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提高加热炉内衬耐火材料使用寿命的解决措施方案
类别:技术交流   日期:2018-12-10  来源:  点击率:3984  打印 关闭



1 前言

某厂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正常寿命为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。大家通过多年的现场工作实践,对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。

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炉顶损坏原因分析


    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,如图1所示。



图1 炉顶结构示意图

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炉墙主要损坏原因分析

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。如图2所示。






图2 炉墙结构示意图


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引导书的要求进行。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马上看到其造成的后果,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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