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    加熱爐用可塑料0膨脹設計及拱頂的預防
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    加熱爐用可塑料0膨脹設計及拱頂的預防

    發布時間:2020/8/31 14:38:56


    加熱爐用可塑料的“0”膨脹設計
    可塑料采用“0”膨脹設計原則,使得材料在高溫狀態下相互“拉”或是“壓”的內應力都很小,爐襯體處于穩定狀態,爐襯的整體性好。
    而澆注料施工時須埋設PVC脹縫板,爐襯或者爐底整體性不好。1500mm長度上的“膨脹縫寬度_溫度”會出現變化曲線。
    澆注料在800℃的吋候膨脹縫寬度為0,溫度超過800℃后,澆注料耐材內部將產生擠壓的應力,不利于耐材整體穩定性。
    而可塑料在1300℃時膨脹縫寬度力0,1300℃甚本接近冶金加熱爐的正常使用爐溫。故采用可塑料可以保證在加熱爐正常使用時,耐材整體內應力小。
    加熱爐用耐火可塑料
    加熱爐是一個復雜的熱工設備,它的生產過程是連續進行的,具有較長的爐膛,由預熱、加熱和均熱段組成,其中均熱、加熱段爐頂都有一個平直段及傾斜段,而且兩端末尾爐頂均下壓,由于加熱和均熱段所需溫度很高,需經壓下燒嘴加熱,從而造成下壓爐頂的傾斜部分由于高溫氣體沖刷而過早燒損,平頂燒嘴加熱,火焰經鋼料反射到爐頂,加快了爐頂的破損,爐頂燒嘴與爐墻燒嘴周圍由于火焰溫度變化和氣流的沖擊也造成破損。爐內氣體也會對爐襯進行腐蝕,加快爐墻和爐頂的破損。
    目前加熱爐普遍采用澆注料做爐墻、爐頂。而澆注料用水泥做結合劑,干燥后澆注料骨料與水泥結合物之間結合比較緊密,因此澆注料空隙較可塑料要少,由于加熱爐工作時爐內溫度較高,大約在℃之間,在高溫作用及火焰沖擊下,骨料突然膨脹,從而導致水泥周圍組織結構的瓦解,造成澆注料爐襯的剝落。澆注料因用水泥做結合劑,耐酸性氣體的腐蝕能力較差,造成爐襯的損壞。
    根據使用澆注料的經驗,在加熱爐的改建中對加熱爐高溫段﹙加熱段、均熱段﹚采用了耐火可塑料,以求提高加熱爐的使用壽命。為此將爐墻、爐頂各段的選料、施工、烘爐作為加熱爐改建的重要環節。
    1、選料
    加熱爐用可塑料用耐火黏土或者骨料細粉作為結合組分,在干燥和脫水后產生收縮,從而在骨料周圍形成細小的間隙,在高溫作用下,可塑料相對松散,具有連續吸收骨料突然膨脹的功能,使其有較寬的溫度劇變區域。因此可塑料能應用在直接受火焰沖擊或熱輻射的爐墻、爐頂、爐膛溫度劇烈變化、溫度波動較大的高溫爐墻。可塑料用耐火黏土做結合劑,通常既可防酸又可以防堿。所以,可塑料在加熱爐上的應用彌補了澆注料的不足,顯示其在熱震穩定性及防腐性上的優勢,提高了爐頂、爐墻的使用壽命。
    (1)可塑料的工作性
    可塑料具有較高的可塑性,而經長時間存儲后,仍具有一定的可塑性。可塑性除與黏土特性和黏土用量有關以外,主要取決于水分的數量,它隨著水量的增多而提高,但水量過高會帶來不利的影響,一般5%~10%為宜。
    為了盡量控制可塑料中的黏土用量和減少用水量,可外加增塑劑起增塑作用,可使黏土顆粒的吸濕性提高,使黏土微粒分散;使黏土中腐殖質分散并使黏土顆粒溶膠化;使黏土-水系統中的黏土微粒間的靜電斥力增加,穩定溶膠;將阻礙溶膠化的離子作為不溶性的鹽排除于系統之外,等等。可作為增塑劑的材料很多,如紙漿廢液、環烷酸、木塑磺酸鹽、木塑磷酸鹽、木塑鉻酸鹽以及其他無機和有機的膠體保護劑,等等。
    欲使可塑料的可塑性在其保存期內無顯著降低,不能采用水硬性結合劑。
    (2)可塑料的硬性和強度
    為了改進以軟質黏土作結合劑的可塑料在施工中硬化緩慢和常溫強度很低等缺點,往往另外加入適量的氣硬性和熱硬性結合劑,如硅酸鹽、磷酸和磷酸鹽和氯化鹽等無機鹽及其聚合物。
    可塑料中無化學黏合劑稱普通可塑料,此種可塑料在未燒結前的強度很低,但隨溫度升高水分溢出而提高,經高溫燒結后,冷態強度大,在高溫下熱態隨溫度上升而降低。
    如有硅酸鈉的可塑料在施工后的強度隨溫度升高而增長較快,在施工后可較快的拆模。但是,在干燥過程中這種結合劑可能向構筑物或制品表面遷移,阻止水分的順利排除,引起表皮產生應力變形。
    另外,施工后的可塑料碎屑也不宜再用,含有此種結合劑的可塑料宜用于建造工期較長的大型窯爐和用于爐頂等處。
    硅酸鋁是可塑料中使用廣泛的一種熱硬性結合劑,施工后經干燥和烘烤可獲得很高的強度。
    (3)可塑料在加熱過程中的收縮
    可塑料含有較多的黏土和水分,在干燥和1000℃以上加熱過程中,往往產生很大的干縮和燒縮。如不加助脹劑的可塑料干縮4%左右;在1100~1350℃溫度范圍內出現的總收縮可達到7%左右,為防止收縮,減少其危害,還需另加助脹劑,即在黏土和配料的其他細粉中加入在熱處理或使用過程中可能發生膨脹的物質,以抵消黏土產生的收縮,通常多在配料的細粉中加入適量(5%~15%)的藍晶石細粉。藍晶石在1380℃左右分解形成莫來石和SiO2時,急劇產生15%~20%的體積膨脹,可抵消高溫收縮。
    可塑料中加入少量藍晶石可抵消一部分在高溫下的收縮,但干燥收縮仍存在。為了解決在熱處理或者第一次使用時未達燒結前的體積穩定,有時還可加入適量的小于1μm的超細粉,如剛玉英石和石英等超細粉,代替部分黏土,減少干燥時的收縮影響。
    通常將體積穩定性視為可塑料的一項重要的技術指標,并作為質量分級的主要內容,如國家規定:高級黏土質可塑料加熱到1100℃冷卻后的收縮率應不大于4%;特級黏土質可塑料加熱到1600℃冷卻后的收縮應在2.5%以下。
    (4)可塑料的耐熱震性
    與相同材質的燒結耐火磚和其他不定形耐火材料相比,可塑料的耐熱震性較好,其主要原因有以下幾方面:由硅酸鋁質耐火原料作為顆粒狀和粉狀料的可塑料,在加熱過程中和在高溫下使用時,不會產生由于晶型轉化而引起的嚴重變形;在加熱面的附近和礦物組成為莫來石和方石英的細微結晶,玻璃體較少,加熱面向低溫側過渡。可塑料的結構和物相是遞變而非激變,可塑料具有均勻的多孔結構,膨脹系數和彈性變量一般都較低。
    2、耐火可塑料施工
    (1)施工前的檢查準備
    ①按耐火可塑料施工工藝流程要求制定每一個環節的施工質量控制措施和方法;②對來料進行各項理化指標的抽檢,特別是吊掛磚的耐火度和抗拉強度檢測,并保留料樣備份;③對吊掛磚認真檢查外觀質量,表面無裂紋和缺損,尺寸必須符合公差要求;④施工機具必須清理干凈,確保施工機械正常運轉。
    (2)可塑料施工方法
    ①支模時確保底模板與錨固磚之間有5~10mm的間距;②搗打錘移動方向垂直于模板,不得平行于模板,至少往返一遍。每層搗打完以后,表面必須刮毛,然后再鋪下一層;③先用模磚打出清晰的痕跡,然后換上錨固磚,使其與可塑料之間緊密結合;④施工間歇期間,必須把搗打面刮毛,與模板成直角,覆上塑料膜蓋實,倒打面位置宜留在兩排錨固磚之間;⑤脫模后4h之內,必須做好表面刮毛、切膨脹縫、扎氣孔等項工作。
    3、烘爐
    爐襯現場搗打質量的好壞固然很重要,但爐襯烘烤的好壞卻直接關系到耐火可塑料應用的成敗。
    耐火可塑料中含有大量的游離水和結晶水,這些水分要通過烘爐充分地排除,它是爐襯長壽極為重要的環節。由于水分變為水蒸氣時,體積和壓力均急劇增大,如果烘烤升溫速度過快,就會引起爐襯裂紋、剝落或爆裂。由于可塑料含有較多的黏土和水分,水分排除不易暢通,特別是在100~300℃范圍內的大量游離水排除階段,易造成蒸汽壓力過高而導致爐襯剝落或爆裂事故,應給予充分排除的時間。達到500℃時耐火可塑料含水率僅占總水量的10%左右,因此耐火可塑料在600℃之前升溫應緩慢,并有足夠的保溫時間。1000℃以后使耐火可塑料致密化,結合力增大,強度也不斷增加。
    在總結烘爐經驗的基礎上,為保證整個爐墻、爐頂烘爐的均勻,特在均熱段、加熱段中部設置了一排煤氣縱向烘烤燒嘴,取得了較好的效果。
    加熱爐用耐火可塑料拱頂現象的預防措施
    某企業耐火可塑料在加熱爐應用的過程中,經過烘爐后,部分用于加熱爐爐頂斜坡部位的耐火可塑料發生拱頂現象。通過對耐火可塑料受熱后所產生的熱膨脹等問題的分析,現提出以下4點預防措施。
    1、適當調整膨脹縫
    根據施工時的實際情況,如施工時溫度、濕度、施工進度、爐頂獨立區域長度等適當調整膨脹縫的留設。其中,橫向膨脹縫的間距建議為900~1200mm,寬度為5~10mm,深度為90~110mm。縱向膨脹縫的間距建議為1500mm,寬度為10mm左右,深度為90~110mm。
    2、小斜坡部位增加爐頂構造縫
    在有斜坡結構的爐體中,小斜坡部位增加爐頂構造縫。
    3、大斜坡部位兩端平頂增加構造縫
    在有斜坡結構的爐體中,大斜坡部位兩端平頂增加構造縫。
    4、爐頂橫向脹縫采用預埋的形式
    爐頂橫向脹縫采用預先埋入木板的形式,深180mm,寬10mm。
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