員認為鋼纖維澆注料的抗急冷急熱性能比高鋁磚好，且澆筑完成后是一塊整體，根本不存在磚縫變大的問題?？梢試L試用鋼纖維澆注料拱頂做一下試驗，對試驗結(jié)果進行對比分析。

2.2 鋼纖維澆注料拱頂設(shè)計

鋼纖維澆注料拱頂設(shè)計如圖2所示。首先用16厚鋼板制作模板，里面加筋板和爪子，筋板的作用是提高整個模板的剛度，防止變形，爪子的作用是通過增大和鋼纖維澆注料的接觸面積從而增大吸附力。然后用鋼纖維澆注料一次性澆筑成型，尺寸5 090 mm×2 200 mm、拱高600 mm、厚度200 mm，在原來4 400 mm基礎(chǔ)上兩邊各加345 mm用于擱放在墻體上，按要求養(yǎng)護7 d后便可吊裝使用。本次試驗采用的是鋼纖維含量1.4%的澆注料，成分包括鋁礬土、棕剛玉顆粒、氧化鋁超微粉、碳化硅粉、硅微粉、CA－70水泥、耐熱鋼纖維、防爆鋼纖維、聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉。

圖2 鋼纖維澆注料拱頂示意圖

2.3 試驗對象和參照對象

大冶有色冶煉廠有兩臺干燥窯，日常中都是一臺運行（4#）、一臺備用（5#）。將4#干燥窯做成高鋁磚拱頂（采用二級高鋁磚砌筑），作為參照對象。將5#干燥窯做成鋼纖維澆注料拱頂，作為試驗對象。

2.4 試驗方法

先開啟4#干燥窯，5#干燥窯備用，跟蹤觀察高鋁磚拱頂?shù)氖褂们闆r。每隔15 d測一次量合爐時的最大磚縫數(shù)據(jù)，記錄掉磚情況，直到出現(xiàn)大面積垮塌進入維修為止，具體數(shù)據(jù)見表1。等到4#干燥窯大面積垮塌進入維修后，開啟5#干燥窯，跟蹤觀察鋼纖維澆注料拱頂?shù)氖褂们闆r，每隔15 d測量一次鋼纖維澆注料最小厚度數(shù)據(jù)，并記錄開裂情況，直到進入維修為止（由于120 d后最小厚度變化不明顯且無明顯開裂現(xiàn)象，小組成員將測量記錄周期改為30 d一次），具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 鋼纖維澆注料拱頂試驗數(shù)據(jù)

通過分析表1數(shù)據(jù)，可以得出兩個結(jié)論：一是高鋁磚拱頂在使用過程中，隨著時間的增長，最大磚縫逐步增大，且增大的幅度上升，到最后垮塌的時候磚縫到達最大值12.5 mm；二是高鋁磚拱頂在使用超過90 d后，高鋁磚由于強度降低過多開始斷裂，135 d后開始整塊掉磚，143 d后大面積垮塌，被迫進入維修。

表1 高鋁磚拱頂試驗數(shù)據(jù)

表2數(shù)據(jù)表明，隨著使用時間的增長，鋼纖維澆注料拱頂?shù)淖钚『穸戎鸩綔p小，減小速度緩慢，且減小幅度比較穩(wěn)定。在這一輪試驗中，鋼纖維澆注料拱頂使用660 d后，最小厚度仍然還剩68 mm，出于安全考慮，試驗終止，5#干燥窯進入維修。

2.5 實驗數(shù)據(jù)修正以及存在的問題

本次實驗中高鋁磚拱頂只有一組數(shù)據(jù)，小組成員通過以下方法對數(shù)據(jù)進行了修正。從車間調(diào)出干燥窯近3年來的的維修記錄，剔除其它原因引起的維修，只保留高鋁磚拱頂垮塌導致維修的次數(shù)，一共8次，其使用時間分別是134 d、126 d、121 d、119 d、157 d、138 d、144 d、162 d，最高162 d、最低119 d、平均138 d。本次試驗中高鋁磚拱頂?shù)氖褂脮r間為143 d，在最高值與最低值之間，比平均值稍高，屬于正常數(shù)據(jù)，可以用于分析對比。

由于鋼纖維澆注料拱頂試驗時間偏長，本次試驗持續(xù)了600 d，再次試驗的可操作性太小，所以小組成員沒有進行第二次試驗，直接拿表2數(shù)據(jù)用于比較分析?？偟膩碚f，即使鋼纖維澆注拱頂?shù)脑囼灁?shù)據(jù)有偏差，但其在試驗中所表現(xiàn)出來的效果是顯著的。

3 試驗結(jié)論

對比表1和表2中的數(shù)據(jù)，高鋁磚拱頂?shù)氖褂脡勖挥?43 d，并且在使用過程中接連出現(xiàn)磚縫變大、斷磚、掉磚、垮塌等現(xiàn)象，而鋼纖維澆注料在使用壽命達到600 d后最小厚度仍剩下三分之一（68 mm），且使用過程中沒有產(chǎn)生任何明顯裂縫。即鋼纖維澆注料拱頂?shù)氖褂脡勖雀咪X磚拱頂?shù)氖褂脡勖L3倍。另外值得一提的是，鋼纖維澆注料拱頂可以預(yù)制，等到維修時直接用吊車吊裝使用，相比高鋁磚拱頂只能等到垮塌后再重新砌筑使用，極大節(jié)省了維修時間，可確保干燥窯早日投入使用。目前來看，干燥窯采用鋼纖維澆注料拱頂是行之有效的，不僅使用壽命延長顯著，而且使用過程中更加的安全，還可以降低企業(yè)維護成本。在后期的使用過程中，試驗小組成員將對鋼纖維澆注料拱頂?shù)氖褂帽３株P(guān)注和改進，爭取進一步提高干燥窯的使用壽命，同時將此類拱頂在全廠其它爐窯上面推廣使用。