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頂燃式熱風爐拱頂（燃燒室）耐材采用平砌結構的優勢

發布時間：

2020-07-30

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高爐熱風爐是煉鐵廠高爐主要配套的設備之一，其作用是為高爐持續不斷的提供高溫熱風。頂燃式熱風爐作為目前應用最廣泛的爐型，拱頂結構設計是頂燃式熱風爐高溫、長壽的關鍵，其設計的難點是要將陶瓷燃燒器和蓄熱室結構結合為一體，同時熱風爐拱頂（燃燒室）的耐火材料砌體材質和結構設計能承受1400℃以上的工況溫度。

自卡盧金熱風爐進入國內之后，拱頂（燃燒室）耐材砌體大部分采用斜砌結構，即砌體單磚磚縫垂直于燃燒室錐段延伸方向。此種砌體結構從砌筑施工、受力分析和使用效果等方面都存在著諸多缺陷與弊端。

鄭州安耐克實業有限公司自2010年起，所設計的頂燃式熱風爐拱頂（燃燒室）工作層耐材結構優化為平砌方式，同時為加強拱頂砌體的穩定性，對拱頂角度、磚型也進行了優化設計，單磚采用四面雙排子母扣設計，并申請了燃燒室平砌結構實用新型專利（專利號：2015206539190），通過現場施工的實際反饋和近10年工程實踐驗證，該砌筑結構取得了良好的使用效果。

拱頂（燃燒室）耐材采用平砌和斜砌的區別可以歸納為下面幾個方面：

（1）平砌磚型設計可靠，施工方式簡單，作業效率高

由于斜砌單磚施工過程中存在下滑力影響，在拱頂砌筑中開始每5塊磚需要用1個卡扣，隨著往上砌筑拱頂的斜度增大，每2-3塊磚需要一個卡扣，到最后拱頂喉口部位每塊單磚需要采用卡扣輔助施工，等待合門泥漿形成強度后，再拆除卡扣。施工工序繁瑣，施工難度大，施工進度緩慢。

（2）平砌施工泥漿飽滿度更好

拱頂（燃燒室）單磚的凸臺向下、凹槽朝上砌筑，凹凸槽結合部位泥漿飽滿度好，更加牢固。而斜砌時單磚凹凸槽設計為凸臺向上，凸臺上泥漿受重力影響沿斜面滑移，易造成凹凸槽泥漿不飽滿，易造成燃燒室竄風。

（3）平砌時單磚受力更均衡

拱頂平砌和斜砌時耐材的受力分析如下：耐材的自身重力為G，FZ為耐材的支撐力，FN為拱頂耐材的壓力，F為阻止其滑移的拉力，按照正交分解法計算其受力情況如下

平砌結構受力計算：F= FN*sinθ

斜砌結構受力計算：F=G*cosθ+FN

平砌結構受力分析

斜砌結構受力分析

根據上述公式得知，拱頂工作層耐材斜砌時單磚產生的下滑力更大，特別是熱風出口開孔位于拱頂直段和錐段的變徑處時，熱風出口上半圓耐材位于錐段部位，應力較為集中，結構穩定性差。此種結構類似于外燃式熱風爐的拱頂聯絡管，是薄弱易損部位，孔口局部耐材一旦變形塌陷，斜砌的拱頂工作層耐材更容易塌磚，加速拱頂工作層耐材的損壞。

（4）平砌結構使用效果更好

寶鋼煉鐵廠現有的4座4000m³以上高爐全部采用新日鐵外燃式熱風爐，使用平砌結構的錐段拱頂耐材在兩代高爐爐役期30余年的工程驗證，沒有大修和更換，使用效果非常好。頂燃式熱風爐和新日鐵外燃式熱風爐的錐段拱頂結構類似，已收錄于《頂燃式熱風爐用耐火材料技術規范》，是適用于頂燃式熱風爐拱頂（燃燒室）結構的可靠技術。