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          步进式加热炉耐火材料损坏原因分析和防范措施

          时间:2017-11-08 15:08 作者:艾米点击:次

          1  前言

          目前八钢棒线材步进式加热炉采用的都是轻重复合绝热耐火材料结构,在各使用期存在着不同程度的损坏现象,尤其以炉顶和炉墙低水泥浇注料损坏对生产影响最大。因为这两处出现大的损坏将造成停炉检修,一般的停炉检修最少需要三天时间。一般低水泥浇注料加热炉的止常寿命为6〜8年。可见只有减少炉顶和炉墙低水泥浇注料损坏,提高加热炉使用寿命,才能实现节能增产,虽然国内关于低水泥浇注料损坏机理方面的资料较多,由于不同加热炉浇注料损坏有不同的作用机理,情况比较复杂,因此情况差异,必须从设计、施工、烘炉、生产维护等方面采取相成技术措施,注意各个环节的工作。笔者通过多年的现场工作实践,对八钢几座棒线材步进式加热炉的设计、施工、供炉、生产维护等方面进行总结,为今后再建项目提供参考。

          2   耐火材料损坏原因分析

          对常规大型平吊顶加热炉炉顶及炉墙结构进行分析。
          2.1  炉顶损害原因分析
          由于绝热的轻重材料组成的复合结构,界面温度高,炉温的升降波动产生热应力以及结构拉应力破坏锚固砖,导致不同程度的损坏。锚固砖受拉应力、剪应力的影响。

          拉应力:锚固砖所受的拉应力是从下往上分段递增的,而且在重质层(高铝层)的一段锚固砖所受的拉应力增长最快,然而轻质层内增加较少,生产操作中升降温,锚固砖界面因承受不了瞬间产生膨胀拉力,导致锚固砖断裂。
          剪切力:由于保温层与工作层的线膨胀系数有较大的差异,在两层间会发生剪切力,从而剪切锚固砖,剪切力的大小与两种材质的膨胀系数有关。
          锚固砖材质:当界面处于1100℃时,界面锚固砖将承受在部分的炉顶重量,拉应力与抗拉强度之间的矛盾达到最大。同时,界面处锚固砖还承受着巨大的循环剪切应力,锚固砖很有可能从界面处断裂。

          2.2  炉墙主要损害原因分析

          由于浇注料和锚固砖组成的是复合结构,炉温的升降波动,加之炉墙锚固砖和轻质砖之间无间隙,在两种材质之产生剪应力,同时锚固砖断面小(最小80mmX80mm),铺固砖易断而导致炉墙向内倾斜,另外浇注料)厚度薄(最小仅230mm,国内大多在260〜400mm),也导致了炉墙整体稳定性差。

          3  设计及施工采取技术措施

          严格按照《工业炉设计手册》进行设计,施工及检査中严格遵守国家标准GB211-87《工业炉砌筑施工及验收规范》,国家标准GB50309-92《工业炉砌筑工程质量检验评定标准》要求,在具体施工中还要采取一些技术措施。

          3.1针对炉顶采取的技术措施

          (1)浇注料面锚固砖的凸起部位在施工之前应用δ=1mm左右马粪纸包扎4个面,并用透明胶带粘牢,防止下料时马粪纸损坏。
          (2)炉顶浇注料面铺一层δ=20mm厚的高铝纤维毯作隔离层,缓冲工作层与保温层因村料膨胀系数不同而对锚固砖产生的剪应力。
          (3)炉顶保温层施工:施工完毕,合格后烘炉,升至850℃,开始铺高铝毯,毯与锚固砖之间留2mm的缝隙,炉子第一个生产周期完,检查炉顶完好后,再铺80mm厚的密度小于0.5t/m3的轻质浇注料,不振动、不加压、不抹光。
          (4)缩小炉顶平焰烧嘴附近的锚固砖悬壁尺寸,不大于120〜150mm,增加炉顶锚固砖。
          (5)膨胀缝设计:炉体施工完毕,刚开始烘炉升温时,由于炉顶下部温度高,浇注料快速脱水,下部收缩,炉顶向上凸起,炉顶出现大的热应力,膨胀缝间距越大应力越大。正常生产时在稳定温度情况下,炉顶向下凹,结果使膨胀缝中间的锚固砖拉力增加数倍。所以膨胀缝的设计必须合理。通常炉顶每隔1.5〜2m,留5~8mm膨胀缝。

          3.2针对炉墙采取的技术措施

          (1)锚固砖断面:加大锚固砖断面,采用锚固砖断面不小于120mm*120mm。同时设计增加耐热合金托墙板,减较锚固砖承受的热应力。
          (2)浇注料厚度:为了炉墙整体稳定性,炉墙浇注料厚度不小于260mm。
          ⑶炉墙锚固砖四周采用与炉顶锚固砖一样的包扎方式。
          (4)炉墙锚固砖与轻质砖四周填充δ=20mm厚的耐火纤维毯,缓冲剪应力。

          4 烘炉及生产维护中采取技术管理措施

          4.1烘炉期技术管理措施

          烘炉其实是加热炉投入运行的第一个关键期。刚开始烘炉升温时,由于浇注料表面温度高,浇注料快速脱水,外表收缩,浇注料内部出现大的热应力;另外浇注料施工时一般要加入6%〜10%的水,这部分结合水必须在浇注料温度升高至110°C以上才能排出,而结晶水必须在浇注料温度升高至250°C以上才能排出。当水变成水蒸汽体积急剧膨胀。这两个原因都会造成浇注料损坏。所以必须对浇注料升温速度加以控制。目前加热炉中低温烘炉采用易控制的大气烧嘴烘炉(低温段0℃~600℃),烘炉升温速度≤5℃/h;高温段烘炉时开部分烧嘴,升温速度≤10℃/h。虽然不同浇注料供货厂家对烘炉的要求不同,但都要求温度达到110°C和250℃时有足够长的保温时间,只外由于浇注料内部存在温度梯度,所以总烘炉时间不少于20天。

          4.2生产维护期技术管理措施

          在施工烘炉完毕后,加热炉耐火浇注料炉衬需要经过相当长的时间(一般2〜3年)才能完成表面材质的转换,即烧结过程。在这个过程中,要适当控制各部位的炉温及其变化,尤其注意不宜在开炉、停炉时急剧升温和降温,在烧结过程完成U的升降温可适当提高。
          (1)在烧结过程中各段炉温控制。
          均热段≤1250℃;加热段≤1300℃由于没有烧嘴,通常温度≤1000℃,很难完成烧结过程,预热段浇注料强度始终不如均热段和加热段,所以预热段压下部分的浇注料更容易损坏,更要保持炉温稳定减少波动。
          (2) 在烧结过程中高温段的升降温度。见表1。
          表1 各种情况下的升温及降温速度

          (3)在烧结过程完成后升降温操作。
          在烧结过程完成后的升降温速度不能超过烧结过程升降温的一倍。所以在生产组织的初期就要制定严格的岗位作业标准和操作规程,而且所有操作人员必须要有上岗证(经严格考试)。烘炉及生产的升降温均按操作规程和作业指导书的要求进行。生产中减少升降温次数。
          5  结语
          要提高炉体耐火材料寿命必须在技术和管理上同时努力,虽然短期利益驱使下进行的违章操作并不能立即看到其造成的后果,但量变必然会造成质变。只有在设计、施工、烘炉、生产维护等环节采取正确的技术管理措施,才能保证炉体耐火材料的使用寿命。

          参考资料:
          1 张先倬,高仲龙 .关于工业加热炉发展方向的探讨 . 工业炉.2001.(1)
          2 王秉铨主编 工业炉设计手册.北京:机械工业出版社会 1996.第二版
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