工业炉炉衬的砌体设计、膨胀缝留设以及配置水平评价

工业炉炉衬结构设计是完成筑炉材料到炉衬结构的依据，是实现设备工艺目的的关键程序。这里主要介绍以耐火材料为主要材料的炉衬砌体结构。

炉衬的砌体结构设计

工业炉的炉衬砌体结构是由耐火材料构筑而成。在炉衬的设计过程中，通常需要注意以下几个方面：

(1)合理炉型尺寸。这是工业炉所服务的生产工艺所确定的，炉型尺寸服从于工艺要求和设备整体设计。炉型尺寸是工业炉生产工序的基本条件，炉衬尺寸的合理与否，直接影响到整个工序的生产。

(2)稳定的结构形式。由于工业炉的特殊用途，炉衬一般是单面受热的。当炉衬长期处于这种极端温差环境下，或是在热面形成熔融层，炉衬结构将受到极大的考验。因此，炉衬结构的稳定性，是炉衬设计的关键指标。

(3)经济、有效的材料配置。

炉衬的主要结构形式

一般来讲.工业炉的炉衬村件结构主要自4种形式：

(1)耐火砖砌体;

(2)不定形耐火材料衬体;

(3)耐火陶瓷纤维衬体;

(4)混合衬体。

1耐火砖砌体

耐火砖砌体是由耐火砖和耐火泥浆构成。

是工业炉炉体结构中最传统、使用最广泛的一种砌体结构形式。在用耐火砖构筑或修建工业炉炉体结构时，首先应该根据设计或原结构要求，选择耐火砖和耐火泥。然后才有按照设计图完成砌体结构的构筑，

一般由耐火砖掏筑的砌体，在工业炉炉体结构中主要用于墙体、炉顶、炉底和管道。

2不定形耐火材料衬体

所谓不定形耐火材料衬体，是指构成炉村衬体的主要材料是不定形耐火材料。这些不定形耐火材料主要包括：耐火浇往料、耐火可塑料、耐火喷涂料等。

(1)耐火浇注料。耐火浇注料，在作为炉体结构主要材料时，用于炉体结构的侧墙、炉顶、管道内衬和外包扎等工作层，也有用于工作层与炉子钢结构(如：炉壳)之间作为保温层。

(2)耐火可塑料。从理论上讲，耐火可塑料可以在各种工业炉的主体结构上替代耐火砖的功能。但实际应用时，还是需要研究完以下问题后再作决定。

1)炉子的种类和形式：是熔炼炉、反应炉还是加热炉;

2)炉子结构：炉顶、侧墙还是炉底;施工厚度;有无隔热材料;炉墙的高度和荷载情况等;

3)炉子的操作情况：炉温及其变化、操作方式是连续还是间歇、被加热物料的状态是固态还是液态或气态、炉内的冲击荷载等;

4)经济性和施工条件等。在实际工业炉炉体结构中，耐火可塑料应用最多的是在炉体的炉顶和炉墙部分。

(3)耐火喷涂料。由于喷涂施工具有可以在任何角度、任何位置，并形成任何几何形状等优点，因此在工业炉的炉衬设计中，常常采用由喷涂料通过喷涂施工形成的衬体。

由于喷涂料的特性与浇注料基本相同，因此在结构形式上也类同于浇注料衬体，在工业炉炉体应用的部位包括炉墙、炉顶、管道内衬壁以及保温层等。

为稳定喷涂料衬体的结构，通常在衬体内也根据具体的结构要求，配设不同形式的金属锚固件或锚固砖等。

3耐火陶瓷纤维衬体

耐火陶瓷纤维作为一种半成品原料，呈松散状.可加工成纤维毯、纤维绳、纤维纸、纤维板、纤维扎块(折叠式模块或层叠式模块)等成品，添加结合剂后可以成为纤维喷涂料或纤维浇注科。陶瓷纤维可以以松散状直接使

用，但在作为一种衬体存在时，往往把陶瓷纤维加工成毡、板或扎块等产品使用。

炉衬砌体的膨胀结构

构成工业炉炉衬的耐火材料衬体，在高温条件作用下，一般都会不同程度地产生膨胀。同时，衬体内部由于温度变化和温度梯度的存在而产生热应力，导致衬体发生龟裂和剥落等现象。为了减少和消除这种膨胀和温度应力，通常在衬体内设置一定的膨胀余量构成膨胀结构，即习惯所称的膨胀缝及其周围结构，来释放衬体在热膨胀受抑制时产生的应力。

(1)膨胀缝的留设思想：膨胀缝的留设方法有多种，但基本的思想是：根据实际衬体用耐火材料的热膨胀性能，同时充分考虑到膨胀缝的留设不会导致村体结构强度的降低。

在通常情况下，膨胀缝的留设尺寸是以衬体主要高温侧村料的实际热膨胀率和工业炉的设计温度为基础进行计算得出的。但即使是实测的耐火材料热膨胀率，由于实验条件和实际应用环境存在着有无荷载等方面的差异，以及砖缝耐火泥浆的作用，因此，实际膨胀缝留设的尺寸通常是按衬体材料最大膨胀量的60%左右取值的。

(2)膨胀缝的主要形式：在一般工业炉衬体结构中，设计的膨胀缝有直线形、折线形、交错形和斜切形等。但无论何种形式，膨胀缝留设的基础应按照1.2.3.1要求。另外，在具体设计时，应防止由于膨胀缝的存在，导致炉内高温气体直冲炉体钢结掏或保温材料。

下面介绍几种代表性耐火材料膨胀缝的留设方式。

1)耐火砖砌体：在耐火砖砌体结构中，膨胀缝的留设主要有直线形、折线形和端部集中留设等形式。一般来讲，对于相对移动量小、炉膛温度和炉压不高的耐火砖墙体，多采用直线形膨胀缝。否则，宜用折线形膨胀缝量不大的耐火砖墙体，也可采用端部集中留设膨胀缝的结构。

2)浇注料衬体：在浇注料衬体内留设膨胀缝，必须充分考虑到浇注料在烘烤和使用整个过程中衬体体积的变化.对于施工体积小、膨胀总量小的衬体可不设膨胀缝。

在浇注料衬体中留设的膨胀缝主要有直线形或波浪形和折线形两种。

在直线形膨胀缝结构中.为了防止炉内高温气体直接冲击工作炉村背部的保温材料或钢结构。一般在膨胀缝长度的低温端加一块耐火砖，俗称“盖砖”。

浇注料衬体膨胀缝的留设一般采用两种方法：一种是直接留设，即在浇注料施工前.把具有一定强度的膨胀缝材料留设在浇注模板内的固定部位。如折线形(或波浪形);另一种方法是在浇注料砌体施工完成后，根据设计尺寸，在衬体上机械切割成缝，然后填入膨胀充填材料，这种方法多用于直线形膨胀缝。

3)可塑(捣打)料衬体：可塑(捣打)料衬体的膨胀缝结构和留设方法同浇注料衬体结构。有时，也有在可塑料衬体施工完成后，用扁凿进行人工凿缝形成结构缝。

(3)膨胀缝留设的基本尺寸：膨胀缝基本尺寸的确定是非常困难的，但同时它又是工业炉衬体中非常关键的尺寸。如前所述，不同的材料、不同的环境温度要求设计不同的膨胀余量。膨胀余量设计不当，还会造成结构破损、气体或物料外漏、环境劣化，甚至导致事故的发生。因此，膨胀缝尺寸的确定必须经过严格的计算，包括做必要的材料高温膨胀性能试验检测。

这里介绍几种代表性耐火材料的膨胀缝和不同温度条件下每米耐火砖砌体膨胀缝尺寸经验值，见表1-2、1-3。

炉衬配置水平的评价

一座工业炉炉衬的配置水平可以从以下四方面的内容进行评价：

(1)有利于整个工业炉的长期经济运行;

(2)能最大限度地使所有筑炉材料包含在行业的标准范围内，包括基本尺寸和基本特性等;

(3)能与材料工业技术水平的进步和发展相适应;

(4)能够充分体现工程投资的经济性。

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