工業(yè)爐窯的節(jié)能問題一直是冶金企業(yè)的主要課題之一，為了降低爐體散熱，爐頂、爐墻大都采用輕重復(fù)合結(jié)構(gòu)，即下部接觸火焰的工作襯用重質(zhì)澆注料，上面再覆蓋一層輕質(zhì)澆注料，但輕重復(fù)合結(jié)構(gòu)在爐頂?shù)氖褂弥袇s存在著嚴重的吊掛磚從界面處斷裂，從而造成重質(zhì)料整體坍塌的事故隱患。針對此類事故產(chǎn)生的原因從三個方面進行分析。
板坯加熱爐的復(fù)合吊掛爐頂設(shè)計結(jié)構(gòu)為200mm 的高溫加熱爐澆注料 ,容重2. 48t/m3，上部覆蓋150mm 厚的輕質(zhì)澆注料，容重為1.3t/m3，吊掛磚截面為115mm ×115mm，吊掛磚的中心距為320mm。吊掛磚斷裂是受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用的結(jié)果。剪應(yīng)力為主應(yīng)力造成的斷裂，斷口一般為45°角斷裂，拉應(yīng)力為主應(yīng)力斷裂時，斷口一般呈0°角斷裂，從錨固磚斷口情況看，斷口較平直，另外，爐頂膨脹縫較為完好，爐頂無明顯位移，故我們認為主要是拉應(yīng)力作用的結(jié)果。吊掛磚斷面上所受的拉應(yīng)力是從下往上分段遞增的。而且在重質(zhì)料內(nèi)的一段吊掛磚所受拉應(yīng)力的增長速度最快，并在界面處達到最大，之后，在輕質(zhì)層內(nèi)的增速度減緩，吊掛磚界面處承受著約 85～90 %的爐頂應(yīng)力。
1、復(fù)合吊掛爐頂?shù)臏囟确植继卣鞣治?/span>
復(fù)合吊掛爐頂?shù)臏囟冉?jīng)測量，爐頂上表面溫度為 120 ℃，爐頂內(nèi)表面溫度按1350 ℃計算，界面處的溫度按傳熱學(xué)公式計算出的約為 1150 ℃，溫度在重質(zhì)料層內(nèi)總降低約15 % ，即爐頂隔熱作用主要靠的是上部的輕質(zhì)澆注料，而在界面處的溫度依然很高。
2、吊掛磚的強度特征分析
吊掛磚的生產(chǎn)主要從兩點考慮 :一是耐火度，二是抗拉強度。吊掛磚的材質(zhì)屬于硅酸鋁質(zhì)耐火材料。耐火度均能滿足要求。吊掛磚從使用角度看，由于整個爐頂?shù)闹亓慷际窃诘鯍齑u上部連接處上，故主要應(yīng)考慮其抗拉強度。只要有足夠的常溫抗拉強度，就不會斷裂。吊掛磚的強度主要來自于耐火材料內(nèi)物料粒子之間的陶瓷結(jié)合，這種陶瓷結(jié)合程度越高，則其強度越高，陶瓷結(jié)合主要是液相燒結(jié)的結(jié)果，即高溫下耐火材料中形成液相促進顆粒間的粘結(jié)及物質(zhì)遷移，形成的液相越多，燒結(jié)程度越好，冷態(tài)時表現(xiàn)出的強度也就越高。從前面分析可知，吊掛磚界面處的溫度可達1150 ℃左右，此溫度下的吊掛磚中很可能會產(chǎn)生一定的液相 表現(xiàn)出較低的抗拉強度，而此處的吊掛磚卻承受著大部分的爐頂重量，因此很容易發(fā)生抗拉強度不夠，而造成斷裂。正因為如此，爐頂?shù)鯍齑u斷裂要么從絞接處斷裂，要么從雙層復(fù)合的界面處斷裂，前者是由于吊掛磚冷態(tài)強度，后者則是由于高溫抗拉強度不夠。當(dāng)?shù)鯍齑u斷裂數(shù)量達到一定程度時，就會造成爐頂?shù)木植刻蛘w坍塌。