传统热风膨胀缝留设存在的问题及优化后的膨胀缝设置方法
发布日期： 2020-06-12 09:19:24 阅读量（366） 作者：田立明高炉的热风管道内衬由耐火材料构成。耐火材料在使用过程中受热风温度变化的影响，将产生热胀冷缩现象，并由此产生热应力。在热风管道砌筑过程中，为了避免管道砌体受热膨胀变形，提高热风管道的使用寿命和生产安全性，减少或消除热应力，通常在设计热风管道时留设膨胀缝，既要保证砌体的严密性，又要保证在砌体之间不存在导致砌体损坏的应力。当膨胀缝留设位置不当或宽度不够时，会导致砌砖被挤压损坏或产生裂纹;当膨胀缝留得太大时，砌体会不严密，结构强度也被削弱。
鞍钢股份有限公司炼铁总厂高炉热风管道多采用传统膨胀缝留设方法砌筑，投入使用后，经常出现砌体串风、管皮温度升高甚至发红的现象。为解决此问题，对传统膨胀缝留设存在的问题进行了分析，并提出了合理的热风管道膨胀缝设置方法。
1、传统膨胀缝留设存在的问题
传统的膨胀缝留设方法，是按照线膨胀系数计算热风管道膨胀缝尺寸，主要由使用材料的性质和所承受的温度来决定。一般情况下，取加热面最高温度时的理论膨胀量的50%~100%作为基准。国内外资料显示，各类耐火砌体的线膨胀数值差不多。多数热风炉设计中工作层砌体膨胀缝值[1]见表1。
表1多数热风炉设计中工作层砌体膨胀缝值mm/m
热风管道工作层砖通常为重质高铝砖，即每米长热风管道工作层砖的膨胀缝值为7~8mm，传统膨胀缝依据此标准设计，应用于生产实践中，经常出现砌体串风、管皮温度升高甚至发红的现象，说明膨胀缝尺寸过大、不合理。只有综合考虑砌体的热膨胀性、重烧线变化及耐火泥浆产生的收缩等因素，才能使留设的膨胀缝尺寸更加合理，从而保证热风管道系统的稳定性。
2、轻质隔热砖膨胀缝设置方法分析
通常热风管道的砌体沿径向由内而外分别为重质高铝砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、耐火纤维毡和喷涂料。热风管道沿轴向砌筑的轻质高铝和轻质粘土砖的长度通常为230mm，所以，在10m长的热风管道上沿轴向砌筑的轻质砖之间产生的砖缝总长度，将比长度为300mm的重质高铝砖之间的砖缝总长度多43%。轻质耐火砖的重烧线变化指标见表2，可以看出轻质耐火砖的重烧线变化表现为收缩，由于轻质隔热砖的平均砖体温度不高，产生的膨胀相对小，靠轻质砖自身的重烧线变化和泥浆的收缩便可吸收其产生的膨胀，因此，沿热风管道轻质砖的轴向和径向的膨胀缝全部取消。同时，沿径向取消耐火纤维毡，防止管道砌体受热风压力沿径向产生位移，形成串风。
表2轻质耐火材料的重烧线变化指标
3、热风管道膨胀缝设置实际应用
2014年鞍钢股份有限公司炼铁总厂11号高炉大修时，热风炉管道重新进行了砌筑，工作层材质为高铝质，另敷两层隔热砖，分别是轻质高铝砖和轻质粘土砖。在实际砌筑过程中，高铝质的工作层沿轴向按每米4mm留设膨胀缝，轻质隔热砖在轴向和径向都不留设膨胀缝。2016年2月29日，在11号高炉生产正常，热风流量3790m3/min，热风压力350kPa，热风温度1195℃时进行了热风管道管皮表面温度测试，测试结果见表4。
表3 热风管道管皮表面温度测试结果 ℃
热风管道管皮温度设计范围为80~150℃。由表4可以看出，热风管道各部分的管皮温度都低于设计上限，有的甚至低于下限，说明热风管道膨胀缝设置合理，应用效果良好，达到了预期目的。
4、结语
传统高炉热风管道系统膨胀缝设置存在问题，膨胀缝留设过大、不合理。综合考虑砌体的热膨胀性和重烧线变化及耐火泥浆产生的收缩等因素，提出合理的热风管道系统膨胀缝设置方法，即热风管道工作层采用高铝重质砖砌筑时，膨胀缝沿轴向按每米4mm留设;热风管道的轻质隔热砖沿轴向和径向均不设膨胀缝，同时沿径向取消耐火纤维毡。此方法应用于生产实际中，效果良好，对生产实际中热风管道的砌筑具有指导意义。
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