技术 | 水泥窑内耐火砖的砌筑规则和膨胀缝留设方案

按照砖缝的不同，水泥回转窑耐火砖的砌法分为环向和交错两种砌砖方式，如图1所示。

筒体用砖以环砌为好。环砌的优点是易砌筑、易拆除，但必须保证砖型和砖缝尺寸满足要求。如砖缝过大，易于发生窑衬的错位、变形，甚至抽签、掉砖等事故。如砖缝过小， 衬砖使用中将受过大热应力而提前损坏。交错砌法的主要缺点：一是砌筑和局部修复困难;二是对于尺寸和外形不够规整的砖，砌筑质量不好。目前，只有一些小型回转窑上维修周期很长的部位还使用这种方法。

干砌和湿砌

干砌指主要用钢板和锁砖砌筑回转窑用砖，只是不得以时才使用少量火泥砌砖。湿砌指主要用火泥砌砖，只是锁砖时才使用钢板。

一般情况下，碱性砖多使用干砌。特别是白云石砖因容易水化只能使用干砌。干砌的优点是砌筑速度快，但对砖形尺寸要求严，衬料整体性差，易于产生应力集中，挤伤砖块。所以，遇到窑体形状不规则处，或砖形尺寸误差产生的空隙，要设法用火泥填平。

一般情况下，铝硅质材料多用湿砌。因为热膨胀系数较低，比较容易发生抽签、掉砖。所以，需要用火泥粘接砖块，提高衬料的整体性。使用高强磷酸盐火泥砌筑是提高铝硅质耐火材料的整体性，防止抽签、掉砖的有效措施。

膨胀缝

1.砖的布置

升温以后，水泥回转窑的窑体、火砖都会膨胀。但是，钢板和火砖的热膨胀系数不同，火砖各部位的温度高低也不相同，这就产生了膨胀差。膨胀差可以产生空隙，致使砖块松动;也可以产生应力，致使砖块挤坏。如果砖块之间不挤泥紧，就会发生抽签、掉砖事故。如果砖块挤得太紧，挤压力超过了砖的强度，就会使窑衬破坏。所以，既要不抽签、不掉砖，又要不把砖挤坏，就要研究膨胀缝的留设问题。回转窑内，耐火砖的布置如图2所示。

由图2可知，膨胀缝的留设主要是解决不同耐火材料的径向缝和轴向缝的留设问题。

2.膨胀差异

金属材料和耐火材料的具有不同膨胀系数，耐火材料热端和冷端具有不同的温度。热膨胀量的计算式见式(1)，不同材料的热膨胀系数见表1。

从表1可知：从砖的冷端来看，黏土砖、高铝砖的热膨胀低于窑体;碱性砖的热膨胀和窑体相当。冷热端对比来看，大小头温差为1000°C时，碱性砖的相对膨胀高达1.2%，高铝砖的相对膨胀仅为0.75%。因此，黏土砖、高铝砖更容易发生抽签、掉砖事故;碱性砖的热端则更容易被挤坏。因此，为防止抽签、掉砖，黏土砖、高铝砖常用火泥砌筑。为防止热端被挤坏，碱性砖则常用干法砌筑。

式(1)是设计膨胀缝的依据。如果热态下，窑体外壳的膨胀是，衬体热端的膨胀是S热，冷端的膨胀是S冷，且Sa>S^膨胀缝的留设就要参考下式确定。

△S = S热—S壳                   (2)

式中 △S——窑衬热端相对窑体的膨胀差值。

对于碱性砖，大小头温差l000°C时，冷端的膨胀和窑体一致，热端对冷端发生1.2%的相对膨胀。所以，必须用膨胀缝进行补偿。对于高铝砖，大小头温差1000°C、小头升温200°C时，冷端对窑体发生0. 1%的收缩，热端发生0.7% 的膨胀。由于冷端发生收缩，砖和窑体之间出现空隙，热端相对膨胀只有0.6%，一旦耐火砖的热端受热后发生较大收缩，就有可能发生抽签、掉砖。所以，一般不在窑内铝硅质耐火砖衬中留设膨胀缝，还要砌紧窑衬。只在铝硅质整体性耐火材料中留设一定的膨胀缝。

3.曲率直径

根据回转窑用耐火砖的尺寸图所示几何条件，耐火砖的曲率直径D和途中所示耐火砖大头尺寸l2，耐火砖小头尺寸l1,耐火砖的高度h之前满足以下关系。

如用一种砖砌窑，当砖的曲率直径大于窑的曲率直径，砌窑后砖的小头就会处于挤压状态，大头就会处于放松状态。升温中，砖的小头受到强烈的挤压。使用中，小头损耗以后，如砖的剩余部分不能挤紧，就会发生抽签、掉砖事故。当砖的曲率直径小于窑的曲率直径时，砌窑后砖的大头处于挤紧状态，小头处于放 松状态。升温中，砖的小头预留有一定的空间，可以容纳热端的膨胀。使用后，砖的小头损耗以后，大头还能挤紧。从以上可知，理想的状态是大头挤紧，小头适度放松。但为防止“爬坡”，还需在砖的小头垫薄钢板条或涂抹火泥。

如果采用两种砖砌窑，稍多选一些曲率直径小的砖，稍少选一些曲率直径大的砖，在砖的小头垫钢板或涂抹火泥以留设膨胀缝，也可以实现“大头挤紧、小头留缝”。留缝后，务必打足钢板，以紧锁衬砖和防止掉砖。

4.膨胀缝的留设

干砌碱性砖时，径向缝设置为窑长的1%,即在每块长200mm砖的两端垫厚2mm的纸板;轴向缝设置为每块砖约0.1mm。为防止掉砖，5000t/d以上水泥窑也可以不设轴向缝。设置方法：制作厚度1mm、长宽较砖的大面略小的钢板，用量为砖块的1/10左右。受热后，钢板受压后变形，可吸收砖的热膨胀。但是，钢板氧化又会产生膨胀，固不宜多用钢板。

从以上可知，砖衬径向缝的补偿作用较强;但轴向缝的补偿作用很弱。所以，一些耐火材料企业研制了 “柔性”(弹性模量低的)碱性耐火材料，并取得了一定效果。

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