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耐火材料行業知識

提高加熱爐內襯耐火材料使用壽命的解決措施方案

  1 前言
  某廠步進式加熱爐采用的都是輕重復合絕熱耐火材料結構,在各使用期存在著不同程度的損壞現象,尤其以爐頂和爐墻低水泥澆注料損壞對生產影響最大。因為這兩處出現大的損壞將造成停爐檢修,一般的停爐檢修最少需要三天時間。一般低水泥澆注料加熱爐的正常壽命為6?8年?梢娭挥袦p少爐頂和爐墻低水泥澆注料損壞,提高加熱爐使用壽命,才能實現節能增產,雖然國內關于低水泥澆注料損壞機理方面的資料較多,由于不同加熱爐澆注料損壞有不同的作用機理,情況比較復雜,因此情況差異,必須從設計、施工、烘爐、生產維護等方面采取相成技術措施,注意各個環節的工作。我們通過多年的現場工作實踐,對幾座棒線材步進式加熱爐的設計、施工、供爐、生產維護等方面進行總結。
  2 耐火材料損壞原因分析
  對常規大型平吊頂加熱爐爐頂及爐墻結構進行分析。
  2.1爐頂損壞原因分析
  由于絕熱的輕重材料組成的復合結構,界面溫度高,爐溫的升降波動產生熱應力以及結構拉應力破壞錨固磚,導致不同程度的損壞。錨固磚受拉應力、剪應力的影響。
  拉應力:錨固磚所受的拉應力是從下往上分段遞增的,而且在重質層(高鋁層)的一段錨固磚所受的拉應力增長最快,然而輕質層內增加較少,生產操作中升降溫,錨固磚界面因承受不了瞬間產生膨脹拉力,導致錨固磚斷裂。
  剪切力:由于保溫層與工作層的線膨脹系數有較大的差異,在兩層間會發生剪切力,從而剪切錨固磚,剪切力的大小與兩種材質的膨脹系數有關。
  錨固磚材質:當界面處于1100℃時,界面錨固磚將承受在部分的爐頂重量,拉應力與抗拉強度之間的矛盾達到最大。同時,界面處錨固磚還承受著巨大的循環剪切應力,錨固磚很有可能從界面處斷裂。
  2.2爐墻主要損壞原因分析
  由于澆注料和錨固磚組成的是復合結構,爐溫的升降波動,加之爐墻錨固磚和輕質磚之間無間隙,在兩種材質之產生剪應力,同時錨固磚斷面小(最小80mmX80mm),鋪固磚易斷而導致爐墻向內傾斜,另外澆注料)厚度薄(最小僅230mm,國內大多在260?400mm),也導致了爐墻整體穩定性差。
  3、設計及施工采取技術措施
  嚴格按照《工業爐設計手冊》進行設計,施工及檢査中嚴格遵守國家標準GB211-87《工業爐砌筑施工及驗收規范》,國家標準GB50309-92《工業爐砌筑工程質量檢驗評定標準》要求,在具體施工中還要采取一些技術措施。
  3.1針對爐頂采取的技術措施
  (1)澆注料面錨固磚的凸起部位在施工之前應用δ=1mm左右馬糞紙包扎4個面,并用透明膠帶粘牢,防止下料時馬糞紙損壞。
  (2)爐頂澆注料面鋪一層δ=20mm厚的高鋁纖維毯作隔離層,緩沖工作層與保溫層因村料膨脹系數不同而對錨固耐火磚產生的剪應力。
  (3)爐頂保溫層施工:施工完畢,合格后烘爐,升至850℃,開始鋪高鋁毯,毯與錨固磚之間留2mm的縫隙,爐子第一個生產周期完,檢查爐頂完好后,再鋪80mm厚的密度小于0.5t/m3的輕質澆注料,不振動、不加壓、不抹光。
  (4)縮小爐頂平焰燒嘴附近的錨固磚懸壁尺寸,不大于120?150mm,增加爐頂錨固磚。
  (5)膨脹縫設計:爐體施工完畢,剛開始烘爐升溫時,由于爐頂下部溫度高,澆注料快速脫水,下部收縮,爐頂向上凸起,爐頂出現大的熱應力,膨脹縫間距越大應力越大。正常生產時在穩定溫度情況下,爐頂向下凹,結果使膨脹縫中間的錨固磚拉力增加數倍。所以膨脹縫的設計必須合理。通常爐頂每隔1.5?2m,留5~8mm膨脹縫。
  3.2針對爐墻采取的技術措施
  (1)錨固磚斷面:加大錨固磚斷面,采用錨固磚斷面不小于120mm*120mm。同時設計增加耐熱合金托墻板,減較錨固磚承受的熱應力。
  (2)澆注料厚度:為了爐墻整體穩定性,爐墻澆注料厚度不小于260mm。
 、菭t墻錨固磚四周采用與爐頂錨固磚一樣的包扎方式。
  (4)爐墻錨固磚與輕質磚四周填充δ=20mm厚的耐火纖維毯,緩沖剪應力。
  4、烘爐及生產維護中采取技術管理措施
  4.1烘爐期技術管理措施
  烘爐其實是加熱爐投入運行的第一個關鍵期。剛開始烘爐升溫時,由于澆注料表面溫度高,澆注料快速脫水,外表收縮,澆注料內部出現大的熱應力;另外澆注料施工時一般要加入6%?10%的水,這部分結合水必須在澆注料溫度升高至110°C以上才能排出,而結晶水必須在澆注料溫度升高至250°C以上才能排出。當水變成水蒸汽體積急劇膨脹。這兩個原因都會造成澆注料損壞。所以必須對澆注料升溫速度加以控制。目前加熱爐中低溫烘爐采用易控制的大氣燒嘴烘爐(低溫段0℃~600℃),烘爐升溫速度≤5℃/h;高溫段烘爐時開部分燒嘴,升溫速度≤10℃/h。雖然不同澆注料供貨廠家對烘爐的要求不同,但都要求溫度達到110°C和250℃時有足夠長的保溫時間,只外由于澆注料內部存在溫度梯度,所以總烘爐時間不少于20天。
  4.2生產維護期技術管理措施
  在施工烘爐完畢后,加熱爐耐火澆注料爐襯需要經過相當長的時間(一般2?3年)才能完成表面材質的轉換,即燒結過程。在這個過程中,要適當控制各部位的爐溫及其變化,尤其注意不宜在開爐、停爐時急劇升溫和降溫,在燒結過程完成U的升降溫可適當提高。
  (1)在燒結過程中各段爐溫控制。
  均熱段≤1250℃;加熱段≤1300℃由于沒有燒嘴,通常溫度≤1000℃,很難完成燒結過程,預熱段澆注料強度始終不如均熱段和加熱段,所以預熱段壓下部分的澆注料更容易損壞,更要保持爐溫穩定減少波動。
  (2) 在燒結過程中高溫段的升降溫度。
  (3)在燒結過程完成后升降溫操作。
  在燒結過程完成后的升降溫速度不能超過燒結過程升降溫的一倍。所以在生產組織的初期就要制定嚴格的崗位作業標準和操作規程,而且所有操作人員必須要有上崗證(經嚴格考試)。烘爐及生產的升降溫均按操作規程和作業指導書的要求進行。生產中減少升降溫次數。
  5 結語
  要提高爐體耐火材料壽命必須在技術和管理上同時努力,雖然短期利益驅使下進行的違章操作并不能立即看到其造成的后果,但量變必然會造成質變。只有在設計、施工、烘爐、生產維護等環節采取正確的技術管理措施,才能保證爐體耐火材料的使用壽命。


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