高炉热风管道工作层耐火砖膨胀缝设置方法分析

高炉热风管道工作层耐火砖铺设施工过程中，传统的膨胀缝留设方法存在一定的问题，易引起填充墙串风、管皮温度升高乃至泛红的现象。膨胀缝的留设不仅要考虑耐火砖的热膨胀性，还要综合考虑耐火砖的重烧线变化、砌砖之间的耐火泥浆所带来的收缩等因素，以使膨胀缝尺寸的尺寸更合理。详细如下：

1、热膨胀性

耐火材料受热时体积膨胀，冷却后又恢复到原来体积，这类随气温变化而出现可逆体积变动的物理特性，称之为热膨胀性。热膨胀性不仅仅是极为重要的使用性质，也是工业炉窑和高温设备进行结构设计的重要参数，一直备受耐火材料使用人的高度重视。

基于耐火材料热膨胀性这一热学性能，在设计炉子填充墙或制订烘炉、运行制度时，主要考虑到它膨胀量，并以此作为填充墙中留设膨胀缝尺寸的重要依据之一。如不考虑到耐火材料的热膨胀性，在炉子砌筑后的烘炉阶段，会因填充墙受热膨胀而出现干裂乃至坍塌状况。热风输送管道工作层的轴向膨胀尺寸大小，依据耐火材料的线膨胀系数和管道内的热风温度来确定，一般可按住式计算出来：

F=αL(t-t0)(1)

式中，F为膨胀尺寸，mm;α为线膨胀系数，10-6℃-1;L为填充墙尺寸，mm;t为填充墙温，℃;t0为填充墙初始温度，℃。

在20~1200℃条件下，取高铝砖的平均线膨胀系数为6.5×10-6℃-1，则每米长热风管道的轴向膨胀宽度为F=6.5×10-6×1000×(1200-20)=7.67mm。由此，10m长的热风管道将产生7.67×10=76.7mm的膨胀。

2、重烧线变化

绝大多数的耐火制品在高温下长期使用时，体积可能产生不可逆的收缩或膨胀，这类重量的变化称之为残余收缩或膨胀，也称重烧收缩或膨胀。耐火填充墙过大的残余收缩会导致砌体砖缝增大，不利于填充墙的气密性、整体性、抗渣性和热稳定性，严重的话可能造成填充墙下沉以致倒塌;而过大的残余膨胀会造成填充墙内部应力分布不均，从而破坏原来的几何形状，乃至会使炉子倒塌。因此，无论是残余收缩或残余膨胀都会使填充墙寿命减少。

耐火材料在烧成过程中，期间的物理化学变化一般都未达到烧成温度下的平衡状态，当制品在长期使用过程中，受高温作用时，一些物理化学变化仍然会继续进行，结果使制品体积发生变化———收缩或膨胀。制品产生残余收缩的过程是制品继续致密的过程，由于在高温时产生液相，在表面张力的作用下，晶相重新分布，使颗粒互相靠紧，产生收缩，如镁质制品、高铝制品、粘土制品都会产生此种状况。残余膨胀是由于一些高密度反应物发生反应而形成低密度产物或高密度晶体结构向低密度晶体结构转化未全面进行所造成的，如果在石英为原料制作而成的硅砖烧成不全面时，因为鳞石英化和方石英化不足就会产生重烧膨胀。

耐火制品重烧变形量这是一项极为重要的经营性质，对辨别产品高温体积稳定性，充分保证填充墙的稳定，降低填充墙空隙，提高密封性和耐侵蚀性，防止填充墙总体结构的损害，都起着至关重要的作用。高铝制耐火保温材料重烧线转变指标见表1。

表1高铝制耐火保温材料重烧线转变指标

热风管身的工作层砖大多数为高铝材质，其重烧线转变在制造在实际应用中体现为收拢，取-0.2%，则每立方长短热风管身的重烧线转变为-0.2%×1000=-2mm，从而，10m长热风管道将在轴向造成-2×10=-20mm的收拢。

3、耐火泥浆

耐火泥是由粉状物料和结合剂组成的供调制成泥浆用的不定形耐火材料，主要用于砌筑耐火砖的接缝。耐火泥作为接缝材料，其质量优劣对填充墙的质量有相当大的影响，通过它可以调整耐火砖的尺寸误差和不规整的外形，以使填充墙工整和负荷均衡，并可使填充墙构成坚固和严密的整体，以抗外力的破坏和防止气体、熔融液的侵入。同时，耐火泥浆也用来消除膨胀产生的应力。有数据显示，在800℃条件下，构成炉窑内衬的单体砖抑制自由膨胀所产生的应力(计算值)均在100MPa以上，如此大的应力，如果造成在管道或炉墙内，会损害砌砖，发生管道或炉墙变型等事件。但生产实际操作中，砌砖中间都是有泥浆，并且这个应力被缓下来和或消除。从而，砌砖之间的耐火泥浆可以看作这是单块砖中间设定的一个个小膨胀缝。

筑炉时，耐火泥需添加约30%的水分调制成泥浆，以获得更好的性能指标。水份一部分被砖吸收，大部分仍留在泥浆中。在自己干燥和烘炉的影响下，泥浆中含有的水份将被蒸发掉，泥浆颗粒间隙中水份的减少，使颗粒互相欣赏而密集，发生收拢现象。在水分蒸发及应的作用下，会带来15%~20%的收拢。若选用长度300mm的单砖砌筑10m长热风管道工作层时，沿热风管道轴向会带来33个砖缝，每个砖缝按3mm计算，砖缝总长为：33×3=99mm，泥浆收拢按15%计，则造成99×15%≈15mm的收拢。总的来说，当热风管道工作层砖采用高铝材质砌筑时，10m长热风管道沿轴向留设定的膨胀缝应是：76.7-20-15=41.7mm，换句话说，每立方长短热风管道留设约4mm的膨胀缝即可，相较于传统每立方长短热风管路留设约4mm的膨胀缝就可以，相较于传统每米长短热风管道沿径向留设7~8mm的膨胀缝，缩短约一大半。