隧道窑耐火混凝土吊平顶板的损坏及修复

某厂烧结空心砖生产线焙烧工艺中，采用两条宽度为4.6米、长度为131米吊平顶隧道窑，每条窑容纳30辆窑车，能较好地满足年产6000万块（折标砖）的生产规模，同时，空心砖质量有很好的保证。隧道窑的耐火混凝土吊平顶板，采用铝酸盐水泥、耐火骨料、在模框中预制，得到主要规格为720×720mm吊平顶板，常温养护后，板的强度较高。此后，再将耐火葫芦及耐热钢挂钩组合安装在耐火混凝土吊平顶板的4个预留孔中。隧道窑施工过程中，通过H钢主梁、L钢次梁，钢挂钩，将吊平顶板悬挂组合成隧道窑的窑顶。为保证吊顶板在隧道窑内的平整度，板与板之间的间隙，采用硅酸铝纤维填塞。

该厂6年的生产过程中，隧道窑耐火混凝土吊平顶板，随着温度变化、有害气体的浸蚀、预制板质量差异以及烘窑制度的缺陷等因素的影响，隧道窑吊顶板出现脱落，特别在隧道窑预热带与高温焙烧带过渡段的9至14车位，吊顶板脱落较为严重。为此，对吊顶板破坏原因及修复方案分析如下。

1、耐火混凝土吊顶板的材料

耐火混凝土吊顶板采用铝酸盐水泥作为胶凝材料，与同质高铝材料的骨料混合加水拌制，预制的混凝土板具有快硬、早强，热震稳定性好等性能。同时，因铝酸盐水泥中不含游离氧化钙，预制的混凝土板具有耐火度高的性能，采用铝酸盐水泥及同质高铝材料的骨料拌制的混凝土，已广泛应用于烧结砖厂窑炉、烟道及窑车上。其最高使用温度可达1300～1400摄氏度。

烧结砖厂采用的铝酸盐水泥，质量符合GB201《铝酸盐水泥》规定，氧化铝含量应在50～59%的CA-50铝酸盐水泥。该水泥曾一度被称为矾土水泥或高铝水泥，也有根据它的主要用途称为耐火水泥，使用标号不低于CA50号。

铝酸盐CA-50水泥凝结硬化快，常温养护一天，可达到标号强度的80%以上，三天可达到标号强度的100%。

铝酸盐水泥混凝土因其密实，故不透水，防水性能强。

耐热性能好：铝酸盐水泥没有Ca(OH)2和因温度变化而引起体积变化效应的硅酸二钙，所以是一种性能良好的耐热水泥。消除熔渣杂物后，所配制的混凝土耐火度可达1300～1400℃。
   采用废高铝砖作骨料和粉料时，Al2O3，含量应大于35％。

拌制耐火混凝土时，骨料中不能掺有石灰岩类混合料。
      铝酸盐水泥:42.5号以上，其配合比为12％～15％。
      骨料：二级、三级矾土熟料或一级二级废高铝砖和废耐火粘土砖制成。
       细骨料粒径小于5mm；配合比为30％～40％。
       粗骨料粒径为5～15mm；配合比为30％～40％。
      粉料(掺和料)：同骨料，粒径小于0.088mm的不少于70％；配合比为0～15％。

2、耐火混凝土吊顶板的预制及养护

耐火混凝土吊顶板采用钢模框预制，振动平台成型。

按照铝酸盐水泥厂家提供的耐火混凝土使用说明书的要求,混凝土采用强制式混凝土搅拌机搅拌，分别将细骨料、粗骨料及粉料混合干拌均匀，再将铝酸盐水泥加入，混合干拌均匀。加水湿拌均匀，严格控制水量。铝酸盐水泥具有速凝性质，因此，耐火混凝土搅拌时间不能太长，搅拌均匀后应立即浇注震实。

4小时后可脱模，要保持一定湿度,温度控制在15～30℃，常温自然养护期间，耐火混凝土吊顶板不得叠压及碰撞。3天后，再将耐火葫芦及耐热钢挂钩组合安装到耐火混凝土吊顶板的预留孔中，准备用于隧道窑顶的安装。在安装之前，应将耐火混凝土吊顶板移至到通风干燥处，避免受潮。

3、耐火混凝土吊顶板的破坏形式

4.6米、长度为131米吊平顶隧道窑，容纳窑车30辆，除进车端1个车位预备室，采用现浇混凝土顶板，全窑长均采用耐火混凝土吊顶板。根据隧道窑预热带、高温带、冷却带的分布，砖坯由进车端的室温逐渐升高到1050°最高焙烧温度，然后逐渐降温，得到成品砖。对应烧成温度曲线及窑车车位，在9车位与14车位，温度范围为800°～980°的区间，耐火混凝土吊顶板的破坏较为集中，其他区间吊顶板的破坏，数量较少。

耐火混凝土吊顶板的破坏，主要表现为以下几种形式。

（1）吊顶板四角耐火葫芦处，其中一个角或两个角断裂，致使吊顶板下坠。

（2）吊顶板表面疏松剥落。

（3）吊顶板整体开裂，吊顶板坠落。

（4）耐热钢表面腐蚀剥落，强度下降，吊顶板下沉。

耐火混凝土吊顶板破坏原因分析。

A、耐火混凝土吊顶板在生产过程中，采用加水搅拌，浇筑成型。因此，吊顶板中含有游离水。吊顶板安装在隧道窑后，需要按照严格的烘窑制度进行烘窑。一般情况下，常温到350°区间，应缓慢升温，并且，需要在300°时保温，以利吊顶板内游离水的充分排出。严格的烘窑制度对吊顶板中游离水的排出很关键，然而，在烧结砖企业新建宽断面隧道窑的烘窑实践中，往往没有好的烘窑形式，能确保所有吊顶板中游离水全部排出，使用中个别吊顶板出现爆裂及裂纹，从而缩短吊顶板的工作时间。

B、耐火混凝土是非烧结类耐火材料，材料形状及强度依靠铝酸盐水泥的胶凝性。在1000°以下的持续低温条件下，耐火混凝土强度呈下降趋势。

C、4.6米隧道窑所需耐火混凝土吊顶板数量较多，板在预制过程中，存在水灰比波动、密实程度低等缺陷。耐火葫芦及耐热钢挂钩与板的组合过程中，部分耐火葫芦烧结程度低，强度低，每块板上四个耐火葫芦组合质量差。板在隧道窑顶的安装过程中，安装质量的控制难度较大，耐热钢挂钩不垂直，板的受力不均衡。

D、煤中有害杂质硫化合物在400～600°开始燃烧时，硫被氧化形成二氧化硫（SO2），生成含二氧化硫的烟气。大多数二氧化硫被排放到大气中或由脱硫设备除去。少量的二氧化硫，进一步氧化形成三氧化硫（SO3）。在隧道窑预热带有水蒸气存在的情况下，三氧化硫形成了气态硫酸（H2SO4)SO3+ H2O = H2SO4，一定温度条件下，气态硫酸凝结在耐火混凝土吊顶板、耐热钢挂钩、风机叶轮及烟道表面，对耐火混凝土吊平顶板、吊顶板的金属构件、风机和烟道产生侵蚀，导致吊顶板局部脱落以及其他设备的伤害。此外，有害含硫烟气的外溢，对厂房金属构件，操作环境，同样造成较大的危害。

E、隧道窑每年停火检修后，恢复生产时，点火大灶车的位置基本固定在隧道窑的第11车位，也是隧道窑预热带与高温带之间的过渡位置，随着大灶的移动，大灶高温及燃煤有害烟气对耐火混凝土吊顶板的骤热骤冷冲击和侵蚀较大，造成吊顶板在9车位与14车位之间较为集中破坏脱落。

F、窑房漏雨，水分的侵蚀使工作中的耐火混凝土吊顶板出现急冷，产生爆裂及裂纹。

4、修复方案的选择

该厂隧道窑耐火混凝土吊平顶板的破坏，主要集中在10～14车位，两条窑共10个车位。拆除后，吊顶板的修复，考虑了两种方案，一是仍然采用耐火混凝土吊顶板，二是采用硅酸铝纤维模块。企业因恢复生产时间要求比较短，如采用耐火混凝土吊顶板，吊顶板的预制，耐火葫芦采购及施工，总的修复时间偏长。经比较，决定采用硅酸铝纤维模块修复隧道窑吊平顶。

5、修复方案的实施及效果

采用硅酸铝纤维模块、耐热钢螺杆螺栓锚固件及保温棉等材料，并利用原有H钢主梁及L钢次梁，实现4.6米隧道窑吊平顶的修复。修复长度为10～14车位，两条窑合计长度为10个车位，长度为43.5米。主要材料见下表。

主要材料表

序号	名称    规格	单位	数量	备注
1	硅酸铝纤维模块 300×307×300mm	块	2180	每排15块，共145排
2	热钢螺杆螺栓M6-150mm	套	2180
3	硅酸铝纤维保温棉	公斤	550
4	普通保温棉	公斤	2000
5	耐热钢锚固件	套	2180
6	固化剂	公斤	200
7	U型钉	个	1100

原L钢次梁是悬挂耐火混凝土吊顶板的，修复施工中，将耐热钢锚固件按307mm间距焊接在L钢次梁上，一段焊接7件、一段焊接8件，再将硅酸铝纤维模块安装在耐热钢锚固件上，两段组合，得到4.6米窑宽度方向上的15块纤维模块，组合长度为4605mm。分别将组合好15块纤维模块的两段L钢次梁，通过螺杆悬挂在4根L钢次梁上，并将4根L钢次梁安放在原隧道窑上的H钢主梁上。每排硅酸铝纤维模块之间通过U型钉固定硅酸铝纤维毡，硅酸铝纤维模块上方覆盖普通保温棉。

窑面上的投煤孔，通过自制的圆形刀，在硅酸铝纤维模块之间旋转切割出120mm孔，安装铸铁管，并采用固化剂将纤维固定。

硅酸铝纤维模块等材料达到现场后，吊平顶的修复工期约10天。

采用硅酸铝纤维模块修复4.6米隧道窑吊平顶， 10个车位，长度为43.5米，材料费及运费共20万元，再将使用的L钢次梁及螺杆螺栓费用计算在内，总的材料费约合21.5万元。

4.6米隧道窑硅酸铝纤维模块吊平顶修复费用为4900元/米（不含人工费）。

该窑点火投产后，窑面密封性能提高，硅酸铝纤维模块修复段没有漏烟现象，窑车及砖垛表面没有掉纤维毡现象。隧道窑的热工制度不受影响，烧结砖产品质量有所提高。

通过对4.6米隧道窑吊平顶采用硅酸铝纤维模块修复的实践及运行效果表明，此种方式是可行的，也是可靠的。

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