錨釘設(shè)計(jì)、安裝使用注意事項(xiàng)

世界水泥（W.C）2013年第11期刊登了兩篇有關(guān)預(yù)分解窯系統(tǒng)耐火澆注料所配制的錨釘設(shè)計(jì)、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(yù)分解窯燃燒器前端耐火澆注料襯體承受高達(dá)1800～2000℃的火焰溫度和1400℃以上的熟料高溫?zé)彷椛洌?000℃以上的含塵二次空氣的對(duì)流及傳導(dǎo)傳熱，還有易堆積和懸掛粉塵熟料（俗稱(chēng)“雪人”）的高溫熟料熔融體以及不同程度的熱化學(xué)應(yīng)力、熱機(jī)械應(yīng)力的侵蝕，是燒成系統(tǒng)內(nèi)所有裝備襯體承受應(yīng)力最為苛刻的部位，也是使用壽命最短的襯體。

近年來(lái)，隨著燒成系統(tǒng)熱耗進(jìn)一步降低，以及燃料品種的貧化，燃燒器的沖量要求越來(lái)越大，火焰形狀縮短，溫度越來(lái)越高，出現(xiàn)的飛砂料、“雪人”現(xiàn)象越來(lái)越多，化學(xué)、機(jī)械應(yīng)力越來(lái)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(jì)算機(jī)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(chǎng)上使用的錨釘?shù)男螤钶^多，對(duì)其所承受的熱機(jī)械應(yīng)力國(guó)內(nèi)外少有研究，為此，北京通達(dá)耐火技術(shù)公司和武漢科技大學(xué)合作，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，采用Hypermesh有限元分析軟件，對(duì)市場(chǎng)上最常見(jiàn)的U型、Y型和波型錨釘進(jìn)行熱應(yīng)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(jì)算機(jī)模擬基礎(chǔ)條件

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

1.2溫度領(lǐng)域分析（略）

1.3溫度和熱應(yīng)力分析結(jié)論

表2　常溫下HTTMAX耐火澆注料導(dǎo)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(yīng)力

燃燒器耐火澆注料錨釘溫度和熱應(yīng)力通過(guò)模擬計(jì)算的結(jié)果如下：三種不同型式溫度和熱應(yīng)力分析結(jié)果見(jiàn)表5，溫度場(chǎng)見(jiàn)圖4，熱應(yīng)力場(chǎng)見(jiàn)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(duì)燃燒器管道溫度影響不大。

不同型式的錨釘所承受的熱應(yīng)力是不一致的，U型錨釘所承受的最大應(yīng)力為

1530MPa，Y型為2080MPa，而波型為道2380MPa。計(jì)算所示U型錨釘所承受的應(yīng)力料最低。

圖4　不同型式錨釘溫度場(chǎng)

表5所示，錨釘所承受的應(yīng)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(yīng)力損壞，從而造成耐火澆注料的損壞，因此在選用錨釘時(shí)，應(yīng)注意錨釘型式。

圖5　不同型式錨釘熱應(yīng)力場(chǎng)

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(tuán)從事設(shè)計(jì)、制造、安裝

耐火澆注料錨釘近30年，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)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(jiàn)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(yīng)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(yīng)增高。在選用錨釘?shù)臏囟葧r(shí)，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(shí)，應(yīng)考慮其熱膨脹，設(shè)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(jī)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(zhǎng)度一致有利于制造，但Y型頂部尺寸相同造成的剪切應(yīng)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(yīng)力平面（圖6）對(duì)耐火澆注料襯體的損壞。

（5）耐火澆注料襯體內(nèi)設(shè)計(jì)錨釘設(shè)置時(shí)，考慮到錨釘要支撐耐火澆注料，必須預(yù)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(jiàn)表7。V型U型錨釘?shù)目v向不宜設(shè)置在一條直線上，若空間合適，作90°設(shè)置，以減緩剪切應(yīng)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(dòng)耐火澆注料砌體，易使襯體受力損壞。為此設(shè)計(jì)了活動(dòng)錨釘，也就是將固定塊焊接在窯筒體上，錨釘穿過(guò)固定塊上孔洞，在運(yùn)行中可以活動(dòng)，減少應(yīng)力。活動(dòng)錨釘也用于高溫澆注料襯體，減少高溫下金屬筒體變形對(duì)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(duì)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