錨釘設計、安裝使用注意事項

世界水泥（W.C）2013年第11期刊登了兩篇有關預分解窯系統(tǒng)耐火澆注料所配制的錨釘設計、安裝、使用的情況，供參考。

圖1　燃燒器耐火澆注料模型

1　燃燒器耐火澆注料配制錨釘型式

預分解窯燃燒器前端耐火澆注料襯體承受高達1800～2000℃的火焰溫度和1400℃以上的熟料高溫熱輻射，1000℃以上的含塵二次空氣的對流及傳導傳熱，還有易堆積和懸掛粉塵熟料（俗稱“雪人”）的高溫熟料熔融體以及不同程度的熱化學應力、熱機械應力的侵蝕，是燒成系統(tǒng)內(nèi)所有裝備襯體承受應力最為苛刻的部位，也是使用壽命最短的襯體。

近年來，隨著燒成系統(tǒng)熱耗進一步降低，以及燃料品種的貧化，燃燒器的沖量要求越來越大，火焰形狀縮短，溫度越來越高，出現(xiàn)的飛砂料、“雪人”現(xiàn)象越來越多，化學、機械應力越來越大。燃燒器前端襯體的使用壽命成為全球共同面臨的難題。

圖2　計算機模擬的不同型式錨釘

耐火澆注料襯體是由錨釘和耐火澆注料組成的。錨釘使用的好壞直接影響襯體的壽命，目前市場上使用的錨釘?shù)男螤钶^多，對其所承受的熱機械應力國內(nèi)外少有研究，為此，北京通達耐火技術公司和武漢科技大學合作，通過計算機模擬，采用Hypermesh有限元分析軟件，對市場上最常見的U型、Y型和波型錨釘進行熱應力分析，結(jié)果如下：

表1　常溫下HTTMAX耐火澆注料物理性能（110℃×24h）

1.1計算機模擬基礎條件

燃燒器耐火澆注料襯體計算機的模擬模型見圖1，不同型式錨釘見圖2，所使用的耐火澆注料錨釘鋼材的物理性能參數(shù)見表1、表2、表3，燃燒器工況見表4。

1.2溫度領域分析（略）

1.3溫度和熱應力分析結(jié)論

表2　常溫下HTTMAX耐火澆注料導熱率（110℃×24h），W/m·K

表3　耐熱鋼不同溫度下的物理性能參數(shù)

表4　燃燒器的初始和邊界溫度分析

表5　不同型式錨釘所承受的溫度和熱應力

燃燒器耐火澆注料錨釘溫度和熱應力通過模擬計算的結(jié)果如下：三種不同型式溫度和熱應力分析結(jié)果見表5，溫度場見圖4，熱應力場見圖5。

U型和波型錨釘具有較為均勻的溫度分布，而三種型式錨釘?shù)哪突饾沧⒘虾腿紵鞴艿罍囟炔顒e不大，因此，不同型式錨釘對燃燒器管道溫度影響不大。

不同型式的錨釘所承受的熱應力是不一致的，U型錨釘所承受的最大應力為

1530MPa，Y型為2080MPa，而波型為道2380MPa。計算所示U型錨釘所承受的應力料最低。

圖4　不同型式錨釘溫度場

表5所示，錨釘所承受的應力均大于耐火澆注料和燃燒器管道，這意味著，燃燒器熱端耐火澆注料內(nèi)錨釘易受熱應力損壞，從而造成耐火澆注料的損壞，因此在選用錨釘時，應注意錨釘型式。

圖5　不同型式錨釘熱應力場

表6　金屬錨釘最大操作溫度

2　錨釘?shù)暮侠磉x擇和使用

南非Dickinson集團從事設計、制造、安裝

耐火澆注料錨釘近30年，有關經(jīng)驗簡介如下：

（1）必須完整地考慮耐火澆注料及其配用錨釘，錨釘不僅需要選擇合適的尺寸和型式，而且需要選用合適的高性能材料，不同工況溫度選用的耐熱鋼品種見表6。

（2）錨釘距耐火澆注料熱面最小間距為25mm，錨釘最高使用溫度應低于耐火澆注料熱面溫度150～350℃?？紤]到耐火澆注料使用后的磨蝕，錨釘溫度相應增高。在選用錨釘?shù)臏囟葧r，以耐火澆注料熱面工況溫度為宜。

表7　不同厚度澆注料襯體錨釘數(shù)量表

（3）錨釘在使用時，應考慮其熱膨脹，設置塑料頂蓋僅解決錨釘?shù)目v向膨脹，而橫向膨脹必須在錨釘上涂以瀝青或清漆。這些有機物在高溫下焚燒，留下空間供錨釘熱膨脹用。

（4）常用的Y型錨釘，縱向長度一致有利于制造，但Y型頂部尺寸相同造成的剪切應力平面易損壞熱面耐火澆注料，縮短使用壽命。若將Y型錨釘縱向一邊縮短10mm，則有利于減緩剪切應力平面（圖6）對耐火澆注料襯體的損壞。

（5）耐火澆注料襯體內(nèi)設計錨釘設置時，考慮到錨釘要支撐耐火澆注料，必須預留施工空間。不同厚度襯體內(nèi)錨釘距離及每平方米數(shù)量見表7。V型U型錨釘?shù)目v向不宜設置在一條直線上，若空間合適，作90°設置，以減緩剪切應力。

圖6　不等縱向Y型錨釘

（6）回轉(zhuǎn)窯內(nèi)錨釘焊接在窯筒體上，隨窯筒體回轉(zhuǎn)而拉動耐火澆注料砌體，易使襯體受力損壞。為此設計了活動錨釘，也就是將固定塊焊接在窯筒體上，錨釘穿過固定塊上孔洞，在運行中可以活動，減少應力?；顒渝^釘也用于高溫澆注料襯體，減少高溫下金屬筒體變形對錨釘?shù)挠绊憽?/p>

（7）窯料和窯氣中所含的堿、硫、氯化合物易對金屬錨釘造成腐蝕，宜使用陶瓷錨固件。

陳友德編譯自

No.11/2013 World Cement