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顶燃式热风炉拱顶（燃烧室）耐材采用平砌结构的优势
发布时间：
2020-07-30
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高炉热风炉是炼铁厂高炉主要配套的设备之一，其作用是为高炉持续不断的提供高温热风。顶燃式热风炉作为目前应用最广泛的炉型，拱顶结构设计是顶燃式热风炉高温、长寿的关键，其设计的难点是要将陶瓷燃烧器和蓄热室结构结合为一体，同时热风炉拱顶（燃烧室）的耐火材料砌体材质和结构设计能承受1400℃以上的工况温度。
自卡卢金热风炉进入国内之后，拱顶（燃烧室）耐材砌体大部分采用斜砌结构，即砌体单砖砖缝垂直于燃烧室锥段延伸方向。此种砌体结构从砌筑施工、受力分析和使用效果等方面都存在着诸多缺陷与弊端。
郑州安耐克实业有限公司自2010年起，所设计的顶燃式热风炉拱顶（燃烧室）工作层耐材结构优化为平砌方式，同时为加强拱顶砌体的稳定性，对拱顶角度、砖型也进行了优化设计，单砖采用四面双排子母扣设计，并申请了燃烧室平砌结构实用新型专利（专利号：2015206539190），通过现场施工的实际反馈和近10年工程实践验证，该砌筑结构取得了良好的使用效果。
拱顶（燃烧室）耐材采用平砌和斜砌的区别可以归纳为下面几个方面：
（1）平砌砖型设计可靠，施工方式简单，作业效率高
由于斜砌单砖施工过程中存在下滑力影响，在拱顶砌筑中开始每5块砖需要用1个卡扣，随着往上砌筑拱顶的斜度增大，每2-3块砖需要一个卡扣，到最后拱顶喉口部位每块单砖需要采用卡扣辅助施工，等待合门泥浆形成强度后，再拆除卡扣。施工工序繁琐，施工难度大，施工进度缓慢。
（2）平砌施工泥浆饱满度更好
拱顶（燃烧室）单砖的凸台向下、凹槽朝上砌筑，凹凸槽结合部位泥浆饱满度好，更加牢固。而斜砌时单砖凹凸槽设计为凸台向上，凸台上泥浆受重力影响沿斜面滑移， 易造成凹凸槽泥浆不饱满，易造成燃烧室窜风。
（3）平砌时单砖受力更均衡
拱顶平砌和斜砌时耐材的受力分析如下：耐材的自身重力为G，FZ为耐材的支撑力，FN为拱顶耐材的压力，F为阻止其滑移的拉力，按照正交分解法计算其受力情况如下
平砌结构受力计算：F= FN*sinθ
斜砌结构受力计算：F=G*cosθ+FN
平砌结构受力分析
斜砌结构受力分析
根据上述公式得知，拱顶工作层耐材斜砌时单砖产生的下滑力更大，特别是热风出口开孔位于拱顶直段和锥段的变径处时，热风出口上半圆耐材位于锥段部位，应力较为集中，结构稳定性差。此种结构类似于外燃式热风炉的拱顶联络管，是薄弱易损部位，孔口局部耐材一旦变形塌陷，斜砌的拱顶工作层耐材更容易塌砖，加速拱顶工作层耐材的损坏。
（4）平砌结构使用效果更好
宝钢炼铁厂现有的4座4000m3以上高炉全部采用新日铁外燃式热风炉，使用平砌结构的锥段拱顶耐材在两代高炉炉役期30余年的工程验证，没有大修和更换，使用效果非常好。顶燃式热风炉和新日铁外燃式热风炉的锥段拱顶结构类似，已收录于《顶燃式热风炉用耐火材料技术规范》，是适用于顶燃式热风炉拱顶（燃烧室）结构的可靠技术。
新日铁外燃式热风炉拱顶采用平砌结构
安耐克锥柱复合式顶燃热风炉拱顶平砌结构
综上所述，顶燃式热风炉拱顶（燃烧室）工作层耐材采用平砌结构充分体现出了以下优势①降低现场施工难度，提高施工效率；②受力平衡，结构更加稳定，特别适合于热风炉拱顶高温区的砌体应用；③经过了长达30年的工程验证，是一种可靠的技术。
