炭素焙烧炉横墙开裂的原因与对策

炭素焙烧炉横墙开裂的原因与对策

Summary：化工产业中常常使用焙烧炉作为物料加工处理工具，从而为后续冶炼环节作准备。其中，炭素焙烧炉是化工产业中常见的一类焙烧装置，其中的横墙部分能够将上下游炉室的火道墙连接起来，使其保持稳定，并成为焙烧炉料箱的组织部分之一，进而保障炭素焙烧炉的正常运行。但炭素焙烧炉在运行期间，其横墙部分常常会出现开裂问题，给冶炼焙烧过程带来不利影响。为此，本文将对炭素焙烧炉引发横墙开裂的常见原因进行分析，并探讨相应的解决对策，以供参考。Keys：炭素焙烧炉；横墙开裂；原因；对策引言：随着化工冶金行业的发展进步，炭素焙烧炉作为对物料进行加工处理以为后续冶炼环节做准备的重要装置，其应用范围逐渐扩大，在化工冶炼过程中发挥着重要作用。其中，炭素焙烧炉的横墙组成部分能够将火道墙连接起来，构建完整料箱，保持焙烧炉运行稳定，但在实际运行过程中会受到各类因素的干扰而发生开裂问题，从而给焙烧炉运行效率与质量安全带来了不利影响，增加了焙烧炉的维护管理成本。为此，需要对横墙开裂原因进行深入分析，探索有效的防治与整修策略，下面将对此展开介绍。一、炭素焙烧炉横墙开裂的主要原因（一）热工流程中的热胀冷缩因素炭素焙烧炉在对物料进行热加工处理时通常会经过预热、加热、焙烧与冷却四个基本步骤，期间焙烧炉内部的温度会逐渐升高至目标参数值，并在该数值上维持一段时间的稳定。随后再逐渐下降，在不同热工阶段，横墙所产生的热胀冷缩反应也不尽相同。处于升温阶段时，与上下游炉室的火道墙相连接的横墙区域会首先升温，随后热量逐渐传导至料箱内部的横墙区域，其升温速度相对滞后，这会导致连接火道墙的横墙区域在受热后向两侧膨胀，再加上横墙内部与火道墙连接的多个区域也会产生不同方向的受热膨胀现象，最终会使横墙在热应力作用下发生开裂。处于恒温与降温阶段时，从鼓风架进入的冷空气会使与火道墙相连接的横墙区域快速散热，而料箱内部的横墙区域则因含有热晗较大的物料且密封性相对较高，其散热速度要显著低于其他横墙区域，不同横墙段产生的温差会产生一定方向的冷缩应力，从而引发横墙开裂[1]。（二）火道墙变形因素在炭素焙烧炉运行阶段，其内部的各项热工处理环节会对火道墙产生一定影响，导致其内部产生不同方向的热应力，从而使火道墙向着不同方向产生弯曲变形，而由于横墙与火道墙相连接，火道墙内部产生的热应力作用与外部变形会对横墙施加一定大小的力，进而引发火道墙开裂。需要注意的是，现阶段很多炭素焙烧炉常常会使用高温胶泥进行火道墙砌筑，这会提升火道墙的抗弯能力，导致焙烧炉内部因热工处理而产生的热应力更多分布在横墙上，再加上降温阶段料箱内部填装有大量物料，导致火道墙无法顺利收缩，横墙区域的回缩也随之受阻，进一步增加了横墙的开裂几率。（三）横墙砖缝互锁设计因素为提升炭素焙烧炉的运行安全，很多焙烧炉多回缩会用不同设计模式来对横墙砖缝进行处理，但还有部分焙烧炉的横墙没有在砖缝区域设置互锁结构，当横墙在焙烧炉热工处理过程中受到热应力作用时，其墙砖就会更容易发生相互滑动，从而导致横墙开裂[2]。（四）耐火材料质量因素炭素焙烧炉的横墙部分在砌筑过程中需要使用由一定耐火材料制成的墙砖和胶结物质，以提高横墙的运行稳定性。但现阶段行业内部缺乏明确的横墙耐火材料性能标准体系，国内对耐火材料的研制也相对落后，导致很多焙烧炉制造商往往会采用性能表现较差的耐火材料来进行横墙砌筑作业，这些耐火材料制成的墙砖与胶结物质往往会在焙烧炉长期热工循环流程中遭到高低温来回变化的冲击，难以维持原有性能状态，进而出现松动、破损等问题，从而引发横墙开裂。（五）鼓风口位置因素通常情况下，大部分焙烧炉的鼓风口通常会设置在第一火井孔位置，但还有很多焙烧炉会将鼓风口设置在横墙区域。当鼓风口在横墙区域时，焙烧炉的密封系数会提高，不会出现大量漏风的现象，在热工降温阶段横墙各区域的散热速度也会相对均匀，不会产生过于明显的差异，能够有效降低焙烧炉开裂风险。但其他形式的鼓风口位置设置则可能降低焙烧炉的密封系数，导致横墙各区域散热不均匀，产生较为明显的内部热应力，引发横墙开裂风险。二、炭素焙烧炉横墙开裂的具体对策（一）科学设计焙烧炉横墙结构在设计焙烧炉结构时，为提高横墙结构的稳定性，减少开裂滑动几率，就需要在横墙砖之间增设井字形子母口互锁装置，让横墙邻近的墙砖之间紧密相连，以便在热工处理期间横墙受到热应力作用时，各个横墙砖能够在伸缩缝区域内发生膨胀变形，让热应力分布更均匀，避免横墙内部产生的膨胀位移全部集中在同一区域而引发应力集中，导致横墙开裂。其次，设计人员还可以设计尺寸更大的子母口互锁装置，并使横墙砖厚度进一步增加，让横墙砖具备足够的强度来抵抗热应力，并巩固各个横墙砖之间的相连紧密程度。再者，设计人员需要在火道墙与横墙连接区域预留尺寸足够的伸缩缝，可以将其尺寸设置为1~2cm，并在伸缩缝内部填充柔性材料，能够有效降低热工处理阶段横墙产生的热应力，也可以将尺寸设置为5~6cm，从而在其中填充更多的陶瓷纤维毯，防止火道墙对横墙的导热速度产生干扰[3]。此外，设计人员可以在焙烧炉横墙区域安设过渡砖来进行防风处理，防止鼓风口处流入的冷空气直接作用于横墙而加快其散热速度，引发过大温差，产生过大热应力。（二）合理选择横墙砌筑耐火材料在选择横墙砖材料时，需要着重关注其线膨胀率参数情况，选择线膨胀率尽可能低的横墙砖材料，提高横墙砖性能指标，避免横墙砖在热工处理阶段出现较大的热胀冷缩变形量，引发横墙开裂。在选择胶结材料时，需要选择耐火性表现优秀的高强度胶泥进行横墙砌筑，确保胶结材料粘接强度足够高，提升横墙的稳定性，降低开裂几率。（三）优化调整焙烧炉热工流程炭素焙烧炉热工流程机制的设置会对横墙开裂问题的发生率产生重要影响，为此，设计人员需要对其热工流程进行优化改革，排除原本统一化的升温曲线模式，让升温曲线呈现出差异化的特点，并改变焙烧炉内部的温度分布格局，使其两端处于温度相对较高的状态，中间区域则保持温度相对较低的状态，避免出现过于突兀的温度曲线变化，维持料箱内部物料的恒温状态，以便降低横墙开裂的风险。（四）合理规划焙烧炉维护方案在对焙烧炉横墙进行维护时，可以选择陶瓷纤维毯等耐高温且具备柔性特点的材料，并使用耐火胶泥进行密封粘结处理，确保预留的伸缩缝有一定弹性，以便对横墙砖受热应力作用而产生的膨胀进行一定程度的缓冲。其次，还需要对火道墙弯曲程度进行实时监测，倘若火道墙弯曲度超出3cm，则需及时校直处理，避免横墙结构承受过多外力作用[4]。此外，设计人员可以尝试在横墙与料箱连接区域设置一定的隔热装置，以减小横墙不同区域之间产生的温差，避免出现开裂问题。三、结束语据上文分析，横墙作为炭素焙烧炉中发挥着重要作用的组织部分，其开裂的问题往往由多种因素导致，炭素焙烧炉在不同热工阶段会因差异化的热胀冷缩表现而导致横墙开裂，火道墙发生变形或横墙砖缝没有设置互锁也会增加横墙开裂几率，再加上筑炉材料选择与鼓风口位置规划不合理，会进一步给横墙开裂增加不确定因素。要想有效的避免这一问题，就需要对炭素焙烧炉横墙的墙砖、伸缩缝等部位进行优化设计，重新选择品质更优的耐火材料进行横墙砌筑，并合理的设置热工流程制度，以降低横墙开裂的概率，延长炭素焙烧炉的使用寿命。Reference：[1]李军,许秀芹,李方义.炭素焙烧炉横墙开裂原因与对策[J].轻金属,2022(08):41-44.[2]赵振