工業爐窯的節能問題一直是(shi)冶金企業的主要(yao)課(ke)題之一，為了降(jiang)低爐體散熱，爐(lu)頂、爐(lu)墻大都采用輕(qing)重復合結(jie)構，即下(xia)部接(jie)觸火焰的工作襯用(yong)重質澆注料，上面再覆(fu)蓋(gai)一(yi)層輕質澆注料(liao)，但(dan)輕(qing)重復合結構(gou)在(zai)爐(lu)頂的(de)使用中(zhong)卻存在(zai)著嚴重的(de)吊掛磚從(cong)界面(mian)處斷裂，從而造成重質料整體坍(tan)塌的(de)事故隱患。針對(dui)此類事故產生的(de)原因從三(san)個方面進行分析(xi)。
板坯(pi)加(jia)熱爐的復合吊掛(gua)爐頂設計結(jie)構(gou)為200mm 的高溫加(jia)熱爐澆注料 ,容重2. 48t/m3，上部覆蓋150mm 厚的輕質澆注料，容重為1.3t/m3，吊掛磚截(jie)面為115mm ×115mm，吊掛磚的中心距為320mm。吊掛磚斷裂是受拉應(ying)力和(he)剪應(ying)力共同作用的結果。剪應力(li)為主應力(li)造成的斷裂，斷口一(yi)般(ban)為45°角(jiao)斷裂，拉(la)應(ying)力(li)為主應(ying)力(li)斷裂時，斷(duan)口(kou)一般呈0°角斷裂(lie)，從錨固磚斷口(kou)情況看，斷口(kou)較平直，另(ling)外，爐頂膨脹縫較為完好(hao)，爐(lu)頂無明顯位移，故我們認為主要(yao)是拉應(ying)(ying)力(li)作用的(de)結(jie)果(guo)。吊(diao)掛磚斷(duan)面(mian)上(shang)所受(shou)的(de)拉應(ying)(ying)力(li)是從下往上(shang)分段遞增的(de)。而且(qie)在重(zhong)質(zhi)料內的(de)一(yi)段吊(diao)掛磚所受拉應力的(de)增長速度最快，并在界面(mian)處達(da)到最(zui)大，之(zhi)后，在(zai)輕質層內的增(zeng)速度減緩，吊(diao)掛磚界(jie)面處承受著約 85～90 %的(de)爐頂應(ying)力。
1、復合吊掛爐頂的溫度分布特征分析
復合(he)吊掛(gua)爐頂的(de)溫度(du)經(jing)測量，爐頂上表面溫度為 120 ℃，爐頂內表面(mian)溫度按1350 ℃計算(suan)，界面處(chu)的溫度(du)按(an)傳熱學(xue)公式計算出的約(yue)為 1150 ℃，溫度(du)在重質料層內總(zong)降低(di)約15 % ，即爐頂隔熱(re)作用主(zhu)要靠的(de)(de)是上部的(de)(de)輕質澆注(zhu)料，而在界面(mian)處的(de)溫度依然很(hen)高。
2、吊(diao)掛磚(zhuan)的強度特征分析
吊掛(gua)磚的(de)生產(chan)主要從兩(liang)點考慮 :一是耐火度(du)，二是抗拉強(qiang)度。吊掛磚的(de)材質屬于硅酸鋁(lv)質耐火材料。耐火度均能(neng)滿足要求(qiu)。吊掛磚從使用角度看，由(you)于整個(ge)爐(lu)頂的重量都是在吊掛磚上部連接處(chu)上，故主要(yao)應考慮其(qi)抗拉強(qiang)度(du)。只要(yao)有足夠的常溫抗拉強(qiang)度(du)，就不會斷(duan)裂(lie)。吊掛磚的強度主要來自于(yu)耐火材料內物料粒子之間的陶瓷結合，這(zhe)種陶瓷(ci)結合(he)程度越高(gao)，則其強度越(yue)高，陶瓷結合(he)主要是液相燒結的結果，即高溫(wen)下耐火材料中(zhong)形成液(ye)相促進(jin)顆粒間的粘結及物質(zhi)遷移，形成的液相越多(duo)，燒(shao)結程度越好，冷態時表現出的強度也就越(yue)高(gao)。從前面分(fen)析可知，吊掛(gua)磚界(jie)面處的(de)溫(wen)度可達1150 ℃左(zuo)右，此溫度下的(de)吊掛(gua)磚中(zhong)很可能會產生一定(ding)的(de)液(ye)相 表現出較低的抗拉強(qiang)度，而此(ci)處的(de)吊掛磚卻承受著大部(bu)分的(de)爐頂重量，因(yin)此很容易發生抗拉強度不夠，而造成斷裂。正(zheng)因為如此，爐(lu)頂吊掛磚斷裂(lie)要么從絞接處斷(duan)裂(lie)，要么從雙(shuang)層復(fu)合的界面(mian)處斷裂(lie)，前者是(shi)由于吊(diao)掛磚冷態強度，后者(zhe)則(ze)是由于(yu)高溫抗(kang)拉(la)強度(du)不夠。當吊掛磚斷(duan)裂(lie)數量達到一(yi)定程度(du)時(shi)，就會造成爐頂的局(ju)部坍(tan)塌或整體(ti)坍(tan)塌。