摘要：烘干爐主要的作用是對(duì)一些帶有一定濕度或水分的物料進(jìn)行控溫蒸發(fā)脫水，常見(jiàn)的有糧食烘干爐、煤粉烘干爐、河沙烘干爐、污泥烘干爐等，主機(jī)設(shè)備有輥筒式爐體，爐體內(nèi)砌筑耐火材料、燃燒機(jī)、引風(fēng)機(jī)、收塵器、提升機(jī)等有這些設(shè)備組成。
青海某能源科技有限公司煤粉烘干爐，主要是對(duì)一些煤粉進(jìn)行高溫烘干其爐體內(nèi)工作溫度在1200℃左右，工作時(shí)間為白天停爐晚上開(kāi)爐，日夜間晝反復(fù)循環(huán)的頻繁啟停問(wèn)題對(duì)內(nèi)襯砌筑的耐火材料產(chǎn)生了較大的破壞性。從照片A上可以看出原砌筑的二級(jí)高鋁磚出現(xiàn)了不同程度的破壞，表面呈現(xiàn)出凹凸鋸齒面，砌筑磚縫增大已發(fā)生了結(jié)構(gòu)的疏松，照片B可以看出嚴(yán)重地方已出現(xiàn)塊狀的層剝現(xiàn)象，并且表面已經(jīng)結(jié)出一定厚度的渣皮。A/B照片都示出了內(nèi)襯原砌筑二級(jí)高鋁磚在頻繁啟停爐的工況環(huán)境下發(fā)生的損毀，其可以總結(jié)為①物理性破壞，在對(duì)于溫度頻繁變化的情況下，二級(jí)高鋁磚發(fā)生了不能抵抗急冷急熱的速變反應(yīng)而產(chǎn)生斷面、掉塊。②高溫下的化學(xué)侵蝕反應(yīng)，由于煤粉中含有大量的SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Tio2、SO2等不同的氧化物，在高溫下二級(jí)高鋁磚與熔融煤灰中的CaO和SiO2反應(yīng)生成C2AS—CAS2系低熔點(diǎn)硅酸鹽所以煤粉對(duì)高鋁磚的侵蝕滲透程度大，而留在高鋁磚表面上的灰渣少且分散，不同耐火材料抗煤灰侵蝕性不同，這主要取決于耐火材料的組成與結(jié)構(gòu)，其中，結(jié)構(gòu)的致密度尤其重要。煤灰對(duì)耐火材料的侵蝕其實(shí)就是煤灰與耐火材料中各礦物元素互相侵蝕與滲透的結(jié)果，在侵蝕過(guò)程中還伴隨著各種化學(xué)反應(yīng)來(lái)抑制或促進(jìn)侵蝕。煤灰對(duì)耐火磚的侵蝕作用由強(qiáng)到弱依次為：對(duì)高鋁磚的侵蝕最強(qiáng)，碳化硅和鎂鋁磚次之，剛玉磚受到的侵蝕作用最弱。
就青海某能源科技有限公司烘干爐高鋁磚損毀我們著重從抗熱震性方面來(lái)分析，耐火材料的熱震損毀主要是由于材料內(nèi)部使用時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則分布的熱應(yīng)力，分析熱應(yīng)力產(chǎn)生來(lái)源可以總結(jié)為：（1）耐火材料在加熱或者冷卻過(guò)程中其內(nèi)產(chǎn)生一定的溫度梯度導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)力或拉應(yīng)力：（2）耐火材料內(nèi)部組成與纖維結(jié)構(gòu)的不均勻性導(dǎo)致不規(guī)則的膨脹收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，耐火材料抗熱震的是對(duì)耐火材料抵抗在熱震過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)材料內(nèi)部損毀能力的評(píng)價(jià)。
一：耐火材料在熱震損毀過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展理論
耐火材料在熱震過(guò)程中的損毀主要是由于其內(nèi)部不規(guī)則分布的熱應(yīng)力導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展繼而產(chǎn)生的破壞作用。材料內(nèi)部的熱應(yīng)力損毀可以歸結(jié)為兩大類(lèi)：（1）瞬時(shí)斷裂，（2）熱震損傷，即在急冷急熱循環(huán)作用下，材料發(fā)生開(kāi)裂、剝落、破碎，最終整體損壞。對(duì)于陶瓷、玻璃等結(jié)構(gòu)和組成相對(duì)均勻的材料來(lái)說(shuō)裂紋產(chǎn)生即意味著材料的破壞，熱應(yīng)力在其內(nèi)部的破壞可認(rèn)為是瞬時(shí)斷裂。然而，耐火材料由于其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，熱應(yīng)力在其內(nèi)部引發(fā)的裂紋擴(kuò)展無(wú)法使材料達(dá)到瞬時(shí)斷裂，裂紋擴(kuò)展在耐火材料內(nèi)部的能耗主要發(fā)生在氣孔、物相相界、晶界等等位置的擴(kuò)展偏轉(zhuǎn)，即認(rèn)為是熱應(yīng)力損傷。耐火材料在熱震過(guò)程中不規(guī)則分布的熱應(yīng)力影響材料內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展方式和擴(kuò)展速度，繼而影響材料的性能與使用壽命。
二：提高耐火材料在熱震環(huán)境下的應(yīng)變能力
耐火材料以一種整體結(jié)構(gòu)用于爐襯，在高溫環(huán)境中使用時(shí)需承受頻繁的熱沖擊，其抗熱沖擊的能力直接影響其使用壽命。采取增韌增強(qiáng)的方法，設(shè)置裂紋擴(kuò)展過(guò)程中附加能量損耗機(jī)制或者增加裂紋擴(kuò)展勢(shì)壘，可以提高耐火材料斷裂能和斷裂韌性，從而改善材料的抗熱震性能。一般地改善途徑有熱膨脹系數(shù)失配、納米增韌、纖維晶須增強(qiáng)、原位生長(zhǎng)自增強(qiáng)增韌、相變?cè)鲰g等。隨著高溫裝置爐襯使用工況的日趨復(fù)雜和使用壽命的不斷提高，人們對(duì)高溫使用性能的要求越來(lái)越高。除了要求材料具備良好的耐火度外，更重要的是要求材料具備優(yōu)秀的高溫機(jī)械性能，尤其是良好的抗熱震性能。
由于抗熱震問(wèn)題的復(fù)雜性，對(duì)熱震損毀的物理本質(zhì)研究方面迄今仍未建立起較為完善的理論。一方面，影響耐火材料抗熱震性能的因素多種多樣，而在目前大部分測(cè)試均偏重于某一項(xiàng)主導(dǎo)因素的評(píng)價(jià)，缺少對(duì)其他因素的綜合評(píng)價(jià)；另一方面，目前多以添加第二相來(lái)改善斷裂韌度和高溫性能，缺乏材料組成自身熱物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征因素、實(shí)際工作環(huán)境等方面對(duì)熱震穩(wěn)定性能的認(rèn)識(shí)和系統(tǒng)的理論分析。
三：烘干爐內(nèi)襯耐火材料推薦
抗熱震耐火澆注料作為抗熱震型耐火澆注料里的一種，即有較低的使用成本又有中溫強(qiáng)度下的熱震性能，材料選用的耐火骨料和粉料分別用三級(jí)和一級(jí)礬土熟料制成。為了提高基質(zhì)性能，摻加了電熔棕剛玉粉，并摻加了活性SiO2超微粉和外加劑。用CA-70水泥作促凝劑：同時(shí)摻加超微粉和復(fù)合外加劑，澆注料中加入一定量鋼纖維可提高抗應(yīng)力一應(yīng)變能力，提高韌性、熱震穩(wěn)定性、抗開(kāi)裂及抗剝落性。減小養(yǎng)護(hù)、干燥后及熱處理后的收縮，延長(zhǎng)了澆注料的使用壽命。
抗熱震耐火澆注料中加入直徑Φ0.6mm，長(zhǎng)30~40mm的耐熱鋼纖維1.5%。中溫強(qiáng)度明顯提高，在1000℃加熱3h后，其耐壓強(qiáng)度比未加鋼纖維的試樣提高67.7%，抗折強(qiáng)度提高22.7%。由于澆注料在低溫和高溫時(shí)以水硬產(chǎn)物及陶瓷結(jié)合取得強(qiáng)度，在中溫時(shí)由于水化產(chǎn)物脫水已失去強(qiáng)度，而陶瓷結(jié)合此時(shí)還未形成，因此加入鋼纖維來(lái)提高中溫強(qiáng)度是非常必要的。澆注料燒后線(xiàn)變化率測(cè)定結(jié)果表明，澆注料中加入鋼纖維減少了其加熱后的殘余收縮。對(duì)澆注料進(jìn)行熱震試驗(yàn)，經(jīng)31次循環(huán)后剝落僅為原試樣長(zhǎng)度的0.87%~2.60%。
抗熱震耐火澆注料的性能是優(yōu)良的，特別是在中低溫時(shí)，強(qiáng)度增加顯著，高溫時(shí)則有所增加，可能是耐火澆注料本身的特性 應(yīng)當(dāng)指出，抗熱震耐火澆注料在中低溫下檢驗(yàn)的性能，如抗熱震性和抗機(jī)械沖擊性等，均比未摻加鋼纖維的有明顯提高。但是，1400℃高溫抗折強(qiáng)度和抗渣性等，鋼纖維耐火澆注料則不如未加鋼纖維的耐火澆注料。
四：總結(jié)
烘干爐作為資源深加工的重要設(shè)備，面對(duì)嚴(yán)苛的工作環(huán)境，耐火材料應(yīng)具備有一定的抵抗能力，其具有一定的抗熱震性是很有必要的。但并非損毀完全是由熱震原因造成的，其化學(xué)侵蝕也不能忽視。此次就烘干爐耐火材料熱震性做簡(jiǎn)要分析如有不對(duì)望及時(shí)提出。