1、回轉窯耐火材料分析摘要：耐火材料的性質直接影響到了回轉窯的生產能力以及生產質量，簡要介紹了耐火材料的作用，受損原因，提出了對耐火磚設計上的改進方法。關鍵字：耐火材料;耐火磚；膨脹系數；橫向剪切力1.前言 回轉窯時指旋轉煅燒窯，是對散狀物料進行加熱處理的熱工設備，問世已經超過了一百年。回轉窯廣泛用于有色冶金，黑色冶金，耐火材料，水泥，化工等行業。對回轉窯質量的影響因素很多，其中窯體內部的耐火材料對回轉窯有重要影響。 耐火材料是耐火度不低于1580的一類無機非金屬材料。耐火材料廣泛用冶金、化工、石油、機械制造、硅酸鹽、動力等工業領域，在冶金工業中用量最大，占總產量的50%60%。2正文一耐火材料的

2、作用 1.防止高溫火焰或氣流對窯體的直接損傷，保護胴體 2.防止有害物質對窯體的侵蝕 3.防止物料，氣流對窯體的腐蝕 4.降低窯體溫度，防止高溫時窯體被空氣中的氧氣腐蝕 5.具有蓄熱，保溫作用。二耐火材料的選用【1】： 1.耐高溫，能偶長期在800度以上的高溫環境運行 2.高強度 和良好的耐磨性。回轉窯內的耐火材料必須具有一定的機械強度，以承受高溫時膨脹應力以及回轉窯殼體變形所造成的應力。同時因爐料及煙氣對耐火材料的磨損，因而耐火料需具有較好的耐磨性。 3.良好的化學穩定性，以抵抗煙氣中的化學物質的侵蝕。 4.良好的熱穩定性，能夠承受焚燒狀態下的交變熱應力。在停爐、起爐以及旋轉運轉狀況不穩定的

3、情況下，窯內的溫度變化都比較大，不能有龜裂或是剝落的情況 5.受熱膨脹穩定性好，回轉窯殼體的熱膨脹系數雖然大于回轉窯耐火材料的膨脹系數，但殼體溫度一般都在150300度左右，而耐火材料承受的溫度一般都在800度以上，這樣可能會導致耐火材料比回轉窯殼體熱膨脹要打，而容易脫落。6.氣孔率要低，如果氣孔路高，煙氣會通過滲透進入耐火材料中，如實耐火料。三耐火材料受損分析德國耐火技術公司對使用后的鎂鉻磚進行大量實驗研究得出：機械應力（37%），熱應力（27%），化學侵蝕（36%）是三種最基本的損壞因素。熱應力對耐火材料的影響：熱應力是指當溫度變化時，物體由于外在約束的影響以及內部各部分之間的相互約束，使

4、其不能完全自由膨脹而產生的應力，是爐內耐火材料剝落的重要原因。機械應力對耐火材料影響：窯體在自重以及料重的作用力下產生變形。窯體的橢圓變形，導致內部的耐火磚之間互相擠壓，產生擠壓應力。化學腐蝕對耐火材料影響：堿性耐火材料含有氧化鎂、氧化鈣，當料渣為堿性（以二氧化硅，氧化鈣為主）對耐火料影響不大，當料渣為酸性時，料渣與耐火材料發生反應，使材料受損。四耐火磚膨脹性分析以及解決措施 回轉窯中的耐火磚兩平面由于溫度不同，導致膨脹程度不同，從而產生剪切應力。由于耐火材料有一定厚度（大約十厘米左右），溫度分布式從里至外依次降低，在此不考慮熱膨脹系數a隨溫度變化，認為a是定值。只考慮耐熱材料的橫向伸展，即認

5、為耐熱材料只在以為坐標中變化。 則有 伸展長度 l=l*a*tl:耐火材料橫向長度。建立數學模型：取爐窯的一截耐熱材料分析，如右圖所示。假設（1）長度l1=l2.即不考慮曲率半徑的影響。（2）耐火材料的導熱率為定值，忽略導熱率隨溫度的變化。（3）耐熱材料的熱膨脹系數為定值，忽略膨脹系數隨溫度的變化。如右圖所示： 公式 l=l*a*t t=k*h+ t0 k=(tm- t0 )/h得耐火材料的橫向形變l與厚度之間的關系如右圖所示.爐窯a處的伸展長度度明顯大于b處的伸展長度，從而導致耐火材料的變形，朝b方向彎曲。當伸展受限制時，會產生橫向的切應力，加速耐火材料的老化損壞。 對耐火材料進行如下改進：

6、改變耐火磚的制造工藝，用兩種膨脹系數不同的材料制作。以下是對耐火磚的數學分析。建立數學模型： 假設耐火材料為長方體（寬度為一個單位），厚度為h，上表面溫度為tm=k*h,下表面溫度為t0 =0k.耐火材料a與b的導熱系數相同。如右圖所示。材料a的長度為l1，材料b長度為l2.耐火磚 總長度 l= l1+l2.在h處材料a的變形長度為l1= l1*a1*t 材料b的變形長度為l2= l2*a2*t為了減少橫向剪切應力，使整個耐火磚的膨脹變形長度相同。x=h處變形量為l= l*a2* tm 任意x=h處:l=l1+l2.解得 l2=l* a1*h/( a2h+ a1h- a2h) l1=l- l* a1*h/( a2h+ a1h- a2h) 即：l1,l2 與h成線性關系。 耐火磚的下表面溫度為t0不為零k，所以對耐火磚而言： 當溫度為t0時，h=h* t0/tm。以上分析可得，用不同材料進行配比來制作耐火磚在理論上是可以達到減小橫向剪切力的。3.結語 回轉窯中的耐熱材料對其有重要影響，耐火材料的質量直接影響了回轉窯能否