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步进式加热炉炉顶耐火浇注料使用寿命延长的研究

添加时间:2017年5月26日  浏览次数:

    轧钢用加热炉是三段连续梁底组合步进式加热炉,进出料方式为端进侧出。炉内靠近装料侧为步进梁结构,靠近出料侧为步进床结构。加热炉炉顶为同一水平标高的平顶整体浇注、炉顶平焰烧嘴集中供热结构,中部有一道隔墙将炉膛分为高、低两个单独的温度控制区。炉顶上分6组供热,布置了124个平焰烧嘴,下加热端墙及两侧墙各布置4个亚高速烧嘴。

    该加热炉炉顶作为整个炉体的高温区,也是耐火材料最易损坏的区域,要想提高炉子的整体使用寿命、减少炉子的检修次数,关键是延长炉顶寿命,在分析了炉顶损坏机理的基础上,作出技术的调整。

     加热炉炉顶结构主要是指炉顶耐火材料结构(包括炉顶隔热层)及其吊挂机构和供热部分,它是影响炉顶寿命长短的重要因素。合理的炉顶结构可以延长炉顶寿命,改善作业条件,降低炉子消耗。

一:合理的炉顶结构

     现行阶段在大型步进式加热炉中炉顶结构几乎全部被吊挂式平顶结构所代替,吊挂式平顶结构是属于平顶浇注料整体浇注、炉顶平焰烧嘴集中供热结构,中部有一道隔墙将炉膛为高、低两个单独的温度控制区,这种结构主要是以支模、浇注、养生、脱模为主要工艺流程。它的优点是整体性、气密性和稳定性好,非常适合大型步进式加热炉的特点。

     作为加热炉用耐火材料应满足以下四个方面的要求:安全可靠、经济长寿、保温节能、结构轻化。根据该加热炉的使用情况和使用部位,综合考虑耐火材料的铝含量、耐压强度、热振稳定性、线膨胀系数、导热系数、荷重软化温度和高温体积稳定性等主要理化指标,合理选用适合该加热炉炉顶的各种耐火材料。

1.1:炉顶重质工作层用耐火浇注料

     炉顶的工作层受高温气流冲刷和热应力等因素影响,特别是加热段前部和均热段的炉顶容易损坏,是整个炉顶的薄弱环节。作为工作层用耐火材料,主要考虑材料的使用温度应在1300℃以上,热震稳定性好,高温下微膨胀和强度较高等。在加热炉常用的AL2O3-SiO2系耐火材料中,随着氧化铝含量(55%~65%)的增加,材料的体积密度增加,使用温度提高,而热震稳定性有一个最佳区域。为此,选用了牌号为JD-65(郑州驹达耐材)的高性能低水泥浇注料,这种浇注料不仅具有施工性好、体积密度适中、热震稳定性好、体积密度高等优点,而且由于超微粉材料具有极高的表面能,能使浇注料形成凝聚结合,并在中温下就开始固相烧结,从而使浇注料具有极高的低温强度和中高温强度,特别是在800~1200℃的范围内,浇注料的强度随着温度的升高而增加,不存在普通浇注料在此温度范围内的强度低谷区问题,其具体理化性能指标见下表1

 

1.2 炉顶轻质隔热层用轻质浇注料

      隔热层用耐火浇注料要求体积密度小,导热系数低,保温性能好,考虑到隔热层的使用温度,在耐火材料的使用温度允许条件下,尽可能选用体积密度低的浇注料,综合考虑耐火材料的各种性能,选用了牌号为JDQ-1.0(郑州驹达耐材)的轻质保温浇注料,这种浇注料具有强度高,导热率低、保温性能好、烧后的永久线变化率收缩小、施工方便的优点。其具体理化性能指标见下表

 

1.3炉顶锚固砖(吊挂砖)

     在大型步进式加热炉的炉顶中有很多个吊点,因此,在施工中很难保证每个吊点均匀手里。同时,若少数吊挂砖质量不好,拉伸强度低,在使用过程中由于温度急剧变化就会造成某些吊挂砖被破坏。当某些吊挂砖受力超过其抗拉强度时,该吊挂砖就会断裂,失去作用从而使相邻的吊挂砖受力增大、有可能出现连续破坏的结果,此时整体吊挂炉顶就会发生突然塌落。

     另外,加热炉在整体施工完毕,刚开始烘炉升温时,由于顶下部温度较高,浇注料快速脱水,此时下部不但不因温度上升而膨胀,反而表现为收缩,炉顶向上凸起的变化,同时顶内出现大的热应力,这种变形将使膨胀缝附件的吊挂砖拉力增大数倍,而膨胀缝中间的吊挂砖产生卸荷效应。同样道理,正常生产时在稳定温度下,这种炉顶变形呈下凹状态,结果使膨胀缝之间中部吊点拉力增大数倍。炉体在急冷急热状态下,由于热冲击而产生的的热应力可达3MPa,吊挂砖是这一热应力的集中点,热应力值超过材料的抗拉强度时,则砖体破裂损坏。因此,选锚固砖材料是要选用质量好、强度适中的锚固砖。施工时尽可能保证各个吊点受力均匀,生产中和检修时力求避免急剧升、降温。一般设计单位对锚固砖的抗拉强度要求大于或等于6MPa,普通锚固砖的这项指标旺旺达不到,因此在使用中炉顶某个部位的热应力偏大时,很可能由于抗拉强度偏低而承受不住炉顶的重力而出现坍塌事故。   

      要使炉顶耐火材料得到预期的效果出设计合理及材料本身质量好外,施工的方案和质量也是重要因素。对于大型步进式加热炉而言,同样的耐火材料,施工方案和质量不同,所得到的炉顶寿命的差别是很大的。

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