扇形异形耐火砖的设计原则是什么?

2021-05-12 16:34:33 sunfei 53

      我们都知道,回转窑的炉膛不是方形的,一般是弧形的,所以其炉衬用的耐火砖一般是扇形异形耐火砖。回转窑一般是不间断的24小时工作,所以对炉衬扇形异形耐火砖的尺寸要求比较严格,那么,扇形异形耐火砖的设计原则是什么?

 

      对于扇形砖的定义,国际标准、日本标准、英国标准和法国标准都作了类似的几何学说明。其中英国和法国标准将扇形砖表述为两大面为面积相等扇形、两侧面为面积不等同心弧形和两端面为面积相等矩形的异形砖,称作大面扇形砖;两侧面为面积相等扇形、两大面为面积不等同心弧形和两端面为面积相等矩形的异形砖称作侧面扇形砖,总之,国外将大或较大扇形砖面的异形砖称作扇形砖,而将小扇形砖面的竖宽扇形砖、竖厚扇形砖和侧厚扇形砖统称为辐射形砖。这和我国从广义讲将辐射形砌砖所用楔形砖统称为辐射形砖,有根本区别。

 

      按我国标准,首先将扇形砖面定义为同心圆环砖面分割成若干部分的每个部分,再定义扇形砖:有两个大面,侧面或端面为扇形砖面的楔形砖。在我国将扇形砖看作有扇形砖面(或扇形砖面代替梯形砖面)或大小端为对称同心圆弧形的楔形砖。因此,楔形砖的命名法完全适用于扇形砖。例如,国外称之为大面扇形砖,在我国对应于侧长楔形砖而称作侧长扇形砖,定义为大小端距离A设计在宽度上、大小端尺寸C/D设计在长度上的扇形砖或大面为扇形砖面的侧长楔形砖。

 

      国外称之为侧面扇形砖,在我国对应于薄长楔形砖而称作薄长扇形砖,定义为大小端距离;A设计在厚度上、大小端尺寸C/D设计在长度上的扇形砖或侧面为扇形砖面的薄长楔形砖,见图2和图3。至此,不仅楔形砖的命名法,甚至楔形砖尺寸名称、尺寸符号和尺寸特征也完全适用于扇形砖。日本标准所指回转窑用扇形砖为侧长扇形砖。小扇形砖面的竖宽扇形砖、竖厚扇形砖和侧厚扇形砖很少用于回转窑筒体砖衬;薄长扇形砖由于作为筒衬厚度的大小端距离A太小,也不适用于回转窑筒体,这里都不讨论了。

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      侧长扇形砖在回转窑筒体砖衬环形砌砖内为什么能作为早期首选砖形呢?以前在炼钢转炉炉衬砌砖用砖形状尺寸设计中,曾以砖的大小端尺寸差C-D(称为楔差△C)对大小端距离A之比(单位楔盖或简称大小端差距比)△C'=(C-D)/A作为转炉楔形砖的特殊尺寸特征,比较或选择转炉用侧砌竖厚楔形砖或平砌竖宽楔形砖。楔差△C=C-D并不能完令反映回转窑用耐火砖在砖环使用中安全性的可比指标,只有楔差△C对大小端距离A之比的单位楔差△C'才能较真实反映它在使用中的安全性。首先用单位楔差及其变换式比较侧长扇形砖与厚楔形砖在回转窑筒体砖衬使用中的优劣变换△C'=(C-D)/A,则:

 

      此时式中C-D等于砖环辐射缝(环形砌砖和拱形砌砖中半径线方向的砌缝)厚度(例如2mm)时,则回转窑用耐火砖可能抽沉、断落或残砖脱落的计算长度A'=2/△C'。例如尺寸规格200mm×(250mm/222mm)×100mm、外直径Do=3600mm的侧长扇形砖RS-10-8-36与尺寸规格200mm×(89mm/79mm)×230mm、外直径极相近Do=3640.0mm的侧厚楔形砖RA-8a-3比较,由于侧长扇形砖RS-10-8-36的单位楔差(△C'=0.140)比侧厚楔形砖RA-8a-3的单位楔差(△C'=0.050)大得多,侧长扇形砖RS-10-8-36可能抽沉、断落或残砖脱落的计算长度(A'=2/0.140=14.3mm)比侧厚楔形砖RA-8a-3(A'=2/0.050=40.0mm)明显减短,使用安全性更大和使用寿命肯定更长。这是侧长扇形砖(和侧长楔形砖)独具的优点,是厚楔形砖无法比拟的优点。其次,侧长楔形砖的大端尺寸侧面为平直的砖面,与圆弧形筒壳或永久衬表面接触时形成超过规范定的三角缝(例如大端尺寸为250mm、外直径Do=3600mm的侧长楔形砖,三角缝的最大尺寸可达5mm)。采用侧长扇形砖代替侧长楔形砖后,由于采用侧砌(两同心弧形侧面置于拱架或接触筒壳时),侧长扇形砖大端侧断为与筒壳同心的圆弧面,能与筒壳或永久衬表面严密紧靠,并旦不会形成超过规范规定(2~3mm)的三角缝,真正实现了筒体砌砖与筒壳的同心。第三,作为筒体工作砖衬厚度的大小端距离由于侧长扇形砖的对称同心弧形大小侧面,从砌筑施工完毕就能保持设计的筒体砖衬有效厚度,而且筒体砖衬工作内表面为光滑的圆弧形表面。

 

侧长扇形砖在制造、在回转窑筒体砖衬砌筑和使用中,也存在不少缺点。

 

      首先,用于回转窑筒体砖衬初期的黏土质和高铝质侧长扇形砖,各砖号间尺寸接近,难以区分和很难管理。日本早期标准的侧长扇形砖、以美国回转窑用耐火砖标准尺寸9in×6in×4in(1in=25.4mm)为基准,砖的大端尺寸C=225mm,大小端距离A=150mm和B=100mm。这一组5个砖号(RS-9-6-31.5〜RS-9-6-39)都采用等大端尺寸C=225mm、A=150mm和B=100mm的相同尺寸。不同砖号的外直径Do=2CA/(C-D)仅随砖的小端尺寸D而改变。从表1看到,小端尺寸D改变1mm(最多2mm)时其外直径改变150〜300mm。这一组5个砖号的侧长扇形砖之间,仅小端尺寸相差1mm(或最多2mm),相邻砖号如何识别、区分和管理。

 

      其次,增加了砖号数量后仍不够用日本在1955年对水泥回转窑用扇形砖使用状况调查结果反映了各厂对扇形砖大端尺寸单一的看法,普遍认为没有理由仅限制在一种大端尺寸(C=225mm)上。为砌筑操作方便希望大端尺寸扩大到190〜330mm范围,具体要求分为220mm、225mm、250mm和275mm四组大端尺寸。但是作为标准化管理部门不希望砖号增加太多,在JISR2013—1983修订方案中大端尺寸C仅追加250mm,砖号就增多14个,但仍不能满足用户需要表1所列扇形砖仅适用于外直径5400mm以下回转窑筒体砖衬,若再设计增大外直径用扇形砖,砖号数量将翻倍。

 

      第三,侧长扇形砖大小端尺寸C/D大的特点,造成砖环砌筑中锁砖操作的困难,有时还要加工砖。第四,受砖单重和制砖条件限制,侧长扇形砖的厚度(砖环宽度)B=100mm,影响砖环稳定性和增加了筒体砖环数量。第五,回转窑筒体高温带碱性砖衬的出现,碱性侧长扇形砖不仅制造上比厚楔形砖困难,受热膨胀作用和留设膨胀缝都不理想,引起使用效果不好。最后,随着问转窑筒体直径的增大和砖衬碱性砖应用比例的增大,碱性厚楔形砖的使用效果越来越好和应用比例越来越大,最终完全淘汰了侧长扇形砖。