熱風爐耐火材料砌體長期在高溫下工作，加上溫度周期性波動，耐火磚砌體產生不均勻膨脹，內部出現熱應力。如果熱應力過大，則可能破壞耐火磚砌體。隨著高風溫熱風爐技術的發(fā)展，熱風爐耐火材料的砌筑技術受到重視，在提高筑爐質量方面，主要有如下一些改進：

1）對工作條件不同的砌體采用獨立結構，以便在膨脹時不互相影響；

2）砌體幾何形狀不同的區(qū)域采用獨立的結構，獨立的支承。如拱頂，蓄熱室上部圓錐體的荷重直接由爐殼承受，以免爐墻不均勻膨脹而使拱頂或圓錐部分變形；

3）縮小高溫區(qū)砌體的尺寸，例如，馬琴式或新日鐵式熱風爐縮小拱頂半徑，以增大耐火磚厚與拱頂半徑之比，提高了拱頂的穩(wěn)定性；

4）條件惡劣的部位采用帶鎖鍵的磚砌筑，管道出口處采用帶鎖口曲線的異型耐火磚砌筑，以提高砌體的穩(wěn)定性和整體性；

5）正確處理砌體的膨脹縫，減少砌體的內應力；

6）增加高溫區(qū)隔熱層厚度，以減少熱損失；

7）爐殼內噴涂不定形耐火材料，防止爐殼過熱。

在進行砌筑設時，要充分考慮砌體受外力作用產生的應力，以及受溫度作用產生的熱應力。為此對受力復雜的砌體應采用異型耐火磚砌筑，在適當的部位應預留膨脹縫。

1．砌體強度計算熱風爐耐火砌體有三種結構，即砌體本身不用任何支承物的獨立結構，管道和開孔部位的拱形結構，以及拱頂的穹體結構。整個砌體屬于離散型的磚石結構。因此，砌體穩(wěn)定的必要條件為：

1）不沿砌體的接觸面滑動。作用于獨立砌體的力可以分解水平方向及垂直方向上的分力。當水平分力小于垂直分力乘摩擦系數時，砌體就不能沿接觸面滑動。但是，應當指出，泥漿未燒結前，摩擦力是不大的。

2）砌體受側向推力時不致發(fā)生傾倒。

3）最大壓縮應力不超過耐火磚的許用應力。一般在耐火磚砌體的強度計算中，期待耐火材料抗拉是有困難的，只能考慮用壓縮強度來克服外力。故必須應用材料力學的方法找出計算斷面上的中性線，用受壓部分面積的斷面矩求出各點的應力。

拱形結構的穩(wěn)定性取決于拱的形狀，砌筑材料的重量、強度和高溫下的性能，以及拱的支承結構和強度。由于下述原因，精確計算拱所產生的應力是困難的:

1）在常溫下難以求出推力線的正確位置；

2）在高溫下推力線隨溫度變化而改變；

3）由于砌筑技術不同，拱的壓力中心發(fā)生位移；

4）支承拱形的結構會產生位移。

在常溫狀態(tài)如果假定構成拱的耐火磚的接觸面是完全貼緊的，拱的耐火磚厚度的中心連線與推力線相一致，則可以應用一般橋涵或殼體的強度計算方法來進行拱的強度計算。

在受熱狀態(tài)下，拱存在著內外溫差作用，一般外側的熱膨脹比內側小，拱外側的耐火磚受拉力，會相互分離，從而使荷重集中到內側。因此，可以想象到在受熱狀態(tài)下的應力會比常溫狀態(tài)的計算值明顯增加。拱本身也發(fā)生變形，如拱頂下沉，跨度中部的磚縫在外側開裂，拱內的推力線移向耐火磚的下端。對這種情況要進行完全的補償是困難的。磚承受應力的面積極小，所以局部受到極大的壓力。但是，實際上耐火磚具有彈性和可塑性，磚縫的灰漿起緩沖作用，壓力有所緩和。在熱狀態(tài)下，拱內的應力還與耐火磚接觸面的平滑程度、熱態(tài)塑性、膨脹特性等因素有關。為了簡化計算又確保最大應力不超過耐火磚的許用應力，實際求解時作了一些必要的假定。對拱內部的溫度分布及應力分布采用有限單元法進行計算，計算只考慮拱在受熱或冷卻時，砌體中的非穩(wěn)定態(tài)熱傳導產生的溫度梯度和溫度分布，以及耐火磚的熱膨脹和應力的分布。對溫度周期性變化的熱風爐拱頂，連絡管及熱風出口等重要部位也采用相似的方法進行砌體的設計計算。

2。耐火磚的形狀和尺寸

耐火磚的形狀和尺寸直接影響其制造成本和砌體施工費用，對熱風爐的壽命也有較大的影響。正確地設計磚型及其尺寸是十分重要的，必須引起足夠的重視。在沒有特殊要求的部位，應盡量選用標準磚或標準異型耐火磚，以降低工程的造價。但在必要時，應采用異型耐火磚。設計異型耐火磚時應考慮以下幾點：

1）盡量滿足工藝要求砌體的外形尺寸，及其特殊性能；

2）提高砌體的整體性，充分發(fā)揮耐火材料的特性；

3）提高砌體的氣密性；

4）采用合理結構，減少或消除砌體內部的應力和熱應力；

5）在異形組合磚與標準耐火磚過渡的地方不允許出現超過規(guī)定的磚縫厚度，更不允許出現三角縫；

6）盡量避免耐火磚厚度的急劇變化和出現銳角，以減少在運輸和施工時磚的損壞，減少高溫下磚的內應力；

7）異型耐火磚的形狀不宜太復雜，其主要尺寸應為標準磚的整數倍；

8）應考慮耐火磚的制造工藝。

砌體外形相同時，改進耐火磚形或砌筑方法能夠提高砌體的強度及其穩(wěn)定性。過去僅著重研究單塊磚的材質，近年來，深感應從筑爐構造體的角度研究砌筑材料的必要性，以提高砌體的整體強度

3．砌體膨脹縫的處理

眾所周知，砌體內溫度的波動及溫度梯度是砌體內產生熱應力的原因。在熱應力的作用下磚發(fā)生龜裂和剝落。耐火磚砌體的熱膨脹受到限制時，應力與自由膨脹量和彈性模量的乘積成正比。

膨脹縫可每隔3—5m設置一個，個別情況下，可設置得更密些。膨脹縫的設置方法根據砌體構造的不同而異，但必須防止由于膨脹縫泄漏高溫氣體而燒壞爐殼。爐墻和拱頂的膨脹縫可沿半徑方向設在耐火磚與隔熱磚之間。管道沿長度方向設膨脹縫，可采用通縫或錯縫的砌筑方法。管道內襯較薄，在膨脹縫處的隔熱耐火磚可用耐火磚代替。

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