梭式窑拱顶采用楔形耐火砖砌筑存在侧滑、塌陷的风险分析

随着现代窑炉技术的发展，高温窑炉设备的大型化、高效化等技术革新，对炉内耐火材料的性能和寿命提出了更高的要求。特别是对窑炉炉顶耐火材料的要求越来越高，当下窑炉顶部结构，多采用两种砌筑方式，一种使用楔形耐火砖对拱砌筑，一种采用耐火浇注料整体预制浇注，整体浇注料的炉顶，因浇注料性质的限制，内衬材料很容易剥落甚至大块坍塌，影响耐材整体寿命。同时浇注的内衬材料施工条件要求高，需要烘烤才能脱模，相对施工用时长，也会影响整体的砌筑施工进度。采用耐火砖的结构，往往容易出现砌筑结构不合理，整体拱顶受力不均匀，出现局部掉砖或坍塌的情况，其中比如常见的梭式窑拱形顶存在的一些问题。

一：梭式窑拱形顶耐火砖承受的应力变化

梭式窑作为一种间歇式窑炉，具有生产灵活、操作方便等特点，得到广泛应用；梭式窑一般最高使用温度可达1650℃-1750℃之间，升温时拱顶砖受热向窑体侧墙两端膨胀，拱顶中心砖会承受来自左右两边拱顶砖的挤压，形成挤压应力，把中心砖顶起进入上部保温层；停窑降温时，拱顶砖向窑体两端收缩，拱顶中心砖受重力下落，同时还会受到左右两边拱顶砖的牵拉作用，形成拉应力；梭式窑间歇操作较为频繁，拱顶中心砖长期处在热胀冷缩状态下，压应力和拉应力反复作用，中心砖反复被顶起、下落，应力累积到一定程度，出现裂缝直至断裂，造成拱顶砖脱落，所以拱顶中心砖要具有更高抗压和抗拉的性能。

二：梭式窑平面结构拱顶砖存在的缺陷

目前梭式窑一般采用氧化铝空心球砖砌筑拱顶，具有轻质高强的作用，但是现行的拱顶结构由拱脚砖和拱顶砖两部分组成，拱脚砖具有倾斜支撑面为整体结构砖，其直接砌筑于窑体及两侧墙体上作为对拱顶砖的支撑，拱顶砖由多块楔形平面砖砌筑成桥拱状，其拱形的两端分别支撑于拱脚砖倾斜支撑面上。这种具有拱形顶面的砌筑方式，存在很大程度上拱顶下滑风险，因为拱脚砖为整体结构砖，其直接砌筑在墙体砖面上，在水平方向上没有外力对其进行防滑限定，其在拱形顶水平分力作用下有被向外推移的趋势，加之拱顶砖在高温条件下会因热而产生膨胀，这就加剧了拱顶砖对拱脚砖的挤压，使拱脚砖所受的水平推力大为增加，当该水平推力大于拱脚砖所固有的静摩擦阻力时，拱脚砖就会发生沿墙体砖面的侧滑而导致拱顶下沉开裂，这样不但窑炉内的热量会大量散失，致使热损耗变大热效率变低，而且在拱脚砖侧滑移量过大时，还会产生拱顶砖掉落，严重时还会发生拱顶塌陷，严重影响窑炉的使用寿命和生产的正常进行。因此这种拱顶砖的平面结构显然存在缺陷，不具有抵抗水平推力阻止其产生侧滑的能力。

三：解决拱形顶耐火砖侧滑、塌陷的办法。

①解决高温应力造成的破坏问题。将拱顶中心砖采用重质砖替代氧化铝空心球砖，体密提高到2 .9kg/cm3以上，常温耐压强度从10MPa提高到100MPa以上，高温性能得到较大改善，大大提高拱顶中心砖抗压和抗拉能力，降低拱顶中心砖因应力作用产生断裂。重质砖同样为楔形砖上端较大、下端较小，大端与小端的厚度差不小于10mm，砌筑时重质砖与其相邻的一侧拱顶砖之间干砌筑；锁住两块砖的大头，保证不因重力影响而掉落；两砖下部之间留出缝隙，缝隙宽度为1～2mm，拱顶中心形成一条纵向贯穿的干缝带。

②解决拱顶砖侧滑的办法，将拱顶楔形砖的平面结构，改为用榫卯的连接方式，衬砖均通过半圆凸起和半圆凹槽咬合在一起，它能保证对拱顶维持良好的连接与密封，而且能结构稳定、寿命长。