熱風(fēng)爐耐火磚的工作環(huán)境
熱風(fēng)爐的蓄熱和換熱是周期性進(jìn)行的，以內(nèi)燃式熱風(fēng)爐為例，燃料在燃燒室下部噴出燃燒后的熱氣體沿著燃燒室上升并進(jìn)入蓄熱室加熱格子耐火磚后，從下面經(jīng)煙道排出。燃燒加熱后向蓄熱室吹入高壓空氣，被格子耐火磚貯存的熱量加熱，之后從燃燒室的中段抽出鼓入高爐中，送風(fēng)溫度一旦降低至所要求的溫度以下，隨即切換轉(zhuǎn)入燃燒加熱周期周而復(fù)始。所以，為了保證連續(xù)向高爐提供高溫預(yù)熱空氣，一般每座高爐配備3?4座熱風(fēng)爐。
蓄熱式熱風(fēng)爐的正常工作，要求其設(shè)備系統(tǒng)中的各閥門(mén)不斷進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，對(duì)各種煤氣和空氣的流量和壓力要進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)，故熱風(fēng)爐設(shè)備的傳動(dòng)和控制系統(tǒng)是重要的組成部分。最簡(jiǎn)單的是手動(dòng)操作，廣泛采用的是電動(dòng)，還發(fā)展了液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)等操作設(shè)備。
熱風(fēng)爐在工作中受到以下幾方面作用：
(1)熱風(fēng)爐在加熱狀態(tài)時(shí)，燃燒室的溫度很高，爐頂溫度可達(dá)到1500?1560℃，從拱頂沿爐墻和格子耐火磚向下，溫度逐漸降低;送風(fēng)時(shí)，高速冷風(fēng)從蓄熱室底部吹進(jìn)，并逐漸被加熱。因此，熱風(fēng)爐爐襯的耐火磚和格子耐火磚室經(jīng)常受到急冷急熱變化的作用，即受到熱應(yīng)力作用。這樣可導(dǎo)致耐火磚出現(xiàn)裂紋、開(kāi)裂和剝落，特別是內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的爐墻，最易發(fā)生砌體的松動(dòng)和傾倒，甚至造成“短 路”而被動(dòng)停爐檢修。因此，內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的爐墻是熱 風(fēng)爐的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
(2)受到堿金屬的侵蝕。在煤氣和助燃空氣中，含有一定數(shù)量的堿性氧化物，燃燒后的灰分中含有20%的氧化鐵、20%的氧化鋅和10%的堿性氧化物。這些物質(zhì)的絕大部分是排出爐外的，但少數(shù)成分粘附在砌體表面，并向耐火磚內(nèi)部滲透，日積月累，其深度可達(dá)20mm左右。這些物質(zhì)與耐火磚發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成堿性鋁代硅酸鹽，使耐火磚的體積變化導(dǎo)致組織破壞，發(fā)生龜裂，降低了強(qiáng)度和高溫使用性能。特別是在蓄熱室上部，這種化學(xué)侵蝕作用較突出。在含塵量和操作溫度一定時(shí)，若采用粘土磚，則反應(yīng)生成物熔融溫度較低，在耐火磚表面形成玻璃質(zhì)薄 層，并通過(guò)毛細(xì)管向內(nèi)部縱深擴(kuò)散，侵蝕深度較大;若采用高鋁耐火磚時(shí)，則生成物熔融溫度較高，且粘附在耐火磚的表面，不斷長(zhǎng)大;采用硅磚時(shí)，反應(yīng)生成物易揮發(fā)，磚表面光滑，受侵蝕較少。另外，因格子磚處于 四面加熱狀態(tài)之中，受化學(xué)侵蝕的程度比爐墻襯體大一些。
近年來(lái)，由于采用新式煤氣清洗設(shè)備，煤氣含塵量降低到10mg/ m3以下，因此其化學(xué)侵蝕程度有所減小。同時(shí)，高質(zhì)量耐火磚的廣泛應(yīng)用，也增強(qiáng)了抵抗化學(xué)侵蝕的能力。
(3)熱風(fēng)爐本身受荷載作用。熱風(fēng)爐是一種較髙的構(gòu)筑物，其高度一般在25?50m的范圍內(nèi)。蓄熱室格子耐火磚下部承受的最大靜荷重0.8MPa，燃燒室下部襯體承受的靜荷重也達(dá)0.4?0.5MPa，爐頂拱腳耐火磚處承受的壓力為0.02?0.2 MPa。因此，在機(jī)械荷載和高溫作用下，耐火磚易發(fā)生收縮變形和產(chǎn)生裂紋，影響熱風(fēng)爐的使用壽命。
熱風(fēng)爐球頂?shù)男ㄐ文突鸫u，常溫下承受自重產(chǎn)生的荷重一般約為0.05?0.1MPa/cm2。當(dāng)然，直徑越大，荷重也越大，但對(duì)直徑達(dá)12m的大型熱風(fēng)爐，常溫下的荷重也不很大。然而，當(dāng)溫度升高時(shí)，楔形耐火磚的內(nèi)側(cè)膨脹大，外側(cè)膨脹小，外側(cè)的耐火磚磚縫變大和脹開(kāi)，因耐火磚的膨脹引起應(yīng)力集中于內(nèi)側(cè)，結(jié)果造成結(jié)構(gòu)變形、塌陷和磚的脫落損壞。熱風(fēng)爐的溫度越高，容積越大，此種現(xiàn)象越嚴(yán)重。
綜上所述，熱風(fēng)爐砌體受1200?1350℃的高溫作用、熱交換過(guò)程中溫度急劇變化的作用;高爐煤氣帶人灰塵的化學(xué)侵蝕作用;燃燒氣體的沖刷作用;機(jī)械荷載作用等。所以，人們?cè)谶x擇熱風(fēng)爐用耐火磚時(shí)，總體要求是：蠕變率小，熱容量大，高溫強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性好，具有良好的抗熱震性。
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